JP2004356092A - Battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode material capable of improving capacity, charging/discharging efficiency, and charging/dischaging cycle characteristics, and to provide a battery using the same. <P>SOLUTION: A negative electrode 22 is formed so as to precipitate Li metal in the course of charging, and a capacity of the negative electrode 22 contains a capacity component caused by storage and release of Li and a capacity component caused by the precipitation and dissolution of Li, and is expressed by the sum of them. The positive electrode 21 contains Li<SB>x</SB>M1<SB>1-y</SB>M2<SB>y</SB>O<SB>2-z</SB>, or Li<SB>c</SB>Mn<SB>2-d</SB>M2<SB>d</SB>O<SB>4-e</SB>(M1 represents Co or Ni, 1.00<x<1.35, 1.00<c<1.35). By the above, reactivity of the positive electrode 21 is lowered, and ether having resistance to reduction and high reactivity to oxidation reaction can be used, and reduction reaction of active lithium can be restrained. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電池およびそれに用いる正極に係り、特に、負極の容量が軽金属の吸蔵および離脱による容量成分と、軽金属の析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される電池およびそれに用いる正極に関する。   The present invention relates to a battery and a positive electrode used therewith, and in particular, the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to occlusion and release of light metal, and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal, and a battery represented by the sum thereof and the battery It relates to the positive electrode used.

近年、携帯電話,PDA(Personal Digital Assistant;個人用携帯型情報端末機器)あるいはノート型コンピュータに代表される携帯型電子機器の小型化および軽量化が精力的に進められ、その一環として、それらの駆動電源である電池、特に二次電池のエネルギー密度の向上が強く望まれている。   In recent years, portable electronic devices represented by mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants) or notebook computers have been energetically reduced in size and weight. There is a strong demand for an improvement in the energy density of a battery serving as a driving power source, particularly a secondary battery.

高エネルギー密度を得ることができる二次電池としては、例えば、負極に炭素材料などのリチウム(Li)を電気化学的反応により吸蔵および離脱することが可能な材料を用いたリチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池では、負極材料中に吸蔵されたリチウムが必ずイオン状態であるように設計されるため、エネルギー密度は負極材料中に吸蔵することが可能なリチウムイオン数に大きく依存する。よって、リチウムイオン二次電池では、リチウムイオンの吸蔵量を高めることによりエネルギー密度を更に向上させることができるものと考えられる。しかし、現在リチウムイオンを最も効率的に吸蔵および離脱することが可能な材料とされている黒鉛の吸蔵量は、1g当たりの電気量換算で372mAhと理論的に限界があり、最近では精力的な開発活動により、その限界値まで高められつつある。   As a secondary battery capable of obtaining a high energy density, for example, a lithium ion secondary battery using a material capable of inserting and extracting lithium (Li) such as a carbon material by an electrochemical reaction for a negative electrode is used. is there. In a lithium ion secondary battery, since the lithium stored in the negative electrode material is designed to be in an ion state, the energy density largely depends on the number of lithium ions that can be stored in the negative electrode material. Therefore, it is considered that the energy density of the lithium ion secondary battery can be further improved by increasing the amount of lithium ions absorbed. However, there is a theoretical limit of 372 mAh in terms of the amount of electricity per gram of graphite, which is currently regarded as a material capable of inserting and extracting lithium ions most efficiently. It is being raised to its limits by development activities.

高エネルギー密度を得ることができる二次電池としては、また、負極にリチウム金属を用い、負極反応にリチウム金属の析出および溶解反応のみを利用したリチウム金属二次電池がある。リチウム金属二次電池は、リチウム金属の理論電気化学当量が2054mAh/cm3 と大きく、リチウムイオン二次電池で用いられる黒鉛の2.5倍にも相当するので、リチウムイオン二次電池を上回る高いエネルギー密度を得られるものと期待されている。これまでも、多くの研究者等によりリチウム金属二次電池の実用化に関する研究開発がなされてきた(例えば、非特許文献1参照。)。 As a secondary battery capable of obtaining a high energy density, there is a lithium metal secondary battery using lithium metal for a negative electrode and utilizing only precipitation and dissolution of lithium metal for a negative electrode reaction. A lithium metal secondary battery has a theoretical electrochemical equivalent of lithium metal as large as 2054 mAh / cm 3 , which is equivalent to 2.5 times that of graphite used in a lithium ion secondary battery, and is higher than that of a lithium ion secondary battery. It is expected that energy density can be obtained. Until now, many researchers have conducted research and development on the practical use of lithium metal secondary batteries (for example, see Non-Patent Document 1).

しかし、リチウム金属二次電池は、充放電を繰り返した際の放電容量の劣化が大きく、実用化が難しい。この容量劣化は、負極の体積がリチウムの析出時には大きく膨張し,逆にリチウムの溶解時には大きく収縮することに起因している。特に、リチウムが不均一に析出すると溶解反応および析出反応がいっそう可逆的に進みづらくなる。これは、不均一に析出したリチウムは、比表面積が大きいので電解液と反応して負極の表面に被膜を形成するのに消費されたり、溶解時に脱落し易いためである。   However, the lithium metal secondary battery has a large deterioration in discharge capacity upon repeated charging and discharging, and is difficult to put into practical use. This capacity deterioration is due to the fact that the volume of the negative electrode expands greatly when lithium is deposited, and conversely shrinks when lithium is dissolved. In particular, when lithium is deposited unevenly, the dissolution reaction and the precipitation reaction become more difficult to reversibly proceed. This is because the non-uniformly deposited lithium has a large specific surface area, and is consumed to form a film on the surface of the negative electrode by reacting with the electrolytic solution or to be easily dropped off during dissolution.

そこで、近年、負極の容量がリチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される二次電池が開発されている(例えば、特許文献1参照。)。これは、負極にリチウムを吸蔵および離脱することが可能な炭素材料を用い、充電の途中においてその炭素材料の表面にリチウムを析出させるようにしたものである。この二次電池によれば、高エネルギー密度を達成しつつ、充放電サイクル特性を向上させることが期待できる。
ジャンポール・ガバノ(Jean-Paul Gabano)編,「リチウム・バッテリーズ(Lithium Batteries )」,ロンドン,ニューヨーク,アカデミック・プレス(Academic Press),1983年 国際公開第01/22519号パンフレット 特開平9−213368号公報 特開平11−26016号公報 特開平11−26017号公報 特開2001−6733号公報 特開2002−358963号公報 特開平7−201359号公報 特開2002−33119号公報
Thus, in recent years, secondary batteries have been developed in which the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is expressed by the sum of the two components (for example, see Patent Document 1). 1). In this method, a carbon material capable of inserting and extracting lithium is used for a negative electrode, and lithium is deposited on the surface of the carbon material during charging. According to this secondary battery, it is expected that charge / discharge cycle characteristics are improved while achieving high energy density.
Edited by Jean-Paul Gabano, "Lithium Batteries", London, New York, Academic Press, 1983 International Publication No. 01/22519 pamphlet JP-A-9-213368 JP-A-11-26016 JP-A-11-26017 JP 2001-6733 A JP-A-2002-358963 JP-A-7-201359 JP-A-2002-33119

しかしながら、この二次電池でも、十分な充放電効率および充放電サイクル特性が得られないという問題があった。その原因としては、析出したリチウムの反応性が高く、容量に寄与できないリチウムが主に負極でサイクル毎に増え、正極と負極とを行き来する活性なリチウム量が減少してしまうことが考えられる。このようなサイクル劣化を防ぐためには、活性なリチウムに還元され難い電解質を用いる必要があると考えられる。   However, even this secondary battery has a problem that sufficient charge / discharge efficiency and charge / discharge cycle characteristics cannot be obtained. As a cause thereof, it is considered that the reactivity of the deposited lithium is high, and lithium that cannot contribute to the capacity increases mainly in the negative electrode in each cycle, and the amount of active lithium flowing between the positive electrode and the negative electrode decreases. In order to prevent such cycle deterioration, it is considered necessary to use an electrolyte which is not easily reduced to active lithium.

なお、従来より、リチウムイオン二次電池では、還元に強いエーテルを電解質に用いたものが多数報告されている(例えば、特許文献2〜8参照。)。   Heretofore, many lithium ion secondary batteries using ether that is strong in reduction as an electrolyte have been reported (for example, see Patent Documents 2 to 8).

しかし、エーテルは負極での還元反応を抑制することはできても、正極側では酸化反応が進行してしまうので、電池としては劣化してしまうという問題があった。   However, although ether can suppress the reduction reaction at the negative electrode, the oxidation reaction proceeds on the positive electrode side, and thus there is a problem that the battery is deteriorated.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、容量,充放電効率および充放電サイクル特性を向上させることができる正極およびそれを用いた電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a positive electrode capable of improving capacity, charge / discharge efficiency, and charge / discharge cycle characteristics, and a battery using the same.

本発明による第1の正極は、容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される負極と共に用いられ、一般式Lix M11-y M2y 2-z (式中、M1はコバルト(Co)およびニッケル(Ni)のうちの少なくとも一方を表し、M2はM1以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、x,yおよびzは、1.00<x<1.35、0≦y<1.0、−0.1≦z≦0.1の範囲内の値である。)で表される複合酸化物を含むものである。 The first positive electrode according to the present invention has a capacity including a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is used together with a negative electrode represented by the sum thereof, and has a general formula Li x M1 1-y M2 y O 2-z (wherein, M1 represents at least one of cobalt (Co) and nickel (Ni), and M2 is a member of the group consisting of metal elements other than M1 and having an atomic number of 11 or more. Wherein x, y and z are values in the range of 1.00 <x <1.35, 0 ≦ y <1.0, and −0.1 ≦ z ≦ 0.1. )).

本発明による第2の正極は、容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される負極と共に用いられ、一般式Lic Mn2-d M3d 4-e (式中、M3はマンガン(Mn)以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、c,dおよびeは、1.00<c<1.35、0≦d<0.5、−0.2≦e≦0.2の範囲内の値である。)で表される複合酸化物を含むものである。 The second positive electrode according to the present invention is used together with the negative electrode whose capacity includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is used together with the negative electrode represented by the general formula Li c Mn 2-d M3 d O 4-e (wherein, M3 represents at least one member from the group consisting of metal elements having an atomic number of 11 or more other than manganese (Mn); 00 <c <1.35, 0 ≦ d <0.5, and −0.2 ≦ e ≦ 0.2).

本発明による第1の電池は、正極および負極と共に電解質を備え、負極の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるものであって、正極は、一般式Lix M11-y M2y 2-z (式中、M1はコバルトおよびニッケルのうちの少なくとも一方を表し、M2はM1以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、x,yおよびzは、1.00<x<1.35、0≦y<1.0、−0.1≦z≦0.1の範囲内の値である。)で表される複合酸化物を含むものである。 A first battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is represented by the sum thereof. a shall, positive electrode, the general formula Li x M1 in 1-y M2 y O 2- z ( wherein, M1 represents at least one of cobalt and nickel, M2 is other than M1 atomic number 11 or more Represents at least one member from the group consisting of metal elements, wherein x, y and z are 1.00 <x <1.35, 0 ≦ y <1.0, and −0.1 ≦ z ≦ 0.1 This is a value within the range.).

本発明による第2の電池は、正極および負極と共に電解質を備え、負極の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるものであって、正極は、一般式Lic Mn2-d M3d 4-e (式中、M3はマンガン以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、c,dおよびeは、1.00<c<1.35、0≦d<0.5、−0.2≦e≦0.2の範囲内の値である。)で表される複合酸化物を含むものである。 A second battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is represented by the sum thereof. a shall, positive electrode, in the general formula Li c Mn 2-d M3 d O 4-e ( wherein, M3 represents at least one selected from the group consisting of atomic number 11 or more metal elements other than manganese , C, d, and e are values in the range of 1.00 <c <1.35, 0 ≦ d <0.5, and −0.2 ≦ e ≦ 0.2.) It contains an oxide.

本発明による第1および第2の正極、並びに第1および第2の電池では、複合酸化物におけるリチウムの物質量比xあるいはcが1.00よりも大きいので、4V以上の高電圧においても、電解質との反応が抑制される。よって、電解質に、還元に強いが酸化反応に対する反応性の高いエーテルを用いることができ、負極に析出する活性な軽金属の還元反応を抑制することが可能となる。また、4.2V以上4.5V以下の従来よりも高電圧の領域においても劣化が抑制されるので、より容量が向上する。   In the first and second positive electrodes and the first and second batteries according to the present invention, since the mass ratio x or c of lithium in the composite oxide is larger than 1.00, even at a high voltage of 4 V or more, Reaction with the electrolyte is suppressed. Therefore, an ether that is strong in reduction but highly reactive to an oxidation reaction can be used for the electrolyte, and it is possible to suppress a reduction reaction of active light metal deposited on the negative electrode. Further, deterioration is suppressed even in a higher voltage region than the conventional voltage of 4.2 V or more and 4.5 V or less, so that the capacity is further improved.

本発明の第1の正極および第1の電池によれば、一般式Lix M11-y M2y 2-z で表され、物質量比xが1.00よりも大きい複合酸化物を含むようにしたので、また、第2の正極および第2の電池によれば、一般式Lic Mn2-d M3d 4-e で表される物質量比cが1.00よりも大きい複合酸化物を含むようにしたので、4V以上の高電圧における電解質の酸化反応の進行を抑制することができる。よって、還元に強いが酸化反応に対する反応性の高いエーテルを用いることができ、負極に析出する活性な軽金属の還元反応を抑制することができる。また、より高電圧な4.2V以上4.5V以下の電圧動作を可能とすることができる。 According to the first positive electrode and the first cell of the present invention, is represented by the general formula Li x M1 1-y M2 y O 2-z, including substance amount ratio x is larger composite oxide than 1.00 Therefore, according to the second positive electrode and the second battery, the composite in which the material amount ratio c represented by the general formula Li c Mn 2-d M3 d O 4-e is larger than 1.00. Since the oxide is included, the progress of the oxidation reaction of the electrolyte at a high voltage of 4 V or more can be suppressed. Therefore, an ether which is strong in reduction but highly reactive to an oxidation reaction can be used, and a reduction reaction of an active light metal deposited on the negative electrode can be suppressed. Further, a higher voltage operation of 4.2 V or more and 4.5 V or less can be performed.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して対向配置され、巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケルのめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、液状の電解質である電解液が注入されセパレータ23に含浸されている。また、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。   FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to one embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called cylindrical type, and a band-shaped positive electrode 21 and a band-shaped negative electrode 22 are arranged inside a substantially hollow cylindrical battery can 11 with a separator 23 interposed therebetween, and are wound. The wound electrode body 20. The battery can 11 is made of, for example, nickel-plated iron (Fe), and has one end closed and the other end open. An electrolyte, which is a liquid electrolyte, is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. Further, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged perpendicularly to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   At the open end of the battery can 11, a battery lid 14, a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14, and a positive temperature coefficient (PTC) element 16 are disposed via a gasket 17. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 11 is sealed. The battery cover 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14 via the thermal resistance element 16, and when the internal pressure of the battery becomes higher than a certain level due to an internal short circuit or external heating, the disk plate 15A is inverted. Then, the electrical connection between the battery cover 14 and the spirally wound electrode body 20 is cut off. The thermal resistance element 16 limits the current by increasing the resistance value when the temperature rises, and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and its surface is coated with asphalt.

巻回電極体20の中心には、例えば、センターピン24が挿入されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。   For example, a center pin 24 is inserted into the center of the spirally wound electrode body 20. A positive electrode lead 25 made of aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 21 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 26 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery cover 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded and electrically connected to the battery can 11.

図2は、図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面あるいは片面に正極合剤層21Bが設けられた構造を有している。正極集電体21Aは、例えば、厚みが5μm〜50μm程度であり、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極合剤層21Bは、正極活物質としてリチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料(以下、リチウムを吸蔵・離脱可能な正極材料という。)を含んでおり、必要に応じて導電剤と結着剤とを含んでいてもよい。この正極合剤層21Bの厚みは、例えば、80μm〜250μmである。この厚みは、正極合剤層21Bが正極集電体21Aの両面に設けられている場合には、その合計の厚みである。   FIG. 2 illustrates a part of the spirally wound electrode body 20 illustrated in FIG. 1 in an enlarged manner. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode mixture layer 21B is provided on both surfaces or one surface of a positive electrode current collector 21A having a pair of opposing surfaces. The cathode current collector 21A has a thickness of, for example, about 5 μm to 50 μm, and is made of a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The positive electrode mixture layer 21B contains a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium as a positive electrode active material (hereinafter, referred to as a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium). A binder may be included. The thickness of the positive electrode mixture layer 21B is, for example, 80 μm to 250 μm. This thickness is the total thickness when the positive electrode mixture layer 21B is provided on both surfaces of the positive electrode current collector 21A.

リチウムを吸蔵・離脱可能な正極材料は、例えば完全放電時に、化1に示した組成を有する複合酸化物あるいは化2に示した組成を有する複合酸化物を含むものである。化1に示した複合酸化物および化2に示した複合酸化物は混合して用いてもよい。   The positive electrode material capable of inserting and extracting lithium contains, for example, a composite oxide having the composition shown in Chemical formula 1 or a composite oxide having the composition shown in Chemical formula 2 at the time of complete discharge. The composite oxide shown in Chemical formula 1 and the composite oxide shown in Chemical formula 2 may be used as a mixture.

Figure 2004356092
(式中、M1はコバルトおよびニッケルのうちの少なくとも一方を表し、M2はM1以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、x,yおよびzは、1.00<x<1.35、0≦y<1.0、−0.1≦z≦0.1の範囲内の値である。)
Figure 2004356092
(In the formula, M1 represents at least one of cobalt and nickel, M2 represents at least one member of the group consisting of metal elements having an atomic number of 11 or more other than M1, and x, y, and z represent 1. 00 <x <1.35, 0 ≦ y <1.0, −0.1 ≦ z ≦ 0.1.)

Figure 2004356092
(式中、M3はマンガン以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、c,dおよびeは、1.00<c<1.35、0≦d<0.5、−0.2≦e≦0.2の範囲内の値である。)
Figure 2004356092
(Wherein, M3 represents at least one member of the group consisting of metal elements having an atomic number of 11 or more other than manganese, and c, d, and e are 1.00 <c <1.35, 0 ≦ d <0 .5, -0.2≤e≤0.2.)

化1または化2に示した複合酸化物は、リチウムの物質量比xおよびcが1.00よりも大きく、1.35未満であるので、結晶構造が安定化しており、4V以上の高電圧でも電解液との反応が抑制され、更に、4.2V以上4.5V以下の高電圧の領域においても劣化が小さくなっている。化1におけるリチウムの物質量比xは、1.05<x<1.20の範囲内であればより好ましく、また、化2におけるリチウムの物質量比cは1.05<c<1.20の範囲内であればより好ましい。複合酸化物の結晶構造がより安定化するからである。   In the composite oxide shown in Chemical formula 1 or Chemical formula 2, since the material ratio x and c of lithium are larger than 1.00 and smaller than 1.35, the crystal structure is stabilized and the high voltage of 4 V or more is obtained. However, the reaction with the electrolytic solution is suppressed, and the deterioration is small even in a high voltage region of 4.2 V or more and 4.5 V or less. It is more preferable that the mass ratio x of lithium in Chemical Formula 1 is in the range of 1.05 <x <1.20, and the mass ratio c of lithium in Chemical Formula 2 is 1.05 <c <1.20 Is more preferably within the range. This is because the crystal structure of the composite oxide is further stabilized.

化1に示した複合酸化物は、M1にコバルトあるいはニッケルを単独で含んでいてもよいが、これらの両方を含む方が好ましい。コバルトは、電池のエネルギーを大きくすることができると共に、サイクル特性を向上させることができるので好ましいが、原料の価格および安定供給の点で問題があり、一方、ニッケルは、重さ当たりの充放電容量を大きくすることができるが、LiCoO2 に比べて結晶構造が安定でなく、平均放電曲線が低くなる傾向があるからである。 The composite oxide shown in Chemical formula 1 may contain cobalt or nickel alone in M1, but preferably contains both of them. Cobalt is preferable because it can increase the energy of the battery and improve the cycle characteristics, but is problematic in terms of the price and stable supply of the raw material, while nickel has a problem of charge and discharge per weight. This is because the capacity can be increased, but the crystal structure is not stable and the average discharge curve tends to be lower than that of LiCoO 2 .

化1のM2は、結晶構造を安定させるために、M1以外の原子番号11以上の金属元素を含んでいることが好ましく、例えばマンガン,マグネシウム(Mg),アルミニウム,チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),銅(Cu),ニオブ(Nb),モリブデン(Mo),鉄(Fe),亜鉛(Zn),スズ(Sn),ガリウム(Ga),カルシウム(Ca),およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むことが好ましく、中でもマンガンを含むことが望ましい。結晶構造の安定化に加えて、安全性を確保しつつエネルギー密度を高めることができるからである。   In order to stabilize the crystal structure, M2 of Chemical Formula 1 preferably contains a metal element having an atomic number of 11 or more other than M1, for example, manganese, magnesium (Mg), aluminum, titanium (Ti), and vanadium (V ), Chromium (Cr), copper (Cu), niobium (Nb), molybdenum (Mo), iron (Fe), zinc (Zn), tin (Sn), gallium (Ga), calcium (Ca), and strontium ( It preferably contains at least one member from the group consisting of Sr), and particularly preferably contains manganese. This is because, in addition to stabilizing the crystal structure, the energy density can be increased while ensuring safety.

化1に示した複合酸化物について具体的に例を挙げれば、Lix CoO2 ,Lix NiO2 ,Lix Ni0.4 Co0.2 Mn0.4 2 ,Lix Ni0.33Co0.33Mn0.332 ,Lix Ni0.45Co0.2 Mn0.352 ,Lix Ni0.4 Co0.4 Mn0.2 2 ,Lix Ni0.2 Co0.6 Mn0.2 2 ,Lix Ni0.95Al0.052 ,Lix Ni0.80Co0.15Al0.052 などが挙げられる。 Specific examples of the composite oxide shown in Chemical formula 1 include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Ni 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 , Li x Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , Li x Ni 0.45 Co 0.2 Mn 0.35 O 2 , Li x Ni 0.4 Co 0.4 Mn 0.2 O 2 , Li x Ni 0.2 Co 0.6 Mn 0.2 O 2 , Li x Ni 0.95 Al 0.05 O 2 , Li x Ni 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 and the like.

化2にのM3も、結晶構造を安定化させるためのものであり、例えば、ニッケル,コバルト,マグネシウム,アルミニウム,チタン,バナジウム,クロム,銅,ニオブ,モリブデン,鉄,亜鉛,スズ,カルシウムおよびストロンチウムからなる群のうちの少なくとも1種を含むことが望ましい。   M3 in Chemical formula 2 is also for stabilizing the crystal structure, for example, nickel, cobalt, magnesium, aluminum, titanium, vanadium, chromium, copper, niobium, molybdenum, iron, zinc, tin, calcium and strontium. It is desirable to include at least one member of the group consisting of

化2に示した複合酸化物について具体的に例を挙げれば、Lic Mn2 4 ,Lic Mn1.8 Mg0.1 Al0.1 4 などが挙げられる。 Specific examples of the composite oxide shown in Chemical Formula 2 include Li c Mn 2 O 4 and Li c Mn 1.8 Mg 0.1 Al 0.1 O 4 .

化1あるいは化2に示した複合酸化物は例えば、リチウム,M1,およびM2のそれぞれの炭酸塩,硝酸塩,酸化物あるいは水酸化物を、あるいはリチウム,マンガンおよびM3のそれぞれの炭酸塩,硝酸塩,酸化物あるいは水酸化物を所望の組成になるように混合し、粉砕した後、酸素雰囲気中において、例えば600℃〜1000℃の範囲内で焼成することにより作製することができる。   The composite oxide shown in Chemical formula 1 or Chemical formula 2 is, for example, lithium, carbonates, nitrates, oxides or hydroxides of M1, and M2, or lithium, manganese, and carbonates, nitrates of M3, respectively. It can be manufactured by mixing and pulverizing an oxide or a hydroxide so as to have a desired composition, and then firing in an oxygen atmosphere, for example, in a range of 600 ° C. to 1000 ° C.

導電剤としては、例えば、黒鉛,カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム,フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴム、またはポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。   Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, and Ketjen black, and one or more of them are used in combination. In addition to the carbon material, a metal material or a conductive polymer material may be used as long as the material has conductivity. Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber, fluorine rubber and ethylene propylene diene rubber, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride, and one or more of them are mixed. Used.

この正極合剤層21Bは、また、高容量を達成するためには、例えば、定常状態(例えば、5回程度充放電を繰り返した後)で、後述する負極活物質1g当たり280mAh以上の充放電容量相当分のリチウムを含むことが好ましく、350mAh以上の充放電容量相当分のリチウムを含んでいればより好ましい。   In order to achieve a high capacity, the positive electrode mixture layer 21B may be charged or discharged in a steady state (for example, after repeating charge and discharge about 5 times) at a charge / discharge of 280 mAh or more per 1 g of a negative electrode active material described later. It preferably contains lithium equivalent to the capacity, more preferably lithium equivalent to the charge / discharge capacity of 350 mAh or more.

負極22は、例えば、正極21と同様に、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面あるいは片面に負極合剤層22Bが設けられた構造を有している。負極集電体22Aは、例えば、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する銅(Cu)箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。   The negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode mixture layer 22B is provided on both surfaces or one surface of a negative electrode current collector 22A having a pair of opposing surfaces, similarly to the positive electrode 21. The anode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper (Cu) foil, a nickel foil, or a stainless steel foil having good electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength.

負極合剤層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料(以下、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料という。)のいずれか1種または2種以上を含んで構成されており、必要に応じて、例えば正極合剤層21Bと同様の結着剤を含んでいてもよい。負極合剤層22Bの厚みは、例えば、60μm〜250μmである。この厚みは、負極合剤層22Bが負極集電体22Aの両面に設けられている場合には、その合計の厚みである。   The negative electrode mixture layer 22B includes, as a negative electrode active material, one or more of negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium (hereinafter, referred to as negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium). And may include, for example, the same binder as the positive electrode mixture layer 21B as necessary. The thickness of the negative electrode mixture layer 22B is, for example, 60 μm to 250 μm. This thickness is the total thickness when negative electrode mixture layer 22B is provided on both surfaces of negative electrode current collector 22A.

なお、本明細書においてリチウムなどの軽金属の吸蔵・離脱というのは、軽金属イオンがそのイオン性を失うことなく電気化学的に吸蔵・離脱されることを言う。これは、吸蔵された軽金属が完全なイオン状態で存在する場合のみならず、完全なイオン状態とは言えない状態で存在する場合も含む。これらに該当する場合としては、例えば、黒鉛に対する軽金属イオンの電気化学的なインタカレーション反応による吸蔵が挙げられる。また、金属間化合物を含む合金への軽金属の吸蔵、あるいは合金の形成による軽金属の吸蔵も挙げることができる。   Note that, in this specification, the term "storage / release of light metal such as lithium" means that light metal ions are electrochemically stored / released without losing their ionicity. This includes not only the case where the occluded light metal exists in a completely ionic state but also the case where the occluded light metal exists in a state that is not completely ionic. Such cases include, for example, occlusion by electrochemical intercalation reaction of light metal ions to graphite. In addition, occlusion of a light metal in an alloy containing an intermetallic compound or occlusion of a light metal by forming an alloy can also be mentioned.

リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、例えば、黒鉛,難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化性炭素などの炭素材料が挙げられる。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好な充放電サイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。   Examples of the anode material capable of inserting and extracting lithium include carbon materials such as graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon. These carbon materials are preferable because a change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small, a high charge and discharge capacity can be obtained, and good charge and discharge cycle characteristics can be obtained. Particularly, graphite is preferable because it has a large electrochemical equivalent and can obtain a high energy density.

黒鉛としては、例えば、真密度が2.10g/cm3 以上のものが好ましく、2.18g/cm3 以上のものであればより好ましい。なお、このような真密度を得るには、(002)面のC軸結晶子厚みが14.0nm以上であることが必要である。また、(002)面の面間隔は0.340nm未満であることが好ましく、0.335nm以上0.337nm以下の範囲内であればより好ましい。 As the graphite, for example, those having a true density of 2.10 g / cm 3 or more are preferable, and those having a true density of 2.18 g / cm 3 or more are more preferable. In order to obtain such a true density, it is necessary that the thickness of the C-axis crystallite in the (002) plane is 14.0 nm or more. The spacing between the (002) planes is preferably less than 0.340 nm, and more preferably in the range of 0.335 nm to 0.337 nm.

黒鉛は、天然黒鉛でも人造黒鉛でもよい。人造黒鉛であれば、例えば、有機材料を炭化して高温熱処理を行い、粉砕・分級することにより得られる。高温熱処理は、例えば、必要に応じて窒素(N2 )などの不活性ガス気流中において300℃〜700℃で炭化し、毎分1℃〜100℃の速度で900℃〜1500℃まで昇温してこの温度を0時間〜30時間程度保持し仮焼すると共に、2000℃以上、好ましくは2500℃以上に加熱し、この温度を適宜の時間保持することにより行う。 The graphite may be natural graphite or artificial graphite. In the case of artificial graphite, for example, it can be obtained by carbonizing an organic material, performing a high-temperature heat treatment, and pulverizing and classifying. The high-temperature heat treatment is performed by, for example, carbonizing at 300 ° C. to 700 ° C. in an inert gas stream such as nitrogen (N 2 ) as necessary, and raising the temperature to 900 ° C. to 1500 ° C. at a rate of 1 ° C. to 100 ° C. per minute. Then, this temperature is maintained for about 0 to 30 hours and calcined, and at the same time, heated to 2000 ° C. or more, preferably 2500 ° C. or more, and the temperature is maintained for an appropriate time.

出発原料となる有機材料としては、石炭あるいはピッチを用いることができる。ピッチには、例えば、コールタール,エチレンボトム油あるいは原油などを高温で熱分解することにより得られるタール類、アスファルトなどを蒸留(真空蒸留,常圧蒸留あるいはスチーム蒸留),熱重縮合,抽出,化学重縮合することにより得られるもの、木材還流時に生成されるもの、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラートまたは3,5−ジメチルフェノール樹脂がある。これらの石炭あるいはピッチは、炭化の途中最高400℃程度において液体として存在し、その温度で保持されることで芳香環同士が縮合・多環化し、積層配向した状態となり、そののち約500℃以上で固体の炭素前駆体、すなわちセミコークスとなる(液相炭素化過程)。   Coal or pitch can be used as an organic material as a starting material. The pitch includes, for example, distillation (vacuum distillation, atmospheric distillation or steam distillation) of tars and asphalt obtained by pyrolyzing coal tar, ethylene bottom oil or crude oil at a high temperature, thermal polycondensation, extraction, Examples include those obtained by chemical polycondensation, those produced at the time of wood reflux, polyvinyl chloride resin, polyvinyl acetate, polyvinyl butyrate, and 3,5-dimethylphenol resin. These coals or pitches exist as a liquid at a maximum of about 400 ° C. during carbonization, and when held at that temperature, aromatic rings condense and polycyclic, resulting in a laminated orientation state, and then about 500 ° C. or more To form a solid carbon precursor, ie, semi-coke (liquid phase carbonization process).

有機材料としては、また、ナフタレン,フェナントレン,アントラセン,トリフェニレン,ピレン,ペリレン,ペンタフェン,ペンタセンなどの縮合多環炭化水素化合物あるいはその誘導体(例えば、上述した化合物のカルボン酸,カルボン酸無水物,カルボン酸イミド)、またはそれらの混合物を用いることができる。更に、アセナフチレン,インドール,イソインドール,キノリン,イソキノリン,キノキサリン,フタラジン,カルバゾール,アクリジン,フェナジン,フェナントリジンなどの縮合複素環化合物あるいはその誘導体、またはそれらの混合物を用いることもできる。   Examples of the organic material include condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphen, and pentacene, and derivatives thereof (for example, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, and carboxylic acids of the above compounds). Imides), or mixtures thereof. Further, condensed heterocyclic compounds such as acenaphthylene, indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, phenanthridine, derivatives thereof, and mixtures thereof can also be used.

なお、粉砕は、炭化,仮焼の前後、あるいは黒鉛化前の昇温過程の間のいずれで行ってもよい。これらの場合には、最終的に粉末状態で黒鉛化のための熱処理が行われる。但し、嵩密度および破壊強度の高い黒鉛粉末を得るには、原料を成型したのち熱処理を行い、得られた黒鉛化成型体を粉砕・分級することが好ましい。   The pulverization may be performed before or after carbonization or calcination, or during the heating process before graphitization. In these cases, heat treatment for graphitization is finally performed in a powder state. However, in order to obtain a graphite powder having a high bulk density and a high breaking strength, it is preferable to heat-treat the raw material and then pulverize and classify the obtained graphitized molded body.

例えば、黒鉛化成型体を作製する場合には、フィラーとなるコークスと、成型剤あるいは焼結剤となるバインダーピッチとを混合して成型したのち、この成型体を1000℃以下の低温で熱処理する焼成工程と、焼成体に溶融させたバインダーピッチを含浸させるピッチ含浸工程とを数回繰り返してから、高温で熱処理する。含浸させたバインダーピッチは、以上の熱処理過程で炭化し、黒鉛化される。ちなみに、この場合には、フィラー(コークス)とバインダーピッチとを原料にしているので多結晶体として黒鉛化し、また原料に含まれる硫黄や窒素が熱処理時にガスとなって発生することから、その通り路に微小な空孔が形成される。よって、この空孔により、リチウムの吸蔵・離脱反応が進行し易くなると共に、工業的に処理効率が高いという利点もある。なお、成型体の原料としては、それ自身に成型性、焼結性を有するフィラーを用いてもよい。この場合には、バインダーピッチの使用は不要である。   For example, in the case of producing a graphitized molded body, coke as a filler and binder pitch as a molding agent or a sintering agent are mixed and molded, and then the molded body is heat-treated at a low temperature of 1000 ° C. or less. After repeating the firing step and the pitch impregnating step of impregnating the fired body with the melted binder pitch several times, heat treatment is performed at a high temperature. The impregnated binder pitch is carbonized and graphitized in the above heat treatment process. Incidentally, in this case, since the filler (coke) and the binder pitch are used as raw materials, the raw material is graphitized as a polycrystalline material, and sulfur and nitrogen contained in the raw materials are generated as a gas during heat treatment. Fine holes are formed in the path. Therefore, the vacancies facilitate the progress of the insertion and extraction reaction of lithium, and also have the advantage of high industrial processing efficiency. In addition, as a raw material of the molded body, a filler having moldability and sinterability itself may be used. In this case, it is not necessary to use a binder pitch.

難黒鉛化性炭素としては、(002)面の面間隔が0.37nm以上、真密度が1.70g/cm3 未満であると共に、空気中での示差熱分析(differential thermal analysis ;DTA)において700℃以上に発熱ピークを示さないものが好ましい。 The non-graphitizable carbon has a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, a true density of less than 1.70 g / cm 3 and a differential thermal analysis (DTA) in air. Those which do not show an exothermic peak at 700 ° C. or higher are preferred.

このような難黒鉛化性炭素は、例えば、有機材料を1000℃程度で熱処理し、粉砕・分級することにより得られる。熱処理は、例えば、必要に応じて300℃〜700℃で炭化した(固相炭素化過程)のち、毎分1℃〜100℃の速度で900℃〜1300℃まで昇温し、この温度を0〜30時間程度保持することにより行う。粉砕は、炭化の前後、あるいは昇温過程の間で行ってもよい。   Such non-graphitizable carbon can be obtained, for example, by subjecting an organic material to a heat treatment at about 1000 ° C., followed by pulverization and classification. In the heat treatment, for example, carbonization is performed at 300 ° C. to 700 ° C. as needed (solid phase carbonization process), and then the temperature is increased to 900 ° C. to 1300 ° C. at a rate of 1 ° C. to 100 ° C. per minute. This is performed by holding for about 30 hours. The pulverization may be performed before or after carbonization, or during the heating process.

出発原料となる有機材料としては、例えば、フルフリルアルコールあるいはフルフラールの重合体,共重合体、またはこれらの高分子と他の樹脂との共重合体であるフラン樹脂を用いることができる。また、フェノール樹脂,アクリル樹脂,ハロゲン化ビニル樹脂,ポリイミド樹脂,ポリアミドイミド樹脂,ポリアミド樹脂,ポリアセチレンあるいはポリパラフェニレンなどの共役系樹脂、セルロースあるいはその誘導体、コーヒー豆類、竹類、キトサンを含む甲殻類、バクテリアを利用したバイオセルロース類を用いることもできる。更に、水素原子(H)と炭素原子(C)との原子数比H/Cが例えば0.6〜0.8である石油ピッチに酸素(O)を含む官能基を導入(いわゆる酸素架橋)させた化合物を用いることもできる。   As the organic material used as a starting material, for example, a furfuryl alcohol or furfural polymer or copolymer, or a furan resin which is a copolymer of these polymers and another resin can be used. Also, phenolic resins, acrylic resins, vinyl halide resins, polyimide resins, polyamideimide resins, polyamide resins, conjugated resins such as polyacetylene or polyparaphenylene, cellulose or derivatives thereof, crustaceans including coffee beans, bamboos, and chitosan Biocelluloses utilizing bacteria can also be used. Further, a functional group containing oxygen (O) is introduced into a petroleum pitch having an atomic ratio H / C of hydrogen atoms (H) to carbon atoms (C) of, for example, 0.6 to 0.8 (so-called oxygen crosslinking). The compound thus obtained can also be used.

この化合物における酸素の含有率は3%以上であることが好ましく、5%以上であればより好ましい(特開平3−252053号公報参照)。酸素の含有率は炭素材料の結晶構造に影響を与え、これ以上の含有率において難黒鉛化性炭素の物性を高めることができ、負極22の容量を向上させることができるからである。ちなみに、石油ピッチは、例えば、コールタール,エチレンボトム油あるいは原油などを高温で熱分解することにより得られるタール類、またはアスファルトなどを、蒸留(真空蒸留,常圧蒸留あるいはスチーム蒸留),熱重縮合,抽出あるいは化学重縮合することにより得られる。また、酸化架橋形成方法としては、例えば、硝酸,硫酸,次亜塩素酸あるいはこれらの混酸などの水溶液と石油ピッチとを反応させる湿式法、空気あるいは酸素などの酸化性ガスと石油ピッチとを反応させる乾式法、または硫黄,硝酸アンモニウム,過硫酸アンモニア,塩化第二鉄などの固体試薬と石油ピッチとを反応させる方法を用いることができる。   The oxygen content of this compound is preferably at least 3%, more preferably at least 5% (see JP-A-3-25253). This is because the oxygen content affects the crystal structure of the carbon material, and at a higher content, the physical properties of the non-graphitizable carbon can be increased, and the capacity of the negative electrode 22 can be improved. For example, petroleum pitch is used for distillation (vacuum distillation, atmospheric distillation or steam distillation) of tars obtained by pyrolyzing coal tar, ethylene bottom oil or crude oil at a high temperature, or asphalt. It is obtained by condensation, extraction or chemical polycondensation. Examples of the oxidative cross-linking method include a wet method in which an aqueous solution of nitric acid, sulfuric acid, hypochlorous acid, or a mixed acid thereof is reacted with petroleum pitch, and a method in which an oxidizing gas such as air or oxygen is reacted with petroleum pitch. A dry method or a method of reacting a solid reagent such as sulfur, ammonium nitrate, ammonium persulfate, or ferric chloride with petroleum pitch can be used.

なお、出発原料となる有機材料はこれらに限定されず、酸素架橋処理などにより固相炭化過程を経て難黒鉛化性炭素となり得る有機材料であれば、他の有機材料でもよい。   The organic material used as a starting material is not limited to these, and any other organic material may be used as long as it can be converted into non-graphitizable carbon through a solid-phase carbonization process by oxygen cross-linking or the like.

難黒鉛化性炭素としては、上述した有機材料を出発原料として製造されるものの他、特開平3−137010号公報に記載されているリン(P)と酸素と炭素とを主成分とする化合物も、上述した物性パラメータを示すので好ましい。   Examples of the non-graphitizable carbon include those produced using the above-mentioned organic materials as starting materials, and compounds described in JP-A-3-137010, which contain phosphorus (P), oxygen and carbon as main components. It is preferable because the physical property parameters described above are shown.

リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、また、リチウムと合金を形成可能な金属元素の単体、合金あるいは化合物、またはリチウムと合金を形成可能な半金属元素の単体,合金あるいは化合物が挙げられる。これらは高いエネルギー密度を得ることができるので好ましく、特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れた充放電サイクル特性を得ることができるのでより好ましい。なお、本明細書において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とからなるものも含める。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうち2種以上が共存するものがある。   Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include a simple substance, alloy or compound of a metal element capable of forming an alloy with lithium, or a simple substance, alloy or compound of a semimetal element capable of forming an alloy with lithium. . These are preferable because a high energy density can be obtained. In particular, when used together with a carbon material, a high energy density can be obtained and excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained. In this specification, an alloy includes an alloy composed of one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. The structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, and a structure in which two or more of them coexist.

このような金属元素あるいは半金属元素としては、スズ(Sn),鉛(Pb),アルミニウム,インジウム(In),ケイ素(Si),亜鉛,アンチモン(Sb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),マグネシウム,ホウ素,ガリウム,ゲルマニウム(Ge),ヒ素(As),銀(Ag),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y)またはハフニウム(Hf)が挙げられる。これらの合金あるいは化合物としては、例えば、化学式Mas Mbt Liu 、あるいは化学式Map Mcq Mdr で表されるものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、MbはリチウムおよびMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも1種を表し、MdはMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、s、t、u、p、qおよびrの値はそれぞれs>0、t≧0、u≧0、p>0、q>0、r≧0である。 Such metal elements or metalloid elements include tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc, antimony (Sb), bismuth (Bi), and cadmium (Cd). , Magnesium, boron, gallium, germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y) or hafnium (Hf). These alloys or compounds, for example, those represented by the chemical formula Ma s Mb t Li u or a chemical formula Ma p Mc q Md r,. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, Mb represents at least one of a metal element and a metalloid element other than lithium and Ma, Mc represents at least one kind of non-metallic element, and Md represents at least one kind of metal element and metalloid element other than Ma. The values of s, t, u, p, q, and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧ 0, p> 0, q> 0, r ≧ 0, respectively.

中でも、長周期型周期表における14族の金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいのはケイ素あるいはスズ、またはこれらの合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   Among them, a simple substance, an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element belonging to Group 14 of the long-period periodic table is preferable, and particularly preferable is silicon or tin, or an alloy or compound thereof. These may be crystalline or amorphous.

このような合金あるいは化合物について具体的に例を挙げれば、LiAl,AlSb,CuMgSb,SiB4 ,SiB6 ,Mg2 Si,Mg2 Sn,Ni2 Si,TiSi2 ,MoSi2 ,CoSi2 ,NiSi2 ,CaSi2 ,CrSi2 ,Cu5 Si,FeSi2 ,MnSi2 ,NbSi2 ,TaSi2 ,VSi2 ,WSi2 ,ZnSi2 ,SiC,Si3 4 ,Si2 2 O,SiOv (0<v≦2),SnOw (0<w≦2),SnSiO3 ,LiSiOあるいはLiSnOなどがある。 A specific example of such an alloy or such a compound, LiAl, AlSb, CuMgSb, SiB 4, SiB 6, Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2, MoSi 2, CoSi 2, NiSi 2 , CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, SiC, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 < v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSiO or LiSnO.

なお、ケイ素あるいはスズの合金および化合物は、粉末状の場合には、例えば、粉末冶金などで用いられている従来の方法により得られる。従来の方法としては、例えば、アーク溶解炉あるいは高周波誘導加熱炉などの溶解炉で原料を溶融し冷却した後粉砕する方法、または、単ロール急冷法,双ロール急冷法,ガスアトマイズ法,水アトマイズ法あるいは遠心アトマイズ法などのように原料の溶融金属を急速冷却する方法、または、単ロール急冷法あるいは双ロール急冷法などの冷却法により原料の溶融金属を固化したのちメカニカルアロイング法などの方法で粉砕する方法が挙げられる。特に、ガスアトマイズ法あるいはメカニカルアロイング法が好ましい。なお、これらの合成および粉砕は、空気中の酸素による酸化を防ぐために、アルゴン(Ar)、窒素あるいはヘリウム(He)などの不活性ガス雰囲気中もしくは真空雰囲気中で行うことが好ましい。   In the case where the alloy or the compound of silicon or tin is in the form of powder, it can be obtained, for example, by a conventional method used in powder metallurgy. Conventional methods include, for example, a method in which a raw material is melted in a melting furnace such as an arc melting furnace or a high-frequency induction heating furnace, cooled, and then pulverized, or a single-roll quenching method, a twin-roll quenching method, a gas atomizing method, a water atomizing method. Alternatively, a method of rapidly cooling the molten metal of the raw material such as a centrifugal atomizing method, or a method of mechanical alloying after solidifying the molten metal of the raw material by a cooling method such as a single roll quenching method or a twin roll quenching method. A pulverizing method may be used. Particularly, a gas atomizing method or a mechanical alloying method is preferable. The synthesis and the pulverization are preferably performed in an inert gas atmosphere such as argon (Ar), nitrogen, or helium (He) or in a vacuum atmosphere in order to prevent oxidation by oxygen in the air.

リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、酸化鉄,酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどの酸化物や、あるいはLiN3 などが挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレン,ポリアニリンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include other metal compounds and polymer materials. Examples of other metal compounds include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide, and LiN 3. Examples of the polymer material include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.

なお、これらリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の中でも、特に、リチウムイオンの吸蔵反応が活性なものが望ましく、中でも、充放電電位が比較的リチウム金属に近いものが望ましい。   Among these negative electrode materials capable of storing and releasing lithium, those having an active lithium ion storage reaction are particularly desirable, and those having a charge / discharge potential relatively close to lithium metal are particularly desirable.

また、この二次電池では、例えば、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の充電容量を正極21の充電容量よりも小さくすることにより、充電の過程において、開回路電圧(すなわち電池電圧)が過充電電圧よりも低い時点で負極22にリチウム金属が析出し始めるようになっている。つまり、開回路電圧が過充電電圧よりも低い状態において負極22にリチウム金属が析出しており、負極22の容量は、リチウムの吸蔵・離脱による容量成分と、リチウム金属の析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される。従って、この二次電池では、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料とリチウム金属との両方が負極活物質として機能し、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料はリチウム金属が析出する際の基材となっている。   Further, in this secondary battery, for example, by setting the charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium to be smaller than the charge capacity of the positive electrode 21, the open circuit voltage (that is, the battery voltage) is excessive during the charging process. At a time point lower than the charging voltage, lithium metal starts to precipitate on the negative electrode 22. That is, when the open circuit voltage is lower than the overcharge voltage, lithium metal is deposited on the negative electrode 22. The capacity of the negative electrode 22 is based on the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium metal. And represented by the sum of Therefore, in this secondary battery, both the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium and the lithium metal function as the negative electrode active material, and the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is the base material when lithium metal is deposited. It has become.

なお、過充電電圧というのは、電池が過充電状態になった時の開回路電圧を指し、例えば、日本蓄電池工業会(電池工業会)の定めた指針の一つである「リチウム金属二次電池安全性評価基準ガイドライン」(SBA G1101)に記載され定義される「完全充電」された電池の開回路電圧よりも高い電圧を指す。また換言すれば、各電池の公称容量を求める際に用いた充電方法、標準充電方法、もしくは推奨充電方法を用いて充電した後の開回路電圧よりも高い電圧を指す。具体的には、この二次電池では、例えば開回路電圧が4.2Vの時に完全充電となり、開回路電圧が0V以上4.2V以下の範囲内の一部においてリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の表面にリチウム金属が析出している。   The overcharge voltage refers to an open circuit voltage when the battery is in an overcharged state. For example, one of the guidelines set by the Japan Storage Battery Association (Battery Manufacturers Association) is “lithium metal secondary battery”. Refers to a voltage higher than the open circuit voltage of a "fully charged" battery as defined and defined in "Battery Safety Evaluation Guidelines" (SBA G1101). In other words, it refers to a voltage higher than the open circuit voltage after charging using the charging method, the standard charging method, or the recommended charging method used when obtaining the nominal capacity of each battery. Specifically, this secondary battery is fully charged when the open circuit voltage is 4.2 V, for example, and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium in a part of the open circuit voltage in the range of 0 V to 4.2 V. Lithium metal is deposited on the surface of the material.

これにより、この二次電池では、高いエネルギー密度を得ることができると共に、充放電サイクル特性および急速充電特性を向上させることができるようになっている。これは、負極22にリチウム金属を析出させるという点では負極にリチウム金属あるいはリチウム合金を用いた従来のリチウム金属二次電池と同様であるが、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料にリチウム金属を析出させるようにしたことにより、次のような利点が生じるためであると考えられる。   As a result, in this secondary battery, a high energy density can be obtained, and the charge / discharge cycle characteristics and the rapid charge characteristics can be improved. This is similar to a conventional lithium metal secondary battery using lithium metal or a lithium alloy for the negative electrode in that lithium metal is deposited on the negative electrode 22, but lithium metal is used as a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium. It is considered that the following advantages are brought about by the precipitation.

第1に、従来のリチウム金属二次電池では、リチウム金属がデンドライトとして析出するなど、リチウム金属を均一に析出させることが難しく、充放電サイクル特性を劣化させる原因となっていたが、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料は一般的に表面積が大きく、かつ、充電時に膨張して空隙に析出したリチウム金属に圧力を加えるので、この二次電池では、リチウム金属の微粉化およびデンドライト析出が抑制され、リチウム金属二次電池に比べて、リチウム金属が均一に析出することである。第2に、従来のリチウム金属二次電池ではリチウム金属の析出・溶解に伴う体積変化が大きく、それも充放電サイクル特性を劣化させる原因となっていたが、この二次電池ではリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の粒子間の隙間にもリチウム金属が析出するので体積変化が少ないことである。第3に、従来のリチウム金属二次電池ではリチウム金属の析出・溶解量が多ければ多いほど上記の問題も大きくなるが、この二次電池ではリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料によるリチウムの吸蔵・離脱も充放電容量に寄与するので、電池容量が大きいわりにはリチウム金属の析出・溶解量が小さいことである。第4に、従来のリチウム金属二次電池では急速充電を行うとリチウム金属がより不均一に析出してしまうので充放電サイクル特性が更に劣化してしまうが、この二次電池では充電初期においてはリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料にリチウムが吸蔵されるので急速充電が可能となることである。   First, in the conventional lithium metal secondary battery, it is difficult to deposit lithium metal uniformly, for example, as lithium metal precipitates as dendrites, causing deterioration of charge / discharge cycle characteristics.・ Removable negative electrode material generally has a large surface area and applies pressure to lithium metal that expands during charging and precipitates in voids, so in this secondary battery, pulverization of lithium metal and dendrite deposition are suppressed. That is, as compared with a lithium metal secondary battery, lithium metal is more uniformly deposited. Second, in the conventional lithium metal secondary battery, the volume change accompanying the precipitation and dissolution of lithium metal was large, which also deteriorated the charge / discharge cycle characteristics. Lithium metal precipitates also in the gaps between the particles of the detachable negative electrode material, so that the volume change is small. Third, in a conventional lithium metal secondary battery, the larger the amount of lithium metal deposited and dissolved, the greater the above problem. However, in this secondary battery, lithium is absorbed and stored by a negative electrode material capable of storing and releasing lithium. -Since the detachment also contributes to the charge / discharge capacity, the amount of lithium metal deposited and dissolved is small in spite of the large battery capacity. Fourth, in the conventional lithium metal secondary battery, when rapid charging is performed, the lithium metal is more unevenly deposited, so that the charge / discharge cycle characteristics are further deteriorated. Since lithium is inserted into the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, rapid charging becomes possible.

これらの利点をより効果的に得るためには、例えば、開回路電圧が過充電電圧になる前の最大電圧時において負極22に析出するリチウム金属の最大析出容量は、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の充電容量能力の0.05倍以上3.0倍以下であることが好ましい。リチウム金属の析出量が多過ぎると従来のリチウム金属二次電池と同様の問題が生じてしまい、少な過ぎると充放電容量を十分に大きくすることができないからである。また、例えば、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の放電容量能力は、150mAh/g以上であることが好ましい。リチウムの吸蔵・離脱能力が大きいほどリチウム金属の析出量は相対的に少なくなるからである。なお、負極材料の充電容量能力は、例えば、リチウム金属を対極として、この負極材料を負極活物質とした負極について0Vまで定電流・定電圧法で充電した時の電気量から求められる。負極材料の放電容量能力は、例えば、これに引き続き、定電流法で10時間以上かけて2.5Vまで放電した時の電気量から求められる。   In order to obtain these advantages more effectively, for example, the maximum deposition capacity of lithium metal deposited on the negative electrode 22 at the maximum voltage before the open circuit voltage becomes the overcharge voltage is such that lithium can be inserted and extracted. Preferably, the charge capacity is 0.05 times or more and 3.0 times or less of the charge capacity of the negative electrode material. If the amount of lithium metal deposited is too large, the same problem as in a conventional lithium metal secondary battery occurs. If the amount is too small, the charge / discharge capacity cannot be sufficiently increased. Further, for example, the discharge capacity of a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is preferably 150 mAh / g or more. This is because the greater the ability to insert and extract lithium, the smaller the amount of lithium metal deposited. The charge capacity of the negative electrode material is obtained, for example, from the amount of electricity when a negative electrode using lithium metal as a counter electrode and using the negative electrode material as a negative electrode active material is charged to 0 V by a constant current / constant voltage method. The discharge capacity capability of the negative electrode material is determined, for example, from the amount of electricity when the battery is discharged to 2.5 V over 10 hours or more by the constant current method.

セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特に、ポリエチレンは、100℃以上160℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ23を構成する材料として好ましい。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも化学的安定性を備えた樹脂であればポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合させたり、またはブレンド化することで用いることができる。   The separator 23 is made of, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of a ceramic, and has a structure in which two or more kinds of these porous films are laminated. It may be. Above all, a porous film made of polyolefin is preferable because it has an excellent short-circuit prevention effect and can improve the safety of the battery by a shutdown effect. In particular, polyethylene is preferable as a material constituting the separator 23 because it can obtain a shutdown effect in a range of 100 ° C. or more and 160 ° C. or less and has excellent electrochemical stability. Polypropylene is also preferable, and any other resin having chemical stability can be used by copolymerizing or blending with polyethylene or polypropylene.

このポリオレフィン製の多孔質膜は、例えば、溶融状態のポリオレフィン組成物に溶融状態で液状の低揮発性溶媒を混練し、均一なポリオレフィン組成物の高濃度溶液としたのち、これをダイスにより成型し、冷却してゲル状シートとし、延伸することにより得られる。   This polyolefin porous film is, for example, a liquid polyolefin composition in a molten state is kneaded with a liquid low-volatile solvent in a molten state to form a uniform polyolefin composition high-concentration solution, which is then molded with a die. It is obtained by cooling to a gel-like sheet and stretching.

低揮発性溶媒としては、例えば、ノナン,デカン,デカリン,p−キシレン,ウンデカンあるいは流動パラフィンなどの低揮発性脂肪族または環式の炭化水素を用いることができる。ポリオレフィン組成物と低揮発性溶媒との配合割合は、両者の合計を100質量%として、ポリオレフィン組成物が10質量%以上80質量%以下、更には15質量%以上70質量%以下であることが好ましい。ポリオレフィン組成物が少なすぎると、成型時にダイス出口で膨潤あるいはネックインが大きくなり、シート成形が困難となるからである。一方、ポリオレフィン組成物が多すぎると、均一な溶液を調製することが難しいからである。   As the low volatile solvent, for example, a low volatile aliphatic or cyclic hydrocarbon such as nonane, decane, decalin, p-xylene, undecane or liquid paraffin can be used. The blending ratio of the polyolefin composition and the low-volatile solvent may be 10% to 80% by mass, and more preferably 15% to 70% by mass, with the total of both being 100% by mass. preferable. If the amount of the polyolefin composition is too small, swelling or neck-in becomes large at the die exit during molding, and sheet molding becomes difficult. On the other hand, if the polyolefin composition is too large, it is difficult to prepare a uniform solution.

ポリオレフィン組成物の高濃度溶液をダイスにより成型する際には、シートダイスの場合、ギャップは例えば0.1mm以上5mm以下とすることが好ましい。また、押し出し温度は140℃以上250℃以下、押し出し速度は2cm/分以上30cm/分以下とすることが好ましい。   When a high-concentration solution of the polyolefin composition is molded by a die, in the case of a sheet die, the gap is preferably, for example, 0.1 mm or more and 5 mm or less. Further, it is preferable that the extrusion temperature is 140 ° C. or more and 250 ° C. or less, and the extrusion speed is 2 cm / min or more and 30 cm / min or less.

冷却は、少なくともゲル化温度以下まで行う。冷却方法としては、冷風,冷却水,その他の冷却媒体に直接接触させる方法、または冷媒で冷却したロールに接触させる方法などを用いることができる。なお、ダイスから押し出したポリオレフィン組成物の高濃度溶液は、冷却前あるいは冷却中に1以上10以下、好ましくは1以上5以下の引取比で引き取ってもよい。引取比が大きすぎると、ネックインが大きくなり、また延伸する際に破断も起こしやすくなり、好ましくないからである。   Cooling is performed at least to a gelling temperature or lower. As a cooling method, a method of directly contacting with cold air, cooling water, or another cooling medium, a method of contacting with a roll cooled by a refrigerant, or the like can be used. The high-concentration solution of the polyolefin composition extruded from the die may be taken off at a take-up ratio of 1 to 10 and preferably 1 to 5 before or during cooling. If the take-up ratio is too large, neck-in becomes large, and breakage tends to occur during stretching, which is not preferable.

ゲル状シートの延伸は、例えば、このゲル状シートを加熱し、テンター法、ロール法、圧延法あるいはこれらを組み合わせた方法により、二軸延伸で行うことが好ましい。その際、縦横同時延伸でも、逐次延伸のいずれでもよいが、特に、同時二次延伸が好ましい。延伸温度は、ポリオレフィン組成物の融点に10℃を加えた温度以下、更には結晶分散温度以上融点未満とすることが好ましい。延伸温度が高すぎると、樹脂の溶融により延伸による効果的な分子鎖配向ができず好ましくないからであり、延伸温度が低すぎると、樹脂の軟化が不十分となり、延伸の際に破膜しやすく、高倍率の延伸ができないからである。   The stretching of the gel-like sheet is preferably performed by biaxial stretching, for example, by heating the gel-like sheet and using a tenter method, a roll method, a rolling method, or a combination thereof. At that time, either vertical or horizontal simultaneous stretching or sequential stretching may be used, but simultaneous secondary stretching is particularly preferable. The stretching temperature is preferably equal to or lower than the temperature obtained by adding 10 ° C. to the melting point of the polyolefin composition, and more preferably equal to or higher than the crystal dispersion temperature and lower than the melting point. If the stretching temperature is too high, an effective molecular chain orientation due to stretching cannot be performed due to melting of the resin, which is not preferable.If the stretching temperature is too low, the softening of the resin becomes insufficient and the film breaks during stretching. This is because it is easy to perform stretching at a high magnification.

なお、ゲル状シートを延伸したのち、延伸した膜を揮発溶剤で洗浄し、残留する低揮発性溶媒を除去することが好ましい。洗浄したのちは、延伸した膜を加熱あるいは送風により乾燥させ、洗浄溶媒を揮発させる。洗浄溶剤としては、例えば、ペンタン,ヘキサン,ヘブタンなどの炭化水素、塩化メチレン,四塩化炭素などの塩素系炭化水素、三フッ化エタンなどのフッ化炭素、またはジエチルエーテル,ジオキサンなどのエーテル類のように易揮発性のものを用いる。洗浄溶剤は用いた低揮発性溶媒に応じて選択され、単独あるいは混合して用いられる。洗浄は、揮発性溶剤に浸漬して抽出する方法、揮発性溶剤を振り掛ける方法、あるいはこれらを組み合わせた方法により行うことができる。この洗浄は、延伸した膜中の残留低揮発性溶媒がポリオレフィン組成物100質量部に対して1質量部未満となるまで行う。   It is preferable that after stretching the gel-like sheet, the stretched film is washed with a volatile solvent to remove the remaining low-volatile solvent. After washing, the stretched film is dried by heating or blowing, and the washing solvent is volatilized. Examples of the washing solvent include hydrocarbons such as pentane, hexane, and hebutane; chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and carbon tetrachloride; carbon fluorides such as ethane trifluoride; and ethers such as diethyl ether and dioxane. As described above, a volatile material is used. The washing solvent is selected according to the low-volatile solvent used, and used alone or in combination. Washing can be performed by a method of immersing in a volatile solvent for extraction, a method of sprinkling with a volatile solvent, or a method combining these. This washing is performed until the residual low-volatile solvent in the stretched film becomes less than 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the polyolefin composition.

セパレータ23に含浸された電解液は、液状の溶媒、例えば有機溶剤などの非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩であるリチウム塩とを含んでいる。液状の非水溶媒というのは、例えば、非水化合物よりなり、25℃における固有粘度が10.0mPa・s以下のものを言う。なお、電解質塩を溶解した状態での固有粘度が10.0mPa・s以下のものでもよく、複数種の非水化合物を混合して溶媒を構成する場合には、混合した状態での固有粘度が10.0mPa・s以下であればよい。   The electrolytic solution impregnated in the separator 23 contains a liquid solvent, for example, a non-aqueous solvent such as an organic solvent, and a lithium salt which is an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent. The liquid non-aqueous solvent is, for example, a non-aqueous compound having an intrinsic viscosity at 25 ° C. of 10.0 mPa · s or less. In addition, the intrinsic viscosity in a state where the electrolyte salt is dissolved may be 10.0 mPa · s or less. When a plurality of types of non-aqueous compounds are mixed to form a solvent, the intrinsic viscosity in the mixed state may be less than 10.0 mPa · s. What is necessary is just 10.0 mPa * s or less.

非水溶媒は、比較的誘電率の高い高誘電率溶媒のいずれか1種または2種以上を主溶媒として含み、この高誘電率溶媒に低粘度溶媒のいずれか1種または2種以上を混合して含んでいることが望ましい。高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,ブチレンカーボネート,ビニレンカーボネート,スルホラン酸,γ−ブチロラクトンあるいはバレロラクトン類などが挙げられる。   The non-aqueous solvent contains, as a main solvent, one or more high dielectric constant solvents having a relatively high dielectric constant, and mixes one or more low viscosity solvents with the high dielectric constant solvent. It is desirable to include it. Examples of the high dielectric constant solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, sulfolane acid, γ-butyrolactone, and valerolactones.

低粘度溶媒としては、ジエチルカーボネートあるいはジメチルカーボネートなどの対称構造を有する鎖状炭酸エステル、メチルエチルカーボネートあるいはメチルプロピルカーボネートなどの非対称構造を有する鎖状炭酸エステル、プロピオン酸メチルあるいはプロピオン酸エチルなどのカルボン酸エステル、またはリン酸トリメチルあるいはリン酸トリエチルなどのリン酸エステルなどが挙げられる。   Examples of the low-viscosity solvent include a chain carbonate having a symmetric structure such as diethyl carbonate or dimethyl carbonate, a chain carbonate having an asymmetric structure such as methyl ethyl carbonate or methyl propyl carbonate, and a carboxylic acid such as methyl propionate or ethyl propionate. An acid ester or a phosphoric acid ester such as trimethyl phosphate or triethyl phosphate is exemplified.

非水溶媒は、また、エーテルのいずれか1種または2種以上を混合して含んでいることが好ましい。エーテルは高い耐還元性を有するので、負極22に析出したリチウム金属との反応性が低いからである。エーテルとしては、例えば、テトラヒドロピラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,2−ジエトキシエタン,1,3−ジメトキシエタンおよびこれらの誘導体が好ましい。   It is preferable that the non-aqueous solvent contains one or more ethers in combination. This is because ether has high resistance to reduction and thus has low reactivity with lithium metal deposited on the negative electrode 22. Preferred examples of the ether include tetrahydropyran, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 1,2-diethoxyethane, 1,3-dimethoxyethane, and derivatives thereof.

なお、非水溶媒には、電池特性を改善する目的で、ビニレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、4−メチル−1,3−ジオキソラン、スルホラン、メチルスルホラン、2,4−ジフロルオロアニソールあるいは2,6−ジフロルオロアニソールなどを添加したものを用いてもよい。これらの非水溶媒における含有量は40容量%以下、更には20容量%以下であることが望ましい。   In addition, non-aqueous solvents include vinylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, 4-methyl-1,3-dioxolan, sulfolane, methylsulfolane, 2,4-difluoroanisole, A material to which 6-difluoroanisole or the like is added may be used. The content in these non-aqueous solvents is preferably 40% by volume or less, more preferably 20% by volume or less.

リチウム塩としては、例えば、LiPF6 ,LiClO4 ,LiAsF6 ,LiBF4 ,LiB(C6 5 4 ,CH3 SO3 Li,CF3 SO3 Li,LiN(CF3 SO2 2 ,LiC(CF3 SO2 3 ,LiClあるいはLiBrが挙げられる。リチウム塩は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。2種以上混合して用いる場合、LiPF6 を主成分とすることが望ましい。LiPF6 は、導電率が高く、酸化安定性にも優れているからである。 As the lithium salt, for example, LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiCl or LiBr. As the lithium salt, any one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. When two or more kinds are used in combination, it is desirable that LiPF 6 be the main component. This is because LiPF 6 has high conductivity and excellent oxidation stability.

これらリチウム塩の含有量(濃度)は溶媒に対して0.5mol/kg以上3.0mol/kg以下の範囲内であることが好ましい。この範囲外ではイオン伝導度の極端な低下により十分な電池特性が得られなくなる虞があるからである。   The content (concentration) of these lithium salts is preferably in the range of 0.5 mol / kg to 3.0 mol / kg with respect to the solvent. If the content is out of this range, sufficient battery characteristics may not be obtained due to an extreme decrease in ionic conductivity.

なお、電解液に代えて、高分子化合物に電解液を保持させたゲル状の電解質を用いてもよい。ゲル状の電解質は、イオン伝導度が室温で1mS/cm以上であるものであればよく、組成および高分子化合物の構造に特に限定はない。電解液(すなわち液状の溶媒および電解質塩)については上述のとおりである高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートが挙げられる。特に、電気化学的安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドの構造を持つ高分子化合物を用いることが望ましい。   Note that, instead of the electrolytic solution, a gel electrolyte in which a polymer compound holds the electrolytic solution may be used. The gel electrolyte may be one having an ionic conductivity of 1 mS / cm or more at room temperature, and there is no particular limitation on the composition and the structure of the polymer compound. The polymer compound as described above for the electrolytic solution (that is, the liquid solvent and the electrolyte salt) includes, for example, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene, and polytetrafluoroethylene. Ethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, Polystyrene or polycarbonate is mentioned. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, it is desirable to use a polymer compound having a structure of polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide.

電解液に対する高分子化合物の添加量は、両者の相溶性によっても異なるが、通常、電解液の5質量%〜50質量%に相当する高分子化合物を添加することが好ましい。また、リチウム塩の含有量は、電解液の場合と同様である。但し、ここで溶媒というのは、液状の溶媒のみを意味するのではなく、電解質塩を解離させることができ、イオン伝導性を有するものを広く含む概念である。よって、高分子化合物にイオン伝導性を有するものを用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。   The amount of the polymer compound added to the electrolyte varies depending on the compatibility between the two, but it is usually preferable to add a polymer corresponding to 5% by mass to 50% by mass of the electrolyte. The content of the lithium salt is the same as in the case of the electrolytic solution. However, the term “solvent” used herein is not limited to a liquid solvent alone, but is a concept that broadly includes a solvent capable of dissociating an electrolyte salt and having ion conductivity. Therefore, when a polymer compound having ion conductivity is used, the polymer compound is also included in the solvent.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   This secondary battery can be manufactured, for example, as follows.

まず、例えば、化1に示した複合酸化物あるいは化2に示した複合酸化物を含む正極材料と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極合剤層21Bを形成し、正極21を作製する。   First, for example, a positive electrode material is prepared by mixing a positive electrode material containing the composite oxide shown in Chemical formula 1 or the composite oxide shown in Chemical formula 2, a conductive agent, and a binder. Is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A and dried, and then compression molded by a roll press or the like to form the positive electrode mixture layer 21B, and the positive electrode 21 is manufactured.

次いで、例えば、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して負極合剤層22Bを形成し、負極22を作製する。   Next, for example, a negative electrode mixture is prepared by mixing a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium and a binder, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to form a paste. Negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22A and dried, and then compression-molded by a roll press or the like to form the negative electrode mixture layer 22B, and the negative electrode 22 is manufactured.

次いで、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。そののち、正極21と負極22とをセパレータ23を介して対向配置したのち巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解質を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1に示した二次電池が完成する。   Next, the cathode lead 25 is attached to the cathode current collector 21A by welding or the like, and the anode lead 26 is attached to the anode current collector 22A by welding or the like. Thereafter, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are arranged opposite to each other with the separator 23 interposed therebetween, and then wound. The distal end of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the distal end of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. Then, the wound positive electrode 21 and negative electrode 22 are sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13 and housed inside the battery can 11. After housing the positive electrode 21 and the negative electrode 22 inside the battery can 11, an electrolyte is injected into the inside of the battery can 11 and impregnated into the separator 23. After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the thermal resistance element 16 are fixed to the open end of the battery can 11 by caulking through the gasket 17. Thereby, the secondary battery shown in FIG. 1 is completed.

この二次電池では、充電を行うと、正極合剤層21Bからリチウムイオンが離脱し、セパレータ23に含浸された電解質を介して、まず、負極合剤層22Bに含まれるリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料に吸蔵されると共に、負極22の電位が低下する。更に充電を続けると、開回路電圧が過充電電圧よりも低い状態において、充電容量がリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の充電容量能力を超え、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の表面にリチウム金属が析出し始める。そののち、充電を終了するまで負極22にはリチウム金属が析出し続ける。このとき、溶媒に、高い耐還元性を有するエーテルを用いればリチウム金属と電解質との反応が抑制される。但し、エーテルは耐酸化性が低いので、従来の正極であれば正極活物質表面に存在する活性なサイトにおいて触媒的に電解質の酸化分解が進行するが、本実施の形態では、化1あるいは化2に示した複合酸化物を含むことにより正極21の構造が高電圧でも安定で、かつ、正極活物質表面に存在する活性なサイトの反応性が低減されるので、耐酸化性の低いエーテルを用いても安定に動作する。また、充電終了後においては、負極22の電位がリチウム金属が析出しないリチウムイオン二次電池よりも、例えば負極活物質として黒鉛を用いた場合には50mV程度低下し、またリチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素の単体,合金または化合物を用いた場合には30mV程度低下する。よって、電池電圧が同一であるリチウムイオン二次電池と比較すると、正極21の電位も低下するので、正極21における反応性はより低くなっている。   In this secondary battery, when charged, lithium ions are separated from the positive electrode mixture layer 21B, and lithium contained in the negative electrode mixture layer 22B can be inserted and removed first through the electrolyte impregnated in the separator 23. And the potential of the negative electrode 22 decreases. When charging is further continued, in the state where the open circuit voltage is lower than the overcharge voltage, the charge capacity exceeds the charge capacity capability of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, and the charge capacity is increased on the surface of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium. Lithium metal begins to precipitate. Thereafter, lithium metal continues to be deposited on the negative electrode 22 until charging is completed. At this time, if ether having high resistance to reduction is used as the solvent, the reaction between the lithium metal and the electrolyte is suppressed. However, since ether has low oxidation resistance, in the case of a conventional positive electrode, oxidative decomposition of the electrolyte proceeds catalytically at active sites present on the surface of the positive electrode active material. By containing the composite oxide shown in 2, the structure of the positive electrode 21 is stable even at a high voltage, and the reactivity of active sites existing on the surface of the positive electrode active material is reduced. It operates stably even when used. After charging is completed, the potential of the negative electrode 22 is reduced by about 50 mV, for example, when graphite is used as the negative electrode active material, as compared with a lithium ion secondary battery in which lithium metal is not precipitated, and an alloy with lithium can be formed. When a simple element, alloy, or compound of a simple metal element or metalloid element is used, the voltage drops by about 30 mV. Therefore, as compared with a lithium ion secondary battery having the same battery voltage, the potential of the positive electrode 21 is also reduced, so that the reactivity of the positive electrode 21 is lower.

また、放電を行うと、まず、負極22に析出したリチウム金属がイオンとなって溶出し、セパレータ23に含浸された電解質を介して、正極合剤層21Bに吸蔵される。更に放電を続けると、負極合剤層22B中のリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料に吸蔵されたリチウムイオンが離脱し、電解質を介して正極合剤層21Bに吸蔵される。これにより、この二次電池では、従来のいわゆるリチウム金属二次電池およびリチウムイオン二次電池の両方の特性、すなわち高いエネルギー密度および高い初回充放電効率,良好な充放電サイクル特性が期待できる。   Further, when the discharge is performed, first, the lithium metal precipitated on the negative electrode 22 is eluted as ions, and is occluded in the positive electrode mixture layer 21B via the electrolyte impregnated in the separator 23. When the discharge is further continued, lithium ions occluded in the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium in the negative electrode mixture layer 22B are released and occluded in the positive electrode mixture layer 21B via the electrolyte. As a result, in this secondary battery, both characteristics of a conventional so-called lithium metal secondary battery and lithium ion secondary battery, that is, high energy density, high initial charge / discharge efficiency, and good charge / discharge cycle characteristics can be expected.

このように本実施の形態では、化1あるいは化2に示した複合酸化物を含むようにしたので、4V以上の高電圧における電解質の酸化反応の進行を抑制することができる。また負極22にリチウム金属を析出させるようにしたので、電池電圧が同一のリチウムイオン二次電池に比べて、正極21の電位を低くすることができ、正極21における反応性を低下させることができる。よって、還元に強いが酸化反応に対する反応性の高いエーテルを用いることができ、活性なリチウムの還元反応を抑制することができる。また、より高電圧な4.2V以上4.5V以下の電圧動作が可能となる。従って、容量,充放電効率および充放電サイクル特性を向上させることができる。その結果、携帯電話,PDAあるいはノート型コンピュータに代表される携帯型電子機器の小型化および軽量化に貢献することができる。   As described above, in the present embodiment, since the composite oxide shown in Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 is included, the progress of the oxidation reaction of the electrolyte at a high voltage of 4 V or more can be suppressed. In addition, since lithium metal is deposited on the negative electrode 22, the potential of the positive electrode 21 can be lower than that of a lithium ion secondary battery having the same battery voltage, and the reactivity of the positive electrode 21 can be reduced. . Therefore, an ether that is strong in reduction but highly reactive to an oxidation reaction can be used, and an active reduction reaction of lithium can be suppressed. Further, a higher voltage operation of 4.2 V or more and 4.5 V or less can be performed. Therefore, the capacity, charge / discharge efficiency and charge / discharge cycle characteristics can be improved. As a result, it is possible to contribute to miniaturization and weight reduction of a portable electronic device represented by a mobile phone, a PDA or a notebook computer.

更に、本発明の具体的な実施例について図1および図2を参照して詳細に説明する。   Further, a specific embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

(実施例1−1〜1−8)
まず、炭酸リチウム(Li2 Co3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを混合し、この混合物を、空気中において900℃で5時間焼成し、Lix CoO2 を作製した。リチウムの物質量比xは、実施例1−1〜1−8では、表1に示したように1.05から1.32までの範囲内で変化させた。なお、得られた複合酸化物の組成は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析により確認した。
(Examples 1-1 to 1-8)
First, lithium carbonate (Li 2 Co 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) were mixed, and this mixture was fired in air at 900 ° C. for 5 hours to produce Li x CoO 2 . In Examples 1-1 to 1-8, the material amount ratio x of lithium was changed within a range from 1.05 to 1.32 as shown in Table 1. The composition of the obtained composite oxide was confirmed by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis.

Figure 2004356092
Figure 2004356092

次いで、この複合酸化物を粉砕し、レーザ回折法で得られる累積50%粒径が15μmの粉末とした。そののち、この複合酸化物の粉末95質量%と炭酸リチウムの粉末5質量%とを混合し、この混合物94質量%と導電剤であるケッチェンブラック3質量%と結着剤であるポリフッ化ビニリデン3質量%とを混合し、N−メチル−2−ピロリドンに分散させることによりペースト状の正極合剤スラリーを作製した。次いで、厚み20μmの帯状のアルミニウム箔よりなる正極集電体21Aを用意し、この正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布し乾燥させたのち圧縮成型することにより厚み113μmの正極合剤層21Bを形成し、正極21を作製した。   Next, this composite oxide was pulverized to obtain a powder having a cumulative 50% particle size of 15 μm obtained by a laser diffraction method. Thereafter, 95% by mass of the composite oxide powder and 5% by mass of lithium carbonate powder are mixed, and 94% by mass of the mixture, 3% by mass of Ketjen black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed. 3% by mass and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like positive electrode mixture slurry. Next, a positive electrode current collector 21A made of a 20-μm-thick strip-shaped aluminum foil was prepared, and a positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 21A, dried, and then compression-molded to obtain a 113 μm-thick. The positive electrode mixture layer 21B was formed, and the positive electrode 21 was produced.

また、リチウムの吸蔵反応における電気化学当量が320mAh/gの人造黒鉛の粉末90質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン10質量%とを混合し、N−メチル−2−ピロリドンに分散させることによりペースト状の負極合剤スラリーを作製した。なお、電気化学当量は、黒鉛表面にリチウム金属が析出しないときの最大リチウム吸蔵量と規定される。   Further, 90% by mass of an artificial graphite powder having an electrochemical equivalent of 320 mAh / g in the lithium storage reaction and 10% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone. Thus, a paste-like negative electrode mixture slurry was prepared. The electrochemical equivalent is defined as the maximum lithium storage amount when lithium metal does not precipitate on the graphite surface.

次いで、厚み15μmの帯状の銅箔よりなる負極集電体22Aを用意し、この負極集電体22Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布し乾燥させたのち圧縮成型することにより厚み120μmの負極合剤層22Bを形成し、負極22を作製した。   Next, a negative electrode current collector 22A made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 15 μm was prepared, and a negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the negative electrode current collector 22A, dried, and then compression molded to obtain a 120 μm thick negative electrode current collector. The negative electrode mixture layer 22B was formed, and the negative electrode 22 was produced.

次いで、厚み27μmの微多孔性ポリエチレン延伸フィルムよりなるセパレータ23を介して、負極22、セパレータ23、正極21、セパレータ23の順に積層してから多数回巻回し、外径18mmの巻回電極体20を作製した。   Next, a negative electrode 22, a separator 23, a positive electrode 21, and a separator 23 are laminated in this order via a separator 23 made of a stretched microporous polyethylene film having a thickness of 27 μm, and then wound many times to form a wound electrode body 20 having an outer diameter of 18 mm. Was prepared.

次いで、この巻回電極体20をニッケルめっきを施した鉄製の電池缶11に収納した。このとき、巻回電極体20の上下両面に絶縁板12,13を配設し、アルミニウム製の正極リード25を正極集電体21Aから導出して安全弁機構15に溶接すると共に、ニッケル製の負極リード26を負極集電体22Aから導出して電池缶11に溶接した。そののち、電池缶11の内部に電解液を減圧方式により注入した。電解液には、エチレンカーボネートとテトラヒドロピランまたはジメチルカーボネートとを等体積で混合した溶媒にLiPF6 を1. 5mol/lとなるように溶解させたものを用いた。 Next, the wound electrode body 20 was housed in a nickel-plated iron battery can 11. At this time, insulating plates 12 and 13 are provided on the upper and lower surfaces of the wound electrode body 20, an aluminum positive electrode lead 25 is led out from the positive electrode current collector 21A and welded to the safety valve mechanism 15, and a nickel negative electrode The lead 26 was led out from the negative electrode current collector 22A and welded to the battery can 11. After that, the electrolytic solution was injected into the battery can 11 by a reduced pressure method. As the electrolytic solution, a solution prepared by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1.5 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and tetrahydropyran or dimethyl carbonate were mixed in an equal volume was used.

電池缶11の内部に電解液を注入したのち、表面にアスファルトを塗布したガスケット17を介して電池蓋14を電池缶11にかしめることにより、安全弁機構15および熱感抵抗素子16を固定し、電池内の気密性を保持させ、直径18mm、高さ50mmの円筒型の二次電池を作製した。   After injecting the electrolytic solution into the inside of the battery can 11, the battery cover 14 is caulked to the battery can 11 via a gasket 17 coated with asphalt on the surface, thereby fixing the safety valve mechanism 15 and the thermal resistance element 16, While maintaining the airtightness in the battery, a cylindrical secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 50 mm was produced.

また、実施例1−1〜1−8に対する比較例1−1〜1−4として、LiCoO2 またはLi1.35CoO2 を作製すると共に、エチレンカーボネートとテトラヒドロピランまたはジメチルカーボネートとを等体積で混合した溶媒を用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−8と同様にして二次電池を作製した。 Further, as Comparative Examples 1-1 to 1-4 with respect to Examples 1-1 to 1-8, LiCoO 2 or Li 1.35 CoO 2 was produced, and ethylene carbonate and tetrahydropyran or dimethyl carbonate were mixed in equal volumes. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8 except that a solvent was used.

作製した実施例1−1〜1−8および比較例1−1〜1−4の二次電池について、充放電試験を行い、初回充電容量,初回放電容量,初回充放電効率および放電容量維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。その際、充電は、600mAの定電流で充電電圧が表1に示した値に達するまで行ったのち、その定電圧で充電時間の総計が4時間に達するまで行った。一方、放電は、600mAの定電流で放電電圧が2.75Vに達するまで行った。初回充放電効率は、初回充電容量に対する初回放電容量の比率(%)として算出し、放電容量維持率は200サイクル目の放電容量に対する初回放電容量の比率(%)として算出した。   For the fabricated secondary batteries of Examples 1-1 to 1-8 and Comparative examples 1-1 to 1-4, a charge / discharge test was performed, and an initial charge capacity, an initial discharge capacity, an initial charge / discharge efficiency, and a discharge capacity retention ratio were obtained. I asked. Table 1 shows the obtained results. At that time, the charging was performed at a constant current of 600 mA until the charging voltage reached the value shown in Table 1, and then the charging was performed at the constant voltage until the total charging time reached 4 hours. On the other hand, the discharge was performed at a constant current of 600 mA until the discharge voltage reached 2.75 V. The initial charge / discharge efficiency was calculated as a ratio (%) of the initial discharge capacity to the initial charge capacity, and the discharge capacity retention rate was calculated as a ratio (%) of the initial discharge capacity to the discharge capacity at the 200th cycle.

また、実施例1−1〜1−8および比較例1−1〜1−4の二次電池について、上述した条件で1サイクル充放電を行ったのち再度完全充電させたものを解体し、目視および 7Li核磁気共鳴分光法により、負極合剤層22Bにリチウム金属が析出しているか否かを調べた。更に、上述した条件で2サイクル充放電を行い、完全放電させたものを解体し、同様にして、負極合剤層22Bにリチウム金属が析出しているか否かを調べた。 The secondary batteries of Examples 1-1 to 1-8 and Comparative Examples 1-1 to 1-4 were charged and discharged for one cycle under the above-described conditions and then completely charged again. And 7 Li nuclear magnetic resonance spectroscopy was used to determine whether or not lithium metal was deposited on the negative electrode mixture layer 22B. Furthermore, charge / discharge was performed for two cycles under the above-described conditions, and the battery that had been completely discharged was disassembled. Similarly, it was examined whether or not lithium metal had precipitated on the negative electrode mixture layer 22B.

その結果、実施例1−1〜1−8および比較例1−1〜1−4の二次電池の全てにおいて、完全充電状態では負極合剤層22Bにリチウム金属と、外部標準塩化リチウムに対し260ppmのピークが認められ、完全放電状態ではリチウム金属の存在が認められなかった。すなわち、負極22の容量は、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されることが確認された。   As a result, in all of the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-8 and Comparative examples 1-1 to 1-4, in the fully charged state, the negative electrode mixture layer 22B contained lithium metal and external standard lithium chloride. A peak at 260 ppm was observed, and the presence of lithium metal was not observed in a completely discharged state. That is, it was confirmed that the capacity of the negative electrode 22 includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is represented by the sum thereof.

また、表1から分かるように、リチウムの物質量比xを1.00<x<1.35の範囲内とした実施例1−1〜1−8では、放電容量,初回充放電効率および放電容量維持率のいずれについても高い値が得られ、特に、充電電圧を4.5V以上とした実施例1−6,1−7では放電容量を1600mAh以上と高くすることができた。また、実施例1−3と実施例1−8とを比較すれば分かるように、テトラヒドロピランを用いた実施例1−3では、用いていない実施例1−8に比べて、放電容量,初回充放電効率および放電容量維持率を高くすることができた。   Further, as can be seen from Table 1, in Examples 1-1 to 1-8 in which the lithium mass ratio x was in the range of 1.00 <x <1.35, the discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the discharge High values were obtained for all of the capacity retention rates, and in particular, in Examples 1-6 and 1-7 in which the charging voltage was 4.5 V or more, the discharge capacity was able to be increased to 1600 mAh or more. Further, as can be seen from a comparison between Example 1-3 and Example 1-8, in Example 1-3 using tetrahydropyran, the discharge capacity and the first time were smaller than those in Example 1-8 not using tetrahydropyran. The charge / discharge efficiency and the discharge capacity retention rate could be increased.

これに対して、リチウムの物質量比xを1または1.35とした比較例1−1〜1−4では、初回充放電効率および放電容量維持率の両方とも低く、特に、充電電圧を4.55Vとした比較例1−4では、50サイクル目において放電容量維持率が零、すなわち50サイクル目において放電容量が零になってしまい、しかも、初回放電容量が同じ充電電圧とした実施例1−7に比べて低かった。また、比較例1−1と比較例1−2とを比較すれば分かるように、テトラヒドロピランを用いた比較例1−2では、用いていない比較例1−1よりも放電容量,初回充放電効率および放電容量維持率のいずれについても悪化してしまった。   On the other hand, in Comparative Examples 1-1 to 1-4 in which the material amount ratio x of lithium was 1 or 1.35, both the initial charge / discharge efficiency and the discharge capacity retention ratio were low, and in particular, the charge voltage was 4 In Comparative Example 1-4 at .55 V, the discharge capacity retention ratio was zero at the 50th cycle, that is, the discharge capacity was zero at the 50th cycle, and the first discharge capacity was the same charge voltage as in Example 1. It was lower than -7. Also, as can be seen by comparing Comparative Example 1-1 with Comparative Example 1-2, Comparative Example 1-2 using tetrahydropyran has a higher discharge capacity and initial charge / discharge than Comparative Example 1-1 not using it. Both the efficiency and the discharge capacity retention ratio deteriorated.

すなわち、Lix CoO2 において、リチウムの物質量比xを1<x<1.35の範囲内とすれば、放電容量,充放電効率および充放電サイクル特性を向上させることができることが分かった。また、高電圧でも動作可能となり、より高い容量を得ることができることが分かった。 That is, in Li x CoO 2 , it was found that the discharge capacity, charge / discharge efficiency and charge / discharge cycle characteristics could be improved if the lithium mass ratio x was within the range of 1 <x <1.35. In addition, it was found that operation was possible even at a high voltage, and higher capacity could be obtained.

また、実施例1−1〜1−5から分かるように、放電容量,初回充放電効率および放電容量維持率は、リチウムの物質量比xが大きくなると増加し、極大値を示したのち小さくなる傾向が見られた。すなわち、リチウムの物質量比xは、1.05<x<1.20の範囲内であることが好ましいことが分かった。   Further, as can be seen from Examples 1-1 to 1-5, the discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the discharge capacity retention rate increase as the material amount ratio x of lithium increases, and decrease after reaching the maximum value. There was a trend. That is, it was found that the lithium material amount ratio x was preferably in the range of 1.05 <x <1.20.

(実施例2−1〜2−4)
テトラヒドロピランに代えて、表2に示したエーテルを用いたことを除き、他は実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。また、実施例2−1〜2−4に対する比較例2−1〜2−4として、一般式LiCoO2 で表される複合酸化物を作製したことを除き、他は実施例2−1〜2−4とそれぞれ同様にして二次電池を作製した。
(Examples 2-1 to 2-4)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-3, except that the ethers shown in Table 2 were used instead of tetrahydropyran. In addition, as Comparative Examples 2-1 to 2-4 with respect to Examples 2-1 to 2-4, except that a composite oxide represented by the general formula LiCoO 2 was prepared, the others were the same as in Examples 2-1 to 2-4. In the same manner as in Comparative Example No.-4, secondary batteries were manufactured.

Figure 2004356092
Figure 2004356092

実施例2−1〜2−4および比較例2−1〜2−4の二次電池についても、実施例1−3と同様にして充放電試験を行い、初回充電容量,初回放電容量および初回充放電効率を調べた。その結果を実施例1−3および比較例1−2の結果と共に表2に示す。また、完全充電状態と完全放電状態とにおけるリチウム金属の析出の有無を調べた。その結果、実施例2−1〜2−4および比較例2−1〜2−4は、負極22の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されることが確認された。   The secondary batteries of Examples 2-1 to 2-4 and Comparative examples 2-1 to 2-4 were also subjected to a charge / discharge test in the same manner as in Example 1-3, and the initial charge capacity, the initial discharge capacity, and the initial The charge / discharge efficiency was examined. The results are shown in Table 2 together with the results of Example 1-3 and Comparative Example 1-2. In addition, the presence or absence of lithium metal deposition in a fully charged state and a completely discharged state was examined. As a result, in Examples 2-1 to 2-4 and Comparative examples 2-1 to 2-4, the capacity of the negative electrode 22 was such that the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium were different. It was confirmed that it was included and represented by the sum.

表2から分かるように、実施例2−1〜2−4によれば、実施例1−3と同様に、放電容量および初回充放電効率について、対応する比較例2−1〜2−4よりも高い値が得られた。すなわち、エーテルとしては、テトラヒドロピラン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,2−ジエトキシエタンあるいは1,3−ジメトキシエタンを用いることができ、これらエーテルにより特性を向上させることができることが確認できた。   As can be seen from Table 2, according to Examples 2-1 to 2-4, as in Example 1-3, the discharge capacity and the initial charge / discharge efficiency were higher than those of Comparative Examples 2-1 to 2-4. High values were also obtained. That is, as the ether, tetrahydropyran, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 1,2-diethoxyethane or 1,3-dimethoxyethane can be used, and it can be confirmed that the properties can be improved by these ethers. Was.

(実施例3−1〜3−8)
Lix Ni0.95Al0.052 を作製すると共に、エチレンカーボネートと1,3−ジオキソランまたはジメチルカーボネートとを等体積で混合した溶媒を用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−8と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウムの物質量比xは、実施例3−1〜3−8では、表3に示したように1.05から1.32までの範囲内で変化させた。また、Lix Ni0.95Al0.052 は、炭酸リチウムと水酸化ニッケル(Ni(OH)2 )と水酸化コバルト(Co(OH)2 )と水酸化アルミニウム(Al(OH)3 )とを混合し、この混合物を、空気中において900℃で5時間焼成することにより作製した。なお、得られた複合酸化物の組成は、実施例1−1〜1−8と同様にICP発光分析により確認した。
(Examples 3-1 to 3-8)
Except that Li x Ni 0.95 Al 0.05 O 2 was prepared and a solvent in which ethylene carbonate and 1,3-dioxolan or dimethyl carbonate were mixed in an equal volume was used, the others were as in Examples 1-1 to 1-8. In the same manner as in the above, a secondary battery was produced. At that time, in Example 3-1 to 3-8, the material amount ratio x of lithium was changed in the range from 1.05 to 1.32 as shown in Table 3. Li x Ni 0.95 Al 0.05 O 2 is a mixture of lithium carbonate, nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ), cobalt hydroxide (Co (OH) 2 ) and aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ). The mixture was fired at 900 ° C. for 5 hours in the air to produce the mixture. The composition of the obtained composite oxide was confirmed by ICP emission analysis in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8.

Figure 2004356092
Figure 2004356092

また、実施例3−1〜3−8に対する比較例3−1〜3−4として、LiNi0.95Al0.052 またはLi1.35Ni0.95Al0.052 を作製すると共に、エチレンカーボネートと1,3−ジオキソランまたはジメチルカーボネートとを等体積で混合した溶媒を用いたことを除き、他は実施例3−1〜3−8と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 3-1 to 3-4 with respect to Examples 3-1 to 3-8, LiNi 0.95 Al 0.05 O 2 or Li 1.35 Ni 0.95 Al 0.05 O 2 was prepared, and ethylene carbonate and 1,3- A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 3-1 to 3-8, except that a solvent obtained by mixing dioxolane or dimethyl carbonate in an equal volume was used.

実施例3−1〜3−8および比較例3−1〜3−4の二次電池についても、実施例1−1〜1−8と同様にして充放電試験を行い、初回充電容量,初回放電容量,初回充放電効率および放電容量維持率を求めた。それらの結果を表3に示す。その際、充電は、充電電圧が表3に示した値に達するまで行った。なお、比較例3−4では、40サイクル目において放電容量維持率が零になった。また、完全充電状態と完全放電状態とにおけるリチウム金属の析出の有無を調べた。その結果、実施例3−1〜3−8および比較例3−1〜3−4は、負極22の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されることが確認された。   The secondary batteries of Examples 3-1 to 3-8 and Comparative examples 3-1 to 3-4 were also subjected to charge / discharge tests in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8. The discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the discharge capacity maintenance rate were determined. Table 3 shows the results. At that time, charging was performed until the charging voltage reached the value shown in Table 3. In Comparative Example 3-4, the discharge capacity retention ratio became zero at the 40th cycle. In addition, the presence or absence of lithium metal deposition in a fully charged state and a completely discharged state was examined. As a result, in Examples 3-1 to 3-8 and Comparative examples 3-1 to 3-4, the capacity of the negative electrode 22 was such that the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium. It was confirmed that it was included and represented by the sum.

表3から分かるように、実施例3−1〜3−8によれば、実施例1−1〜1−8と同様の結果が得られた。すなわち、他の組成を有する複合酸化物Lix Ni0.95Al0.052 においても、xを1.00<x<1.35の範囲内とすれば、放電容量,充放電効率および充放電サイクル特性を向上させることができると共に、高電圧でも動作可能となりより高い容量を得ることができることが分かった。また、リチウムの物質量比xは、1.05<x<1.20の範囲内であることが好ましいことが分かった。 As can be seen from Table 3, according to Examples 3-1 to 3-8, results similar to those of Examples 1-1 to 1-8 were obtained. That is, in the composite oxide Li x Ni 0.95 Al 0.05 O 2 having another composition, if x is in the range of 1.00 <x <1.35, the discharge capacity, the charge / discharge efficiency and the charge / discharge cycle characteristics are obtained. It has been found that the capacitance can be improved, and the device can be operated even at a high voltage, so that a higher capacity can be obtained. In addition, it was found that the lithium content ratio x was preferably in the range of 1.05 <x <1.20.

(実施例4−1〜4−8)
Lix Ni0.4 Co0.2 Mn0.4 2 を作製すると共に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを等体積で混合した混合溶媒に対して、エーテルである2−メチルテトラヒドロフランを5質量%混合した溶媒またはエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを等体積で混合した混合溶媒を用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−8と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウムの物質量比xは、実施例4−1〜4−8では、表4に示したように1.05から1.32までの範囲内で変化させた。また、Lix Ni0.4 Co0.2 Mn0.4 2 は、炭酸リチウムと水酸化ニッケルと水酸化コバルトと炭酸マンガン(MnCO3 )とを混合し、この混合物を、空気中において900℃で5時間焼成することにより作製した。なお、得られた複合酸化物の組成は、実施例1−1〜1−8と同様にICP発光分析により確認した。
(Examples 4-1 to 4-8)
Together to produce a Li x Ni 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate relative to mixed solvent mixture with an equal volume, are ether 2-methyltetrahydrofuran 5 wt% mixed solvent or ethylene carbonate A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8, except that a mixed solvent in which dimethyl carbonate and dimethyl carbonate were mixed in an equal volume was used. At that time, the material ratio x of lithium was changed in the range of 1.05 to 1.32 in Examples 4-1 to 4-8 as shown in Table 4. Li x Ni 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 is obtained by mixing lithium carbonate, nickel hydroxide, cobalt hydroxide, and manganese carbonate (MnCO 3 ), and firing the mixture at 900 ° C. for 5 hours in the air. It was produced by the following. The composition of the obtained composite oxide was confirmed by ICP emission analysis in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8.

Figure 2004356092
Figure 2004356092

また、実施例4−1〜4−8に対する比較例4−1〜4−4として、LiNi0.4 Co0.2 Mn0.4 2 またはLi1.35Ni0.4 Co0.2 Mn0.4 2 を作製すると共に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを等体積で混合した混合溶媒に対して、エーテルである2−メチルテトラヒドロフランを5質量%混合した溶媒またはエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを等体積で混合した混合溶媒を用いたことを除き、他は実施例4−1〜4−8と同様にして二次電池を作製した。 In addition, as Comparative Examples 4-1 to 4-4 with respect to Examples 4-1 to 4-8, LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 or Li 1.35 Ni 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 were prepared, and ethylene carbonate and Except for using a solvent in which 5% by mass of 2-methyltetrahydrofuran as an ether is mixed or a mixed solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate are mixed in an equal volume, with respect to a mixed solvent obtained by mixing dimethyl carbonate in an equal volume. Other than that, the secondary battery was produced like Example 4-1 to 4-8.

実施例4−1〜4−8および比較例4−1〜4−4の二次電池についても、実施例1−1〜1−8と同様にして充放電試験を行い、初回充電容量,初回放電容量,初回充放電効率および放電容量維持率を求めた。それらの結果を表5に示す。その際、充電は、充電電圧が表5に示した値に達するまで行った。なお、比較例4−4では、40サイクル目において放電容量維持率が零になった。また、完全充電状態と完全放電状態とにおけるリチウム金属の析出の有無を調べた。その結果、実施例4−1〜4−8および比較例4−1〜4−4は、負極22の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されることが確認された。   The secondary batteries of Examples 4-1 to 4-8 and Comparative examples 4-1 to 4-4 were also subjected to charge / discharge tests in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8. The discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the discharge capacity maintenance rate were determined. Table 5 shows the results. At that time, charging was performed until the charging voltage reached the value shown in Table 5. In Comparative Example 4-4, the discharge capacity retention ratio became zero at the 40th cycle. In addition, the presence or absence of lithium metal deposition in a fully charged state and a completely discharged state was examined. As a result, in Examples 4-1 to 4-8 and Comparative examples 4-1 to 4-4, the capacity of the anode 22 was such that the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium were different. It was confirmed that it was included and represented by the sum.

Figure 2004356092
Figure 2004356092

表5から分かるように、実施例4−1〜4−8によれば、実施例1−1〜1−8と同様の結果が得られた。すなわち、他の組成を有する複合酸化物Lix Ni0.4 Co0.2 Mn0.4 2 においてもxを1.00<x<1.35の範囲内とすれば、放電容量,充放電効率および充放電サイクル特性を向上させることができると共に、高電圧でも動作可能となり、より高い容量を得ることができることが分かった。また、リチウムの物質量比xは、1.05<x<1.20の範囲内であることが好ましいことが分かった。 As can be seen from Table 5, according to Examples 4-1 to 4-8, results similar to those of Examples 1-1 to 1-8 were obtained. That is, in the composite oxide Li x Ni 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 having another composition, if x is in the range of 1.00 <x <1.35, the discharge capacity, charge / discharge efficiency and charge / discharge cycle It has been found that the characteristics can be improved, the device can be operated even at a high voltage, and a higher capacity can be obtained. In addition, it was found that the lithium content ratio x was preferably in the range of 1.05 <x <1.20.

(実施例5−1〜5−4)
リチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物を作製したことを除き、他は実施例4−3と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウムの物質量比xを1.15とし、ニッケル,コバルトおよびマンガンの物質量比は表6に示したように変化させた。また、リチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物は、炭酸リチウムと水酸化ニッケルと水酸化コバルトと炭酸マンガンとを混合し、この混合物を、空気中において900℃で5時間焼成することにより作製した。なお、得られた複合酸化物の組成は、実施例1−1〜1−8と同様にICP発光分析により確認した。
(Examples 5-1 to 5-4)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 4-3, except that a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide was fabricated. At that time, the mass ratio x of lithium was 1.15, and the mass ratio of nickel, cobalt and manganese was changed as shown in Table 6. The lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide was prepared by mixing lithium carbonate, nickel hydroxide, cobalt hydroxide, and manganese carbonate, and firing the mixture at 900 ° C. for 5 hours in air. . The composition of the obtained composite oxide was confirmed by ICP emission analysis in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8.

Figure 2004356092
Figure 2004356092

また、実施例5−1〜5−4に対する比較例5−1〜5−4として、リチウムの物質量比を1.00とし、ニッケル,コバルトおよびマンガンの物質量比を表6に示したように変化させたリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物を作製したことを除き、他は実施例5−1〜5−4と同様にして二次電池を作製した。   As Comparative Examples 5-1 to 5-4 with respect to Examples 5-1 to 5-4, the material ratio of lithium was set to 1.00, and the material ratios of nickel, cobalt, and manganese were as shown in Table 6. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 5-1 to 5-4, except that a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide was prepared.

実施例5−1〜5−4および比較例5−1〜5−4の二次電池についても、実施例4−3と同様にして充放電試験を行い、初回充電容量,初回放電容量および初回充放電効率を求めた。それらの結果を実施例4−3および比較例4−2の結果と共に表6に示す。また、完全充電状態と完全放電状態とにおけるリチウム金属の析出の有無を調べた。その結果、実施例5−1〜5−4および比較例5−1〜5−4は、負極22の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されることが確認された。   The secondary batteries of Examples 5-1 to 5-4 and Comparative examples 5-1 to 5-4 were also subjected to a charge / discharge test in the same manner as in Example 4-3, and the initial charge capacity, the initial discharge capacity, and the initial The charge / discharge efficiency was determined. The results are shown in Table 6 together with the results of Example 4-3 and Comparative Example 4-2. In addition, the presence or absence of lithium metal deposition in a fully charged state and a completely discharged state was examined. As a result, in Examples 5-1 to 5-4 and Comparative examples 5-1 to 5-4, the capacity of the negative electrode 22 was such that the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium were different. It was confirmed that it was included and represented by the sum.

表6から分かるように、実施例5−1〜5−4によれば、実施例4−3と同様に、放電容量および初回充放電効率について、リチウムの物質量比x以外の組成が同一である比較例5−1〜5−4よりも高い値が得られた。すなわちリチウムの物質量比xを1.00<x<1.35の範囲内とすれば、リチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物においても、放電容量,および充放電効率を向上させることができることが分かった。   As can be seen from Table 6, according to Examples 5-1 to 5-4, as in Example 4-3, the compositions other than the material amount ratio x of lithium were the same for the discharge capacity and the initial charge / discharge efficiency. Values higher than certain comparative examples 5-1 to 5-4 were obtained. That is, when the material ratio x of lithium is in the range of 1.00 <x <1.35, the discharge capacity and charge / discharge efficiency can be improved even in the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide. I understood.

(実施例6−1)
リチウムの物質量比cの値が1.15であるLi1.15Mn2 4 を作製したことを除き、他は実施例4−1と同様にして二次電池を作製した。その際、Li1.15Mn2 4 は、炭酸リチウムと炭酸マンガンとを混合し、この混合物を、空気中において900℃で5時間焼成することにより作製した。なお、得られた複合酸化物の組成は、実施例1−1〜1−8と同様にICP発光分析により確認した。
(Example 6-1)
A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 4-1 except that Li 1.15 Mn 2 O 4 in which the value of the mass ratio c of lithium was 1.15 was manufactured. At that time, Li 1.15 Mn 2 O 4 was produced by mixing lithium carbonate and manganese carbonate and calcining the mixture at 900 ° C. for 5 hours in the air. The composition of the obtained composite oxide was confirmed by ICP emission analysis in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8.

また、実施例6−1に対する比較例6−1として、LiMn2 4 を作製したことを除き、他は実施例6−1と同様にして二次電池を作製した。 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6-1 except that LiMn 2 O 4 was fabricated as Comparative Example 6-1 with respect to Example 6-1.

実施例6−1および比較例6−1の二次電池についても、実施例1−1〜1−5と同様にして充放電試験を行い、初回充電容量,初回放電容量および初回充放電効率を求めた。それらの結果を表7に示す。また、完全充電状態と完全放電状態とにおけるリチウム金属の析出の有無を調べた。その結果、実施例6−1および比較例6−1は、負極22の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されることが確認された。   The secondary batteries of Example 6-1 and Comparative Example 6-1 were also subjected to a charge / discharge test in the same manner as in Examples 1-1 to 1-5, and the initial charge capacity, initial discharge capacity, and initial charge / discharge efficiency were determined. I asked. Table 7 shows the results. In addition, the presence or absence of lithium metal deposition in a fully charged state and a completely discharged state was examined. As a result, in Example 6-1 and Comparative Example 6-1, the capacity of the negative electrode 22 includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is represented by the sum thereof. Was confirmed.

Figure 2004356092
Figure 2004356092

表7から分かるように、実施例6−1によれば、放電容量および初回充放電効率について、実施例1−1〜1−5と同様の結果が得られた。すなわち、Li1.15Mn2 4 においても、リチウムの物質量比cを1.00<c<1.35の範囲内とすれば、放電容量,および充放電効率を向上させることができることが分かった。 As can be seen from Table 7, according to Example 6-1, the same results as in Examples 1-1 to 1-5 were obtained for the discharge capacity and the initial charge / discharge efficiency. In other words, it was found that, even in Li 1.15 Mn 2 O 4 , the discharge capacity and the charge / discharge efficiency can be improved if the lithium material amount ratio c is in the range of 1.00 <c <1.35. .

(実施例7−1〜7−8)
Lic Mn1.8 Mg0.1 Al0.1 4 を作製すると共に、エチレンカーボネートと1,3−ジオキソランまたはジメチルカーボネートとを等体積で混合した溶媒を用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−8と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウムの物質量比cは、実施例7−1〜7−8では、表8に示したように1.05から1.32までの範囲内で変化させた。また、Lic Mn1.8 Mg0.1 Al0.1 4 は、炭酸リチウムと炭酸マンガンと水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムとを混合し、この混合物を、空気中において900℃で5時間焼成することにより作製した。なお、得られた複合酸化物の組成は、実施例1−1〜1−8と同様にICP発光分析により確認した。
(Examples 7-1 to 7-8)
Except for producing Li c Mn 1.8 Mg 0.1 Al 0.1 O 4 and using a solvent in which ethylene carbonate and 1,3-dioxolan or dimethyl carbonate were mixed in equal volumes, the others were as described in Examples 1-1 to 1-1. A secondary battery was fabricated in the same manner as in -8. At that time, the material amount ratio c of lithium was changed in the range of 1.05 to 1.32 in Examples 7-1 to 7-8 as shown in Table 8. Li c Mn 1.8 Mg 0.1 Al 0.1 O 4 was prepared by mixing lithium carbonate, manganese carbonate, magnesium hydroxide, and aluminum hydroxide, and firing this mixture at 900 ° C. for 5 hours in air. . The composition of the obtained composite oxide was confirmed by ICP emission analysis in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8.

Figure 2004356092
Figure 2004356092

また、実施例7−1〜7−8に対する比較例7−1〜7−4として、LiMn1.8 Mg0.1 Al0.1 4 またはLi1.35Mn1.8 Mg0.1 Al0.1 4 を作製すると共に、エチレンカーボネートと1,3−ジオキソランまたはジメチルカーボネートとを等体積で混合した溶媒を用いたことを除き、他は実施例7−1〜7−8と同様にして二次電池を作製した。 As a comparative example 7-1 to 7-4 relative to Examples 7-1 to 7-8, with making LiMn 1.8 Mg 0.1 Al 0.1 O 4 or Li 1.35 Mn 1.8 Mg 0.1 Al 0.1 O 4, and ethylene carbonate A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 7-1 to 7-8, except that a solvent in which 1,3-dioxolane or dimethyl carbonate was mixed in an equal volume was used.

実施例7−1〜7−8および比較例7−1〜7−4の二次電池についても、実施例1−1〜1−8と同様にして充放電試験を行い、初回充電容量,初回放電容量,初回充放電効率および放電容量維持率を求めた。それらの結果を表8に示す。その際、充電は、充電電圧が表8に示した値に達するまで行った。なお、比較例7−4では、50サイクル目において放電容量維持率が零になった。また、完全充電状態と完全放電状態とにおけるリチウム金属の析出の有無を調べた。その結果、実施例7−1〜7−8および比較例7−1〜7−4は、負極22の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されることが確認された。   The secondary batteries of Examples 7-1 to 7-8 and Comparative examples 7-1 to 7-4 were also subjected to charge / discharge tests in the same manner as in Examples 1-1 to 1-8. The discharge capacity, the initial charge / discharge efficiency, and the discharge capacity maintenance rate were determined. Table 8 shows the results. At that time, charging was performed until the charging voltage reached the value shown in Table 8. In Comparative Example 7-4, the discharge capacity retention ratio became zero at the 50th cycle. In addition, the presence or absence of lithium metal deposition in a fully charged state and a completely discharged state was examined. As a result, in Examples 7-1 to 7-8 and Comparative examples 7-1 to 7-4, the capacity of the negative electrode 22 was such that the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium. It was confirmed that it was included and represented by the sum.

表8から分かるように、実施例7−1〜7−8によれば、実施例1−1〜1−8と同様の結果が得られた。すなわち、Lic Mn1.8 Mg0.1 Al0.1 4 においても、リチウムの物質量比cを1.00<c<1.35の範囲内とすれば、放電容量,充放電効率および充放電サイクル特性を向上させることができると共に、高電圧でも動作可能となりより高い容量を得ることができることが分かった。また、リチウムの物質量比cは、1.05<c<1.20の範囲内であることが好ましいことが分かった。 As can be seen from Table 8, according to Examples 7-1 to 7-8, results similar to those of Examples 1-1 to 1-8 were obtained. That is, also in Li c Mn 1.8 Mg 0.1 Al 0.1 O 4 , if the mass ratio c of lithium is in the range of 1.00 <c <1.35, the discharge capacity, charge / discharge efficiency, and charge / discharge cycle characteristics are improved. It has been found that it is possible to improve the capacitance and to operate at a high voltage, thereby obtaining a higher capacity. Further, it was found that the lithium material amount ratio c was preferably in the range of 1.05 <c <1.20.

なお、上記実施例では、化1あるいは化2に示した複合酸化物およびエーテルについて具体的に例を挙げて説明したが、化1あるいは化2に示した他の複合酸化物および他のエーテルを用いるようにしても同様の結果を得ることができる。   In the above examples, the composite oxide and ether represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 have been described with specific examples. However, other composite oxides and other ethers represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 may be used. A similar result can be obtained even when used.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、本発明の正極を、負極22の容量が、リチウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される電池に適用する場合について説明したが、負極の容量がリチウムの吸蔵および離脱による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池、あるいは、負極の容量がリチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属二次電池にも適用することができる。   As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment and the example. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment and example, and can be variously modified. For example, in the above-described embodiments and examples, the positive electrode of the present invention indicates that the capacity of the negative electrode 22 includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is represented by the sum thereof. Although the description has been given of the case where the present invention is applied to a battery, the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium, or a so-called lithium-ion secondary battery, The present invention can be applied to a so-called lithium metal secondary battery as shown.

また、上記実施の形態および実施例では、電解液または固体状の電解質の1種であるゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子固体電解質、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質、またはこれらの無機固体電解質と電解液とを混合したもの、またはこれらの無機固体電解質とゲル状の電解質あるいは高分子固体電解質とを混合したものが挙げられる。   Further, in the above embodiments and examples, the case where a gel electrolyte which is one kind of the electrolytic solution or the solid electrolyte is used is described. However, another electrolyte may be used. As other electrolytes, for example, a polymer solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, an inorganic solid electrolyte made of ion-conductive ceramics, ion-conductive glass or ionic crystal, or the like. Or a mixture of these inorganic solid electrolytes and a gel electrolyte or a polymer solid electrolyte.

更に、上記実施の形態および実施例では、巻回構造を有する円筒型の二次電池について説明したが、本発明は、巻回構造を有する楕円型あるいは多角形型の二次電池、または正極および負極を折り畳んだりあるいは積み重ねた構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。また、いわゆるコイン型,ボタン型あるいは角型などの二次電池についても適用することができる。更に、二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。   Furthermore, in the above embodiments and examples, a cylindrical secondary battery having a wound structure was described.However, the present invention provides an elliptical or polygonal secondary battery having a wound structure, or a positive electrode and a positive electrode. The same can be applied to a secondary battery having a structure in which the negative electrode is folded or stacked. Further, the present invention can be applied to a so-called coin-type, button-type or square-type secondary battery. Further, the present invention is not limited to a secondary battery, and can be applied to a primary battery.

本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図1に示した二次電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an enlarged part of a wound electrode body in the secondary battery illustrated in FIG. 1.

符号の説明Explanation of reference numerals

11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20…巻回電極体、21…正極、21A…正極集電体、21B…正極合剤層、22…負極、22A…負極集電体、22B…負極合剤層、23…セパレータ、24…センターピン、25…正極リード、26…負極リード   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulating board, 14 ... Battery lid, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20 ... Wound electrode body, 21 ... Positive electrode, 21A ... Positive electrode current collector, 21B ... Positive electrode mixture layer, 22 ... Negative electrode, 22A ... Negative electrode current collector, 22B ... Negative electrode mixture layer, 23 ... Separator, 24 ... Center pin, 25 ... Positive electrode lead, 26 ... Negative electrode lead

Claims (16)

容量が、リチウム(Li)の吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される負極と共に用いられ、
一般式Lix M11-y M2y 2-z (式中、M1はコバルト(Co)およびニッケル(Ni)のうちの少なくとも一方を表し、M2はM1以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、x,yおよびzは、1.00<x<1.35、0≦y<1.0、−0.1≦z≦0.1の範囲内の値である。)で表される複合酸化物を含む
ことを特徴とする正極。
The capacity includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium (Li) and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is used together with a negative electrode represented by the sum of:
Formula Li x M1 in 1-y M2 y O 2- z ( wherein, M1 is at least one of the stands, M2 atomic number 11 or more metal elements other than M1 of cobalt (Co) and nickel (Ni) X, y and z are within the range of 1.00 <x <1.35, 0 ≦ y <1.0, −0.1 ≦ z ≦ 0.1 A composite oxide represented by the following formula:
前記複合酸化物におけるリチウムの物質量比xは、1.05<x<1.20であることを特徴とする請求項1記載の正極。   2. The positive electrode according to claim 1, wherein a mass ratio x of lithium in the composite oxide is 1.05 <x <1.20. 3. 前記複合酸化物は、コバルト,ニッケルおよびマンガン(Mn)を含むことを特徴とする請求項1記載の正極。   The positive electrode according to claim 1, wherein the composite oxide contains cobalt, nickel, and manganese (Mn). 容量が、リチウム(Li)の吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される負極と共に用いられ、
一般式Lic Mn2-d M3d 4-e (式中、M3はマンガン(Mn)以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、c,dおよびeは、1.00<c<1.35、0≦d<0.5、−0.2≦e≦0.2の範囲内の値である。)で表される複合酸化物を含む
ことを特徴とする正極。
The capacity includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium (Li) and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is used together with a negative electrode represented by the sum of:
Formula Li c Mn 2-d M3 d O 4-e ( wherein, M3 represents at least one selected from the group consisting of atomic number 11 or more metal elements other than manganese (Mn), c, d and e Is a value within the range of 1.00 <c <1.35, 0 ≦ d <0.5, and −0.2 ≦ e ≦ 0.2.) Characteristic positive electrode.
前記複合酸化物におけるリチウムの物質量比cは、1.05<c<1.20であることを特徴とする請求項4記載の正極。   5. The positive electrode according to claim 4, wherein a mass ratio c of lithium in the composite oxide satisfies 1.05 <c <1.20. 正極および負極と共に電解質を備え、前記負極の容量が、リチウム(Li)の吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される電池であって、
前記正極は、一般式Lix M11-y M2y 2-z (式中、M1はコバルト(Co)およびニッケル(Ni)のうちの少なくとも一方を表し、M2はM1以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、x,yおよびzは、1.00<x<1.35、0≦y<1.0、−0.1≦z≦0.1の範囲内の値である。)で表される複合酸化物を含む
ことを特徴とする電池。
A battery provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, wherein the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium (Li) and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is represented by the sum thereof. ,
The positive electrode, the general formula Li x M1 in 1-y M2 y O 2- z ( wherein, M1 represents at least one of cobalt (Co) and nickel (Ni), M2 is M1 other than atomic number 11 or more X, y and z represent 1.00 <x <1.35, 0 ≦ y <1.0, −0.1 ≦ z ≦ 0.1 A battery comprising a composite oxide represented by the following formula:
前記複合酸化物におけるリチウムの物質量比xは、1.05<x<1.20であることを特徴とする請求項6記載の電池。   The battery according to claim 6, wherein a mass ratio x of lithium in the composite oxide is 1.05 <x <1.20. 前記複合酸化物は、コバルト,ニッケルおよびマンガン(Mn)を含むことを特徴とする請求項6記載の電池。   The battery according to claim 6, wherein the composite oxide contains cobalt, nickel, and manganese (Mn). 充電電圧が、4.2V以上4.5V以下の範囲内であることを特徴とする請求項6記載の電池。   The battery according to claim 6, wherein a charging voltage is in a range of 4.2V or more and 4.5V or less. 前記電解質は、エーテルを含むことを特徴とする請求項6記載の電池。   The battery according to claim 6, wherein the electrolyte includes an ether. 前記電解質は、テトラヒドロピラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,2−ジエトキシエタン、1,3−ジメトキシエタンおよびこれらの誘導体からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項6記載の電池。   The electrolyte includes at least one selected from the group consisting of tetrahydropyran, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 1,2-diethoxyethane, 1,3-dimethoxyethane, and derivatives thereof. The battery according to claim 6, wherein: 正極および負極と共に電解質を備え、前記負極の容量が、リチウム(Li)の吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される電池であって、
前記正極は、一般式Lic Mn2-d M3d 4-e (式中、M3はマンガン(Mn)以外の原子番号11以上の金属元素からなる群のうちの少なくとも1種を表し、c,dおよびeは、1.00<c<1.35、0≦d<0.5、−0.2≦e≦0.2の範囲内の値である。)で表される複合酸化物を含む
ことを特徴とする電池。
A battery provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, wherein the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium (Li) and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is represented by the sum thereof. ,
The positive electrode, the general formula Li c Mn 2-d M3 d O 4-e ( wherein, M3 represents at least one selected from the group consisting of atomic number 11 or more metal elements other than manganese (Mn), c , D and e are values in the range of 1.00 <c <1.35, 0 ≦ d <0.5, and −0.2 ≦ e ≦ 0.2.) A battery comprising:
前記複合酸化物におけるリチウムの物質量比cは、1.05<c<1.20であることを特徴とする請求項12記載の電池。   13. The battery according to claim 12, wherein the material ratio c of lithium in the composite oxide satisfies 1.05 <c <1.20. 充電電圧が、4.2V以上4.5V以下の範囲内であることを特徴とする請求項12記載の電池。   13. The battery according to claim 12, wherein a charging voltage is in a range of 4.2 V or more and 4.5 V or less. 前記電解質は、エーテルを含むことを特徴とする請求項12記載の電池。   The battery according to claim 12, wherein the electrolyte includes an ether. 前記電解質は、テトラヒドロピラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,2−ジエトキシエタン、1,3−ジメトキシエタンおよびこれらの誘導体からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項12記載の電池。
The electrolyte includes at least one selected from the group consisting of tetrahydropyran, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 1,2-diethoxyethane, 1,3-dimethoxyethane, and derivatives thereof. The battery according to claim 12, wherein:
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