JP2005222956A - Nonaqueous electrolytic solution secondary battery - Google Patents

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Kenichi Kobayashi
謙一 小林
Yoko Nakano
陽子 中野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolytic solution secondary battery in which a positive electrode active material having at least a lithium transition metal complex oxide of spinel structure is used, and in which battery characteristics are superior especially in cycle characteristics, load characteristics, storage characteristics or the like, and swelling of the battery is little. <P>SOLUTION: This is the nonaqueous electrolytic solution secondary battery in which the positive electrode active material having at least the lithium transition metal complex oxide of spinel structure is used for the battery, and the lithium transition metal complex oxide exists in the form of a primary particle and a second particle which is the aggregate of the primary particle, and when two-dimensional coordinates are given to the respective particles in which cubic roots of light emission voltages caused by the transition metal and lithium are taken as coordinate components and they are expressed as points on a coordinate plane, and when a primary regression straight line passing through the origin is calculated, the absolute error deviation at the respective point against the primary regression straight line is 0.25 or less. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はリチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池に関する。詳しくは、サイクル充放電特性(サイクル特性)、保存特性、負荷特性等に優れる、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery. Specifically, the present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery having a spinel-structure lithium transition metal composite oxide that has excellent cycle charge / discharge characteristics (cycle characteristics), storage characteristics, load characteristics, and the like.

リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、携帯電話やノート型パソコンに代表されるモバイル電子機器の電源として広く利用されている。また、最近では、電気自動車用バッテリー等の大容量の電源への応用が期待されている。   Nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for mobile electronic devices typified by mobile phones and notebook computers. Recently, application to a large-capacity power source such as an electric vehicle battery is expected.

現在、携帯電話等のモバイル電子機器には様々な機能が付与されており、これに伴い、電源となる非水電解液二次電池には、更なる負荷特性の向上が要求されている。
また、非水電解液二次電池を電気自動車に利用する場合、5年以上の電池寿命が要求されており、サイクル特性を改善する必要がある。更に、その場合、大電流を放電する必要があり、負荷特性の更なる向上が要求されている。
At present, mobile electronic devices such as mobile phones are provided with various functions, and accordingly, non-aqueous electrolyte secondary batteries serving as power sources are required to further improve load characteristics.
Moreover, when using a nonaqueous electrolyte secondary battery for an electric vehicle, the battery life of 5 years or more is requested | required and it is necessary to improve cycling characteristics. Furthermore, in that case, it is necessary to discharge a large current, and further improvement in load characteristics is required.

非水電解液二次電池は、従来のニッケルカドミウム二次電池等に比べて作動電圧が高く、かつ、エネルギー密度が高いという特徴を有し、電子機器の電源として広く利用されている。この非水電解液二次電池の正極活物質としては、LiMn2 4 、LiCoO2 およびLiNiO2 に代表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries are characterized by a higher operating voltage and higher energy density than conventional nickel cadmium secondary batteries, and are widely used as power sources for electronic devices. Examples of the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery include lithium transition metal composite oxides typified by LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 and LiNiO 2 .

これらのうち、LiMn2 4 は、充放電に伴いガスが発生し、電池が膨れるという問題を有していた。また、実用レベルのサイクル特性が得られないという問題も有していた。これらの問題は高温度下において特に顕著に現れるため、例えば、高温度下での使用が予想されるモバイル機器等の用途については、実用化することができなかった。 Among these, LiMn 2 O 4 has a problem that gas is generated during charging and discharging and the battery swells. In addition, there has been a problem that cycle characteristics at a practical level cannot be obtained. Since these problems appear particularly remarkably at high temperatures, for example, applications such as mobile devices expected to be used at high temperatures could not be put to practical use.

上記問題の原因の一つとして、充放電に伴い、LiMn2 4 の結晶構造からマンガンイオンが電解液に溶出することが挙げられる。以下、具体的に説明する。
電解液に溶出したマンガンイオンは、負極表面に析出し、リチウムイオンの負極材料への挿入および負極材料からの脱離の妨げとなり、内部抵抗の増加を招く。その結果、充放電を繰り返し行っていくと、放電容量の低下を引き起こすことになる。
また、正極を構成するLiMn2 4 結晶から電解液へのマンガンイオンの溶出は、正極および電解液の変質および劣化を伴う。このような電池を構成する各材料の変質および劣化は、サイクル特性の低下の原因となる。
更に、この電解液に溶出したマンガンイオンは、電解液中のエステル化合物の分解反応を促進するという説がある。このエステル化合物の分解によって、CO2 等のガスが発生し、電池の膨れが引き起こされる。
そして、このマンガンイオンの溶出は、充放電を行った場合に起きるだけでなく、単に放置しておいた場合にも起こることが知られている。
One of the causes of the above problem is that manganese ions are eluted from the crystal structure of LiMn 2 O 4 into the electrolytic solution with charge and discharge. This will be specifically described below.
Manganese ions eluted in the electrolytic solution are deposited on the negative electrode surface, hindering insertion and desorption of lithium ions from the negative electrode material, leading to an increase in internal resistance. As a result, repeated charge / discharge causes a decrease in discharge capacity.
Further, elution of manganese ions from the LiMn 2 O 4 crystal constituting the positive electrode into the electrolytic solution is accompanied by alteration and deterioration of the positive electrode and the electrolytic solution. Such alteration and deterioration of each material constituting the battery causes a decrease in cycle characteristics.
Furthermore, there is a theory that manganese ions eluted in the electrolyte promote the decomposition reaction of the ester compound in the electrolyte. By the decomposition of the ester compound, gas such as CO 2 is generated and the battery is swollen.
And it is known that this elution of manganese ions occurs not only when charging / discharging is performed, but also when it is left alone.

本発明者は、LiMn2 4 を用いた正極活物質において、マンガンイオンの溶出を抑制することができれば、放電容量の向上、サイクル特性の向上および電池の膨れの防止を達成することができると考えた。
また、正極活物質としては、非水電解液二次電池の保存中にもマンガンイオンの溶出が起こらない、保存特性に優れるものが好ましい。
更に、上述したことは、遷移金属としてマンガンを用いたLiMn2 4 だけでなく、その他の遷移金属(例えば、チタン)を用いた、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物についても同様に言えることである。
したがって、本発明の目的は、少なくともスピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する正極活物質を用いた非水電解液二次電池であって、電池特性、特に、サイクル特性、負荷特性、保存特性等に優れ、かつ、電池の膨れが少ない非水電解液二次電池を提供することである。
If the present inventor can suppress elution of manganese ions in a positive electrode active material using LiMn 2 O 4 , the discharge capacity can be improved, cycle characteristics can be improved, and battery swelling can be prevented. Thought.
Moreover, as a positive electrode active material, the thing which is excellent in a storage characteristic in which elution of manganese ion does not occur during the preservation | save of a nonaqueous electrolyte secondary battery is preferable.
Furthermore, the above is true not only for LiMn 2 O 4 using manganese as a transition metal, but also for spinel-structure lithium transition metal composite oxides using other transition metals (for example, titanium). It is.
Accordingly, an object of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having at least a lithium transition metal composite oxide having a spinel structure, and battery characteristics, in particular, cycle characteristics, load characteristics, storage characteristics And a non-aqueous electrolyte secondary battery with less swelling of the battery.

即ち、本発明は、以下の(1)〜(9)を提供する。
(1)少なくともスピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する正極活物質を用いた非水電解液二次電池であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物は、一次粒子およびその凝集体である二次粒子の一方または両方からなる粒子の形態で存在し、
前記各粒子に、前記各粒子における遷移金属およびリチウムに起因する発光電圧値の三乗根のそれぞれを座標成分とする二次元座標を与えて、座標平面上の点として表し、原点を通る一次回帰直線を求めたときに、
前記一次回帰直線に対する前記各点の誤差の絶対偏差が0.25以下である非水電解液二次電池。
That is, the present invention provides the following (1) to (9).
(1) A non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having at least a spinel-structure lithium transition metal composite oxide,
The lithium transition metal composite oxide exists in the form of particles composed of one or both of primary particles and secondary particles that are aggregates thereof,
Each particle is given a two-dimensional coordinate whose coordinate component is the cube root of the light emission voltage value caused by the transition metal and lithium in each particle, expressed as a point on the coordinate plane, and linear regression through the origin When finding a straight line
A nonaqueous electrolyte secondary battery in which an absolute deviation of an error at each point with respect to the primary regression line is 0.25 or less.

換言すれば、少なくともスピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する正極活物質を用いた非水電解液二次電池であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、リチウム遷移金属複合酸化物粒子の遷移金属に起因する発光電圧の三乗根をX値とし、リチウムに起因する発光電圧の三乗根をY値として、XとYを原点を通る直線に一次回帰したときの近似直線に対するリチウム遷移金属複合酸化物粒子群の誤差の絶対偏差が、0.25以下である非水電解液二次電池である。   In other words, it is a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having at least a spinel structure lithium transition metal composite oxide, wherein the lithium transition metal composite oxide is composed of lithium transition metal composite oxide particles. Lithium transition with respect to an approximate straight line when X and Y are linearly returned to a straight line passing through the origin, where the cube root of the light emission voltage caused by the transition metal is the X value and the cube root of the light emission voltage caused by the lithium is the Y value. This is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the absolute deviation of the error of the metal composite oxide particle group is 0.25 or less.

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物の粒子ごとの組成比のばらつきを少なくすることにより、遷移金属のイオンの溶出が抑制され、これにより、サイクル特性および保存特性が向上し、また、電池の膨れが抑制されることを見出した。
本発明者は、更に、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子ごとの組成比のばらつきは、各粒子に、前記各粒子における遷移金属およびリチウムに起因する発光電圧値の三乗根のそれぞれを座標成分とする二次元座標を与えて、座標平面上の点として表し、原点を通る一次回帰直線を求めたときに、前記一次回帰直線に対する前記各点の誤差の絶対偏差で表すことができること、および、前記誤差の絶対偏差が0.25以下であるときに、サイクル特性、保存特性および電池の膨れが実用的なものになる程度に、遷移金属のイオンの溶出が抑制されることを見出した。
そして、本発明者は、これらの知見に基づいて、上記(1)の非水電解液二次電池を完成させたのである。
As a result of earnest research to achieve the above object, the present inventor has suppressed the elution of transition metal ions by reducing the variation in the composition ratio of particles of the lithium transition metal composite oxide having a spinel structure. As a result, it was found that cycle characteristics and storage characteristics were improved, and that battery swelling was suppressed.
The inventor further provides that the composition ratio variation among the particles of the lithium transition metal composite oxide is such that each particle has a coordinate component representing the third root of the light emission voltage value caused by the transition metal and lithium in each particle. And expressed as a point on the coordinate plane, and when a primary regression line passing through the origin is obtained, it can be expressed by an absolute deviation of the error of each point with respect to the primary regression line; and It has been found that when the absolute deviation of the error is 0.25 or less, elution of transition metal ions is suppressed to such an extent that the cycle characteristics, storage characteristics, and battery swelling become practical.
The inventor has completed the non-aqueous electrolyte secondary battery (1) based on these findings.

また、本発明者の知見によれば、粒子ごとの組成比のばらつきを少なくし、粒子レベルでの組成比の均一性を高めることにより、正極全体でのリチウムイオンの挿入および脱離が平均的に起こるようになるため、電流密度のむらが生じなくなり、負荷特性が向上すると考えられる。
更に、本発明者の知見によれば、粒子ごとの組成比のばらつきを抑え、粒子レベルでの組成比の均一性を高めることにより、負荷時の放電電位が高くなり、負荷時の容量維持率も向上するため、出力特性も向上すると考えられる。
Further, according to the knowledge of the present inventor, the insertion and desorption of lithium ions in the whole positive electrode are averaged by reducing the variation in the composition ratio of each particle and increasing the uniformity of the composition ratio at the particle level. Therefore, it is considered that current density unevenness does not occur and load characteristics are improved.
Furthermore, according to the inventor's knowledge, by suppressing the variation in the composition ratio of each particle and improving the uniformity of the composition ratio at the particle level, the discharge potential at the time of loading is increased, and the capacity retention ratio at the time of loading is increased. Therefore, the output characteristics are also expected to improve.

(2)前記粒子の粒度分布において、体積累積頻度が10%、50%および90%に達する粒径をそれぞれ、D10、D50およびD90としたとき、
0.1≦(D10/D50)<1、
1<(D90/D50)≦3および
5μm≦D50≦40μm
のすべてを満足する上記(1)に記載の非水電解液二次電池。
(2) In the particle size distribution of the particles, when the particle sizes at which the volume accumulation frequency reaches 10%, 50% and 90% are D10, D50 and D90, respectively,
0.1 ≦ (D10 / D50) <1,
1 <(D90 / D50) ≦ 3 and 5 μm ≦ D50 ≦ 40 μm
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to (1), wherein all of the above are satisfied.

本発明者は、粒子ごとの組成比のばらつきを少なくするだけでなく、更に、粒子ごとの大きさのばらつきを制御することにより、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性の向上を損なうことなく、かつ、電池の膨れの抑制を損なうことなく、正極活物質を正極板に塗布する場合の極板密度を向上させ、それにより、電池の単位体積あたりの充放電容量を向上させることができることを見出し、更に、粒度分布の体積累積頻度に関する特定の関係式を満足することにより、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性の向上と、極板密度の向上との両立を図ることができることを見出し、これらの知見に基づいて、上記(2)の非水電解液二次電池を完成させたのである。   The inventor not only reduces the variation in the composition ratio of each particle, but also impairs the improvement of cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics and output characteristics by controlling the size variation of each particle. Without increasing the suppression of battery swelling, the electrode plate density when applying the positive electrode active material to the positive electrode plate can be improved, thereby improving the charge / discharge capacity per unit volume of the battery. In addition, by satisfying a specific relational expression regarding the volume cumulative frequency of the particle size distribution, it is possible to achieve both improvement in cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics and output characteristics, and improvement in electrode plate density. Based on these findings, the non-aqueous electrolyte secondary battery of (2) was completed.

(3)前記粒子の粒度分布において、粒子径の標準偏差は0.4以下である上記(1)または(2)に記載の非水電解液二次電池。   (3) The nonaqueous electrolyte secondary battery according to (1) or (2), wherein the standard deviation of the particle diameter is 0.4 or less in the particle size distribution of the particles.

本発明者は、また、粒子径の標準偏差を0.4以下にすることによっても、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性の向上と、極板密度の向上との両立を図ることができることを見出し、上記(3)の非水電解液二次電池を完成させたのである。   The present inventor can also achieve both improvement in cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics and output characteristics and improvement in electrode plate density by setting the standard deviation of the particle diameter to 0.4 or less. As a result, the non-aqueous electrolyte secondary battery of (3) was completed.

(4)前記遷移金属はマンガンである上記(1)〜(3)のいずれかに記載の非水電解液二次電池。   (4) The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (3), wherein the transition metal is manganese.

遷移金属がマンガンであると、本発明の非水電解液二次電池がサイクル特性、保存特性および負荷特性に特に優れたものになるため、携帯電話、電動工具等の用途に特に好適に用いることができる。また、出力特性にも優れたものになるため、電気自動車の用途にも特に好適に用いることができる。   When the transition metal is manganese, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is particularly excellent in cycle characteristics, storage characteristics, and load characteristics. Therefore, the transition metal is particularly preferably used for applications such as mobile phones and electric tools. Can do. Moreover, since it becomes the thing excellent also in the output characteristic, it can use especially suitably also for the use of an electric vehicle.

(5)前記リチウム遷移金属複合酸化物は、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、ホウ素とを有するリチウムマンガン複合酸化物である上記(4)に記載の非水電解液二次電池。   (5) The non-aqueous electrolyte secondary battery according to (4), wherein the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium and boron.

本発明者は、マンガン酸リチウムのマンガンの一部をアルミニウムおよび/またはマグネシウムで置換したリチウムマンガン複合酸化物を用いることにより、結晶構造の安定化を図ることができ、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が更に向上すること、および、電池の膨れを更に抑制することができることを見出した。
また、本発明者は、ホウ素はフラックス(flux)として作用し結晶性が高まるため、ホウ素の添加により、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が更に向上することを見出した。
本発明者は、これらの知見に基づいて、上記(5)の非水電解液二次電池を完成させた。
The present inventor can stabilize the crystal structure by using a lithium manganese composite oxide in which a part of manganese of lithium manganate is replaced with aluminum and / or magnesium, and can preserve storage characteristics, load characteristics, and output. It has been found that the cycle characteristics can be further improved and the swelling of the battery can be further suppressed without impairing the characteristics.
Further, the present inventor has found that since boron acts as a flux and crystallinity increases, the addition of boron further improves the cycle characteristics without impairing the storage characteristics, load characteristics and output characteristics. .
Based on these findings, the present inventor completed the nonaqueous electrolyte secondary battery of (5) above.

(6)前記リチウム遷移金属複合酸化物は、一般式Li1+a b Mn2-a-b c 4+d (Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0≦b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.02を満たす数を表し、dは−0.5≦d≦0.5を満たす数を表す。)で表される上記(4)に記載の非水電解液二次電池。 (6) The lithium transition metal composite oxide has the general formula Li 1 + a M b Mn 2−ab B c O 4 + d (M represents aluminum and / or magnesium, and a represents −0.2 ≦ a ≦ 0.2 represents a number satisfying 0.2, b represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.2, c represents a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.02, and d represents −0.5 ≦ d ≦ 0. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to (4), which is represented by the following formula:

更に、本発明者は、以下のことを見出した。
即ち、マンガンイオンの溶出を抑制するためには、Li/Mnモル比を大きくすることが効果的である。しかしながら、Li/Mnモル比を大きくしていくと、充放電容量が低下する。また、リチウムマンガン複合酸化物の粒子ごとの組成比のばらつきが大きいと、平均組成のLi/Mnモル比を大きくしても、Li/Mnモル比の小さい粒子からのマンガンイオンの溶出が起こる。
上記(1)の非水電解液二次電池においては、粒子ごとの組成比のばらつきを少なくすることで、遷移金属のイオンの溶出を抑制しているが、これにより、充放電容量が低下せず、かつ、マンガンイオンの溶出を効果的に抑制することができる範囲にLi/Mnモル比を調整することができる。
本発明者は、これらの知見に基づいて、Li/Mnモル比の好適範囲を決定し、上記(6)の非水電解液二次電池を完成させたのである。したがって、上記(6)の非水電解液二次電池は、サイクル特性、負荷特性、保存特性および充放電容量に優れ、かつ、電池の膨れが少ない。
Furthermore, the present inventors have found the following.
That is, to suppress elution of manganese ions, it is effective to increase the Li / Mn molar ratio. However, as the Li / Mn molar ratio is increased, the charge / discharge capacity decreases. Moreover, if the variation in the composition ratio among the particles of the lithium manganese composite oxide is large, elution of manganese ions from particles having a small Li / Mn molar ratio occurs even if the Li / Mn molar ratio of the average composition is increased.
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of (1) above, elution of transition metal ions is suppressed by reducing the variation in the composition ratio of each particle, but this reduces the charge / discharge capacity. In addition, the Li / Mn molar ratio can be adjusted within a range in which elution of manganese ions can be effectively suppressed.
Based on these findings, the present inventor has determined the preferred range of the Li / Mn molar ratio and completed the nonaqueous electrolyte secondary battery of (6) above. Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the above (6) is excellent in cycle characteristics, load characteristics, storage characteristics and charge / discharge capacity, and has less battery swelling.

(7)前記リチウム遷移金属複合酸化物の(400)結晶子径は600〜1200オングストロームである上記(1)〜(6)のいずれかに記載の非水電解液二次電池。   (7) The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (6), wherein the lithium transition metal composite oxide has a (400) crystallite diameter of 600 to 1200 angstroms.

(400)結晶子径が600〜1200オングストロームであると、保存特性、負荷特性および出力特性を損なうことなく、より優れたサイクル特性を実現することができる。   (400) When the crystallite diameter is 600 to 1200 angstroms, more excellent cycle characteristics can be realized without impairing storage characteristics, load characteristics and output characteristics.

(8)比表面積は0.2〜1.2m2 /gである上記(1)〜(7)のいずれかに記載の非水電解液二次電池。 (8) The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (7), wherein the specific surface area is 0.2 to 1.2 m 2 / g.

比表面積が0.2〜1.2m2 /gであると、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性を損なうことなく、電池の膨張率を更に抑制することができる。 When the specific surface area is 0.2 to 1.2 m 2 / g, the expansion coefficient of the battery can be further suppressed without impairing cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics, and output characteristics.

(9)前記粒子の粒度分布において、体積基準の粒子径が50μm以上である粒子の割合は、全粒子の10体積%以下である上記(1)〜(8)のいずれかに記載の非水電解液二次電池。   (9) The non-aqueous solution according to any one of (1) to (8), wherein in the particle size distribution of the particles, the proportion of particles having a volume-based particle size of 50 μm or more is 10% by volume or less of all particles. Electrolyte secondary battery.

粒子の粒度分布において、体積基準の粒子径が50μm以上である粒子の割合が、全粒子の10体積%以下であると、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性を損なうことなく、平滑性に優れた正極塗布面を得ることができる。   In the particle size distribution of the particles, if the ratio of particles having a volume-based particle diameter of 50 μm or more is 10% by volume or less of the total particles, smoothness is maintained without impairing cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics and output characteristics. A positive electrode-coated surface that is superior to the above can be obtained.

以下に説明するように、本発明の非水電解液二次電池は、サイクル特性、負荷特性、保存特性等の電池特性に優れる。これにより従来達成できなかった優れた電池特性の非水電解液二次電池を実用化することができ、種々の分野への応用が可能となる。   As will be described below, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in battery characteristics such as cycle characteristics, load characteristics, and storage characteristics. As a result, a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent battery characteristics that could not be achieved in the past can be put into practical use, and can be applied to various fields.

以下、本発明の非水電解液二次電池を、実施の形態、実施例および図1〜図10を用いて説明する。ただし、本発明は、この実施の形態、実施例および図1〜図10に限定されない。   Hereinafter, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described with reference to embodiments, examples, and FIGS. However, the present invention is not limited to this embodiment, examples, and FIGS.

(正極活物質)
本発明に用いられる正極活物質は、少なくともスピネル構造(スピネル型の結晶構造)のリチウム遷移金属複合酸化物を有する。「スピネル構造」とは、複酸化物でAB2 4 型の化合物(AとBは金属元素)にみられる代表的結晶構造型の一つである。
図4は、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造を示す模式図である。図4において、リチウム原子1は8aサイトの四面体サイトを占有し、酸素原子2は32eサイトを占有し、遷移金属原子3(および、場合により過剰のリチウム原子)は16dサイトの八面体サイトを占有している。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material used in the present invention has at least a lithium transition metal composite oxide having a spinel structure (spinel crystal structure). The “spinel structure” is one of the typical crystal structure types found in double oxide AB 2 O 4 type compounds (A and B are metal elements).
FIG. 4 is a schematic diagram showing a crystal structure of a spinel-structure lithium transition metal composite oxide. In FIG. 4, lithium atom 1 occupies a tetrahedral site of 8a site, oxygen atom 2 occupies 32e site, and transition metal atom 3 (and possibly an excess of lithium atoms) occupies an octahedral site of 16d site. Occupy.

スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムチタン複合酸化物等が挙げられる。中でも、リチウムマンガン複合酸化物が好ましい。   Examples of the spinel structure lithium transition metal composite oxide include lithium manganese composite oxide and lithium titanium composite oxide. Among these, lithium manganese composite oxide is preferable.

本発明に用いられる正極活物質においては、上記リチウム遷移金属複合酸化物が、一次粒子およびその凝集体である二次粒子の一方または両方からなる粒子の形態で存在する。即ち、リチウム遷移金属複合酸化物は、粒子の形態で存在し、その粒子は、一次粒子のみからなっていてもよく、一次粒子の凝集体である二次粒子のみからなっていてもよく、一次粒子と二次粒子の両者からなっていてもよい。   In the positive electrode active material used in the present invention, the lithium transition metal composite oxide is present in the form of particles composed of one or both of primary particles and secondary particles that are aggregates thereof. That is, the lithium transition metal composite oxide exists in the form of particles, and the particles may be composed only of primary particles, or may be composed only of secondary particles that are aggregates of primary particles. It may consist of both particles and secondary particles.

本発明に用いられる正極活物質においては、上記各粒子に、各粒子における遷移金属およびリチウムに起因する発光電圧値の三乗根のそれぞれを座標成分とする二次元座標を与えて、座標平面上の点として表し、原点を通る一次回帰直線を求めたときに、一次回帰直線に対する各点の誤差の絶対偏差が0.25以下となる。以下、詳細に説明する。
「発光電圧値」は、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子をマイクロ波プラズマ中に導入して、前記粒子を原子状に分解させて励起させ、励起された原子の発する発光スペクトルを電圧として検出したときの値である。本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物の各粒子において、遷移金属原子およびリチウム原子に起因する発光電圧値を求める。
In the positive electrode active material used in the present invention, each particle is given a two-dimensional coordinate having a coordinate component corresponding to the third root of the light emission voltage value caused by the transition metal and lithium in each particle, on the coordinate plane. When the primary regression line passing through the origin is obtained, the absolute deviation of the error of each point with respect to the primary regression line is 0.25 or less. Details will be described below.
“Luminescence voltage value” was obtained by introducing lithium transition metal composite oxide particles into microwave plasma, decomposing the particles into atoms and exciting them, and detecting the emission spectrum emitted by the excited atoms as a voltage. Is the time value. In the present invention, the light emission voltage value resulting from the transition metal atom and the lithium atom is determined for each particle of the lithium transition metal composite oxide.

以下、本発明者が、実際に行った方法を例に挙げて具体的に説明する。まず、微粒子成分分析装置(パーティクルアナライザPT1000、横河電気(株)製)を用いて、後述する実施例1および比較例1の正極活物質の数千から数万個の粒子について、マンガンおよびリチウムの元素分析を実施した。マンガンについては、上記装置の検出器のチャンネルを2とし、発光波長257.610nmの発光スペクトルを高圧電源倍率1.00で測定した。リチウムについては、上記装置の検出器のチャンネルを3とし、発光波長670.780nmの発光スペクトルを高圧電源倍率0.75で測定した。なお、本発明においては、上記装置に限定されず、マイクロ波プラズマを利用して各元素の発光電圧により各粒子の元素分析を行う装置を用いることができる。   Hereinafter, the method actually performed by the inventor will be described as an example. First, using a fine particle component analyzer (Particle Analyzer PT1000, manufactured by Yokogawa Electric Corp.), manganese and lithium for thousands to tens of thousands of particles of the positive electrode active material of Example 1 and Comparative Example 1 described later. Elemental analysis of was performed. For manganese, the detector channel of the above apparatus was set to 2, and the emission spectrum at an emission wavelength of 257.610 nm was measured at a high voltage power supply magnification of 1.00. For lithium, the detector channel of the above apparatus was set to 3, and the emission spectrum with an emission wavelength of 670.780 nm was measured at a high-voltage power factor of 0.75. In the present invention, the present invention is not limited to the above apparatus, and an apparatus for performing elemental analysis of each particle using a light emission voltage of each element using microwave plasma can be used.

各粒子について、得られたマンガン原子に起因する発光電圧値の三乗根をX値とし、得られたリチウム原子に起因する発光電圧値の三乗根をY値とし、各粒子にそれぞれを座標成分とする二次元座標(X,Y)を与えて、座標平面上の点として表した。図1は実施例1についての(X,Y)の分布を表す散布図であり、図2は比較例1についての(X,Y)の分布を表す散布図である。なお、Y=0および/またはX=0の粒子については測定限界以下の粒子であるとして除外した。各点におけるX値とY値の比は、リチウムマンガン複合酸化物の各粒子におけるリチウムとマンガンの含有量の比を表している。
ついで、Y=aX(aは定数)で表される原点を通る一次回帰直線(近似直線)を最小二乗法により求め、図1および図2中に表した。
For each particle, the cube root of the emission voltage value resulting from the obtained manganese atom is taken as the X value, the cube root of the emission voltage value resulting from the obtained lithium atom is taken as the Y value, and each particle is coordinated Two-dimensional coordinates (X, Y) as components are given and expressed as points on a coordinate plane. FIG. 1 is a scatter diagram representing the distribution of (X, Y) for Example 1, and FIG. 2 is a scatter diagram representing the distribution of (X, Y) for Comparative Example 1. Note that particles with Y = 0 and / or X = 0 were excluded because they were particles below the measurement limit. The ratio of the X value and the Y value at each point represents the ratio of the content of lithium and manganese in each particle of the lithium manganese composite oxide.
Next, a linear regression line (approximate line) passing through the origin represented by Y = aX (a is a constant) was obtained by the least square method and represented in FIG. 1 and FIG.

更に、以下のようにして、一次回帰直線に対する各点の誤差の絶対偏差を求めた。図1および図2中、各点と、各点から下ろした垂線と近似直線との交点との有向距離(点が近似直線の上にある場合を正とし、下にある場合を負とする。)をdとし、前記交点と、前記交点から下ろした垂線とX軸との交点との距離をHとする。このとき、誤差eは、下記式(1)で表される。   Further, the absolute deviation of the error at each point with respect to the linear regression line was determined as follows. 1 and 2, the directional distance between each point and the intersection of the perpendicular drawn from each point and the approximate line (positive when the point is on the approximate line and negative when it is below) .) Is d, and H is the distance between the intersection and the intersection of the perpendicular drawn from the intersection and the X axis. At this time, the error e is expressed by the following formula (1).

e=d/H (1)   e = d / H (1)

図3は、一次回帰直線に対する各点の誤差の具体的な求め方の説明図である。図3中、点Aおよび点Bと、点Aおよび点Bから下ろした垂線と近似直線との交点との距離をそれぞれd1 (>0)およびd2 (<0)とし、前記近似直線と前記垂線との交点からX軸に下ろした垂線の長さをそれぞれH1 およびH2 とする。このとき、誤差e1 およびe2 は、それぞれe1 =d1 /H1 (>0)およびe2 =d2 /H2 (<0)で表される。
ここで、誤差の絶対偏差Eは、下記式(2)で表される。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a specific method for obtaining the error of each point with respect to the linear regression line. In FIG. 3, the distances between the points A and B and the intersections of the perpendiculars drawn from the points A and B and the approximate line are d 1 (> 0) and d 2 (<0), respectively. Let H 1 and H 2 be the lengths of the perpendiculars drawn from the intersection with the perpendicular to the X axis, respectively. At this time, the errors e 1 and e 2 are represented by e 1 = d 1 / H 1 (> 0) and e 2 = d 2 / H 2 (<0), respectively.
Here, the absolute deviation E of the error is expressed by the following formula (2).

E=1/n・Σ|e−e′| (2)   E = 1 / n · Σ | e−e ′ | (2)

上記式(2)中、nは測定した粒子の個数を表し、e′は誤差の平均値を表す。誤差の絶対偏差Eは、0≦E≦1の範囲で変動する。   In the above formula (2), n represents the number of particles measured, and e ′ represents an average value of errors. The absolute deviation E of the error varies in the range of 0 ≦ E ≦ 1.

本発明に用いられる正極活物質においては、上述した誤差の絶対偏差が0.25以下、好ましくは0.22以下である。誤差の絶対偏差が上記範囲であると、Li/Mnモル比を過剰に高めなくても、サイクル特性、負荷特性、保存特性および充放電容量が優れたものとなり、また、電池の膨れが抑制される。
一方、誤差の絶対偏差が大きすぎると、リチウムマンガン複合酸化物の粒子ごとの組成比にばらつきが大きくなり、Li/Mnモル比の小さい粒子からのマンガンイオンの溶出が起こりやすくなる。この結果、サイクル特性、保存特性が低下し、電池の膨れも生じる場合がある。
本発明においては、各粒子における組成比を、誤差の絶対偏差により制御することにより、上記各効果を実現している。
In the positive electrode active material used in the present invention, the absolute deviation of the error described above is 0.25 or less, preferably 0.22 or less. If the absolute deviation of the error is in the above range, the cycle characteristics, load characteristics, storage characteristics, and charge / discharge capacity are excellent without excessively increasing the Li / Mn molar ratio, and battery swelling is suppressed. The
On the other hand, if the absolute deviation of the error is too large, the composition ratio of each lithium manganese composite oxide varies greatly, and manganese ions are likely to be eluted from particles having a small Li / Mn molar ratio. As a result, cycle characteristics and storage characteristics may be deteriorated, and the battery may swell.
In the present invention, the effects described above are realized by controlling the composition ratio of each particle by the absolute deviation of the error.

本発明においては、粒子の粒度分布において、体積累積頻度が10%、50%および90%に達する粒径をそれぞれ、D10、D50およびD90としたとき、
0.1≦(D10/D50)<1、
1<(D90/D50)≦3および
5μm≦D50≦40μm
のすべてを満足するのが好ましい。
D10、D50およびD90が上記関係式を満足することにより、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性の向上を損なうことなく、かつ、電池の膨れの抑制を損なうことなく、更に、極板密度を向上させることができる。
In the present invention, in the particle size distribution of the particles, when the particle sizes at which the volume accumulation frequency reaches 10%, 50%, and 90% are D10, D50, and D90, respectively,
0.1 ≦ (D10 / D50) <1,
1 <(D90 / D50) ≦ 3 and 5 μm ≦ D50 ≦ 40 μm
It is preferable to satisfy all of the following.
When D10, D50, and D90 satisfy the above relational expression, the electrode plate density is further reduced without impairing improvement of cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics, and output characteristics, and without impairing suppression of battery swelling. Can be improved.

また、D10、D50およびD90は、目的および用途に応じて更に好適な関係式で表される。例えば、更に、極板密度を向上させるためには、
0.2≦(D10/D50)≦0.9、
1.2≦(D90/D50)≦2および
7μm≦D50≦30μm
のすべてを満足するのが好ましい。
Further, D10, D50, and D90 are expressed by a more preferable relational expression according to the purpose and application. For example, in order to further improve the electrode plate density,
0.2 ≦ (D10 / D50) ≦ 0.9,
1.2 ≦ (D90 / D50) ≦ 2 and 7 μm ≦ D50 ≦ 30 μm
It is preferable to satisfy all of the following.

また、本発明に用いられる正極活物質を用いた非水電解液二次電池が住宅用、家庭用等の定置用に好適に用いられるためには、
0.7≦(D10/D50)<1、
1<(D90/D50)≦1.3および
7μm≦D50≦15μm
のすべてを満足するのが好ましい。この場合、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性に特に優れる。
In addition, in order for the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material used in the present invention to be suitably used for stationary use such as residential use and home use,
0.7 ≦ (D10 / D50) <1,
1 <(D90 / D50) ≦ 1.3 and 7 μm ≦ D50 ≦ 15 μm
It is preferable to satisfy all of the following. In this case, the cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics and output characteristics are particularly excellent.

更に、本発明に用いられる正極活物質を用いた非水電解液二次電池が携帯電話、電動工具、電気自動車等の用途に好適に用いられるためには、
0.2≦(D10/D50)≦0.7、
1.3≦(D90/D50)≦2および
15μm≦D50≦36μm
のすべてを満足するのが好ましい。この場合、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性に優れ、かつ、極板密度にもより優れる。
Furthermore, in order for the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material used in the present invention to be suitably used for applications such as mobile phones, electric tools, electric vehicles,
0.2 ≦ (D10 / D50) ≦ 0.7,
1.3 ≦ (D90 / D50) ≦ 2 and 15 μm ≦ D50 ≦ 36 μm
It is preferable to satisfy all of the following. In this case, cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics, and output characteristics are excellent, and the electrode plate density is also excellent.

本発明において、粒子の粒度分布を測定する方法としては、例えば、ふるい分け法、画像解析法、沈降法、レーザー回折散乱法、電気的検知法が挙げられる。   In the present invention, examples of the method for measuring the particle size distribution of the particles include a sieving method, an image analysis method, a sedimentation method, a laser diffraction scattering method, and an electrical detection method.

本発明に用いられる正極活物質は、粒子の粒度分布において、粒子径の標準偏差が0.4以下であるのが好ましく、0.36以下であるのがより好ましく、また、0.07以上であるのが好ましい。上記範囲であると、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性を損なうことなく、極板密度をより高くすることができる。   In the particle size distribution of the particles, the positive electrode active material used in the present invention preferably has a standard deviation of the particle size of 0.4 or less, more preferably 0.36 or less, and 0.07 or more. Preferably there is. Within this range, the electrode plate density can be increased without impairing cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics, and output characteristics.

本発明に用いられる正極活物質は、遷移金属がマンガンであるのが好ましい。遷移金属がマンガンであると、本発明に用いられる正極活物質を用いた非水電解液二次電池がサイクル特性、保存特性および負荷特性に特に優れたものになるため、携帯電話、電動工具等の用途に特に好適に用いることができる。また、出力特性にも優れたものになるため、電気自動車の用途にも特に好適に用いることができる。   In the positive electrode active material used in the present invention, the transition metal is preferably manganese. When the transition metal is manganese, the non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material used in the present invention is particularly excellent in cycle characteristics, storage characteristics, and load characteristics. It can be particularly preferably used for the following applications. Moreover, since it becomes the thing excellent also in the output characteristic, it can use especially suitably also for the use of an electric vehicle.

本発明に用いられる正極活物質においては、リチウム遷移金属複合酸化物の好適な態様として、以下の(i)〜(viii)が挙げられる。   In the positive electrode active material used in the present invention, the following (i) to (viii) may be mentioned as preferred embodiments of the lithium transition metal composite oxide.

(i)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、ホウ素とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。   (I) An embodiment in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium and boron.

態様(i)は、サイクル特性、負荷特性、保存特性および充放電容量に優れ、かつ、電池の膨れが少ない。理由を以下に述べる。
アルミニウムおよび/またはマグネシウムを有すると、結晶構造が安定化するため、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が優れたものになり、かつ、電池の膨れを更に抑制することができる。更に、ホウ素はフラックスとして作用し、結晶成長を促進させ、更に、サイクル特性および保存特性を向上させる。
Aspect (i) is excellent in cycle characteristics, load characteristics, storage characteristics and charge / discharge capacity, and has less battery swelling. The reason is described below.
When aluminum and / or magnesium are included, the crystal structure is stabilized, so that the storage characteristics, load characteristics and output characteristics are not impaired, the cycle characteristics are excellent, and the swelling of the battery is further suppressed. it can. Further, boron acts as a flux, promotes crystal growth, and further improves cycle characteristics and storage characteristics.

態様(i)においては、リチウムマンガン複合酸化物のLi、MnおよびOの組成比を一般式Li1+a Mn2-a 4+d で表したときに、aが−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、dが−0.5≦d≦0.5を満たす数を表すのが好ましい。後述する態様(iii)、態様(v)および態様(vii)においても同様である。
aは、0より大きいのが好ましく、また、0.15以下であるのが好ましい。化学量論比よりも過剰量のリチウムと、アルミニウムおよび/またはマグネシウムとの相乗効果によって、更に、結晶構造の安定化が図られ、更に、サイクル特性が向上すると考えられる。
In the embodiment (i), when the composition ratio of Li, Mn and O of the lithium manganese composite oxide is represented by the general formula Li 1 + a Mn 2−a O 4 + d , a is −0.2 ≦ a Represents a number satisfying ≦ 0.2, and d preferably represents a number satisfying −0.5 ≦ d ≦ 0.5. The same applies to the later-described embodiment (iii), embodiment (v) and embodiment (vii).
a is preferably larger than 0, and is preferably 0.15 or less. It is considered that the crystal structure is further stabilized and the cycle characteristics are further improved by the synergistic effect of lithium in excess of the stoichiometric ratio and aluminum and / or magnesium.

(ii)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+a b Mn2-a-b c 4+d (Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0≦b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.02を満たす数を表し、dは−0.5≦d≦0.5を満たす数を表す。)で表される態様。 (Ii) The lithium transition metal composite oxide has the general formula Li 1 + a M b Mn 2−ab B c O 4 + d (M represents aluminum and / or magnesium, and a represents −0.2 ≦ a ≦ 0. .2 represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.2, c represents a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.02, and d represents −0.5 ≦ d ≦ 0.5. Represents a number satisfying the above.)

態様(ii)は、サイクル特性、負荷特性、保存特性および充放電容量に優れ、かつ、電池の膨れが少ない。
態様(ii)において、aは、0より大きいのが好ましい。リチウムでマンガンの一部を置換することにより、サイクル特性が向上すると考えられる。
態様(ii)において、bは、0より大きいのが好ましく、0.05以上であるのがより好ましい。アルミニウムおよび/またはマグネシウムを有すると、結晶構造が安定化するため、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が優れたものになり、かつ、電池の膨れを更に抑制することができる。bは0.15以下であるのが好ましい。bが大きすぎると、放電容量が低下する。
態様(ii)において、cは、0より大きいのが好ましく、0.001以上であるのがより好ましい。ホウ素はフラックスとして作用し、結晶成長を促進させ、更に、サイクル特性および保存特性を向上させる。cは0.01以下であるのが好ましい。cが大きすぎると、サイクル特性が低下する。
Aspect (ii) is excellent in cycle characteristics, load characteristics, storage characteristics and charge / discharge capacity, and has less battery swelling.
In embodiment (ii), a is preferably greater than 0. It is considered that the cycle characteristics are improved by substituting a part of manganese with lithium.
In the embodiment (ii), b is preferably larger than 0, and more preferably 0.05 or more. When aluminum and / or magnesium are included, the crystal structure is stabilized, so that the storage characteristics, load characteristics and output characteristics are not impaired, the cycle characteristics are excellent, and the swelling of the battery is further suppressed. it can. b is preferably 0.15 or less. When b is too large, the discharge capacity decreases.
In the embodiment (ii), c is preferably larger than 0, and more preferably 0.001 or more. Boron acts as a flux, promotes crystal growth, and further improves cycle characteristics and storage characteristics. c is preferably 0.01 or less. If c is too large, the cycle characteristics deteriorate.

(iii)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種と、ホウ素とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。   (Iii) The aspect in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium, at least one selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine, and boron.

ハロゲン元素はリチウムマンガン複合酸化物の粉末を球状で粒度の揃った粉末にする効果がある。これにより、サイクル特性、保存特性、負荷特性および出力特性を損なうことなく、表面の平滑性に優れ、内部抵抗が低く、かつ、結着性に優れる正極塗布面を形成させることができる。ハロゲン元素としては、フッ素および/または塩素が好ましい。   The halogen element has the effect of making the lithium manganese composite oxide powder spherical and uniform in size. As a result, a positive electrode coated surface having excellent surface smoothness, low internal resistance and excellent binding properties can be formed without impairing cycle characteristics, storage characteristics, load characteristics, and output characteristics. As the halogen element, fluorine and / or chlorine is preferable.

(iv)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+a c Mn2-a-c 4 ・Lib d e f (Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、aは0<a≦0.1を満たす数を表し、bは0≦b≦0.1を満たす数を表し、cは0<c≦0.2を満たす数を表し、dは0<d≦0.05を満たす数を表し、eは0<e≦0.02を満たす数を表し、fは0≦f<0.1を満たす数を表す。)で表される態様。 (Iv) the lithium-transition metal composite oxide represented by the general formula Li 1 + a M c Mn 2 -ac O 4 · Li b X d B e O f (M represents aluminum and / or magnesium, X is fluorine, chlorine Represents at least one selected from the group consisting of bromine and iodine, a represents a number satisfying 0 <a ≦ 0.1, b represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.1, and c represents 0 < represents a number satisfying c ≦ 0.2, d represents a number satisfying 0 <d ≦ 0.05, e represents a number satisfying 0 <e ≦ 0.02, and f represents 0 ≦ f <0.1. Represents a number satisfying the above.)

態様(iv)においては、リチウム遷移金属複合酸化物が、Li1+a c Mn2-a-c 4 で表される立方晶スピネル型リチウムマンガン複合酸化物と、Lib d e f で表される、1類以上の化合物からなる不純物相とで構成されるのが好ましい。
態様(iv)において、aは、0.02以上であるのが好ましく、また、0.08以下であるのが好ましい。態様(ii)の場合と同様の理由による。
態様(iv)において、Xは、フッ素および/または塩素であるのが好ましい。dは、0.01以上であるのが好ましく、また、0.03以下であるのが好ましい。態様(iii)の場合と同様の理由による。
態様(iv)において、eは0.001以上であるのが好ましく、また、0.01以下であるのが好ましい。態様(ii)の場合と同様の理由による。
In the embodiment (iv), the lithium transition metal composite oxide comprises a cubic spinel-type lithium manganese composite oxide represented by Li 1 + a M c Mn 2 -ac O 4 and Li b X d B e O f. It is preferable to be comprised with the impurity phase which consists of 1 or more types of compounds represented by these.
In the embodiment (iv), a is preferably 0.02 or more, and preferably 0.08 or less. For the same reason as in the case of mode (ii).
In embodiment (iv), X is preferably fluorine and / or chlorine. d is preferably 0.01 or more, and preferably 0.03 or less. For the same reason as in the case of (iii).
In embodiment (iv), e is preferably 0.001 or more, and preferably 0.01 or less. For the same reason as in the case of mode (ii).

(v)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種と、ホウ素と、硫黄とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。   (V) The lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having at least one selected from the group consisting of aluminum and / or magnesium, fluorine, chlorine, bromine and iodine, boron and sulfur. Aspect.

態様(v)においては、硫黄の存在により電子の通りやすさが向上するため、更に、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
硫黄の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫黄の合計に対して、0.03〜0.3重量%であるのが好ましい。0.03重量%より少ないと、電子の移動抵抗が低減しにくい場合がある。0.3重量%より多いと、水分吸着により電池の膨れが生じる場合がある。
In the aspect (v), it is considered that the cycle characteristics and the load characteristics are further improved because the easiness of passing electrons is improved by the presence of sulfur.
The sulfur content is preferably 0.03 to 0.3% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and sulfur. If it is less than 0.03% by weight, it may be difficult to reduce the resistance to movement of electrons. If it exceeds 0.3% by weight, the battery may swell due to moisture adsorption.

硫黄はどのような形で存在していてもよい。例えば、硫酸根の形で存在していてもよい。
硫酸根は、硫酸イオン、硫酸イオンからその電荷を除いた原子の集団およびスルホ基を含む。アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、有機硫酸塩ならびに有機スルホン酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましい。
中でも、アルカリ金属の硫酸塩およびアルカリ土類金属の硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましく、アルカリ金属の硫酸塩に基づくのがより好ましい。これらは、強酸強塩基の結合からなるため、化学的に安定だからである。
Sulfur may be present in any form. For example, it may exist in the form of sulfate radicals.
The sulfate radical includes sulfate ions, a group of atoms obtained by removing the charge from sulfate ions, and sulfo groups. It is preferably based on at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, organic sulfates and organic sulfonic acids and salts thereof.
Among them, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates and alkaline earth metal sulfates, and more preferable to use alkali metal sulfates. This is because these are chemically stable because they are composed of strong acid strong base bonds.

態様(v)において、硫黄以外の元素を有する理由は、態様(i)〜(iv)と同様である。
態様(v)においては、上記各元素を有することで、各元素の相乗効果により、高い充放電容量を有し、かつ、結着性および表面の平滑性に優れる正極板を得ることができる。
In aspect (v), the reason for having elements other than sulfur is the same as in aspects (i) to (iv).
In aspect (v), by having each of the above elements, a positive electrode plate having high charge / discharge capacity and excellent binding and surface smoothness can be obtained due to the synergistic effect of each element.

(vi)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+a b Mn2-a-b c d e 4+f (Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0<b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.05を満たす数を表し、dは0<d≦0.02を満たす数を表し、eは0≦e≦0.1を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表す。)で表される態様。 (Vi) The lithium transition metal composite oxide has the general formula Li 1 + a M b Mn 2 -ab X c B d Se O 4 + f (M represents aluminum and / or magnesium, X represents fluorine, chlorine, Represents at least one selected from the group consisting of bromine and iodine, a represents a number satisfying −0.2 ≦ a ≦ 0.2, b represents a number satisfying 0 <b ≦ 0.2, and c represents Represents a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.05, d represents a number satisfying 0 <d ≦ 0.02, e represents a number satisfying 0 ≦ e ≦ 0.1, and f represents −0.5 ≦ A number represented by f ≦ 0.5.)

態様(vi)において、eは、0より大きいのが好ましい。態様(v)の場合と同様の理由による。
また、eは、0.0017以上であるのがより好ましく、また、0.02以下であるのが好ましい。eが小さすぎると、電子の移動抵抗が低くなる場合がある。eが大きすぎると、水分吸着により電池の膨れが生じる場合がある。
その他の点については、態様(v)の場合と同様である。
In embodiment (vi), e is preferably greater than 0. For the same reason as in the case of mode (v).
Further, e is more preferably 0.0017 or more, and is preferably 0.02 or less. If e is too small, the electron transfer resistance may be low. If e is too large, the battery may swell due to moisture adsorption.
About another point, it is the same as that of the case of aspect (v).

(vii)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種と、ホウ素と、硫黄と、ナトリウムおよび/またはカルシウムとを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。   (Vii) The lithium transition metal composite oxide has at least one selected from the group consisting of aluminum and / or magnesium, fluorine, chlorine, bromine and iodine, boron, sulfur, sodium and / or calcium. The aspect which is lithium manganese complex oxide.

態様(vii)においては、ナトリウムおよび/またはカルシウムを有することにより、ホウ素(好ましくは、ホウ素と硫黄)との相乗効果により、マンガンイオンの溶出を更に抑制することができ、実用レベルの優れたサイクル特性を実現することができる。
態様(vii)において、ナトリウムおよび/またはカルシウム以外の元素を有する理由は、態様(i)〜(vi)と同様である。
In the embodiment (vii), by having sodium and / or calcium, elution of manganese ions can be further suppressed by a synergistic effect with boron (preferably boron and sulfur), and an excellent cycle at a practical level. Characteristics can be realized.
In the aspect (vii), the reason for having an element other than sodium and / or calcium is the same as in the aspects (i) to (vi).

(viii)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+a b Mn2-a-b c d e g 4+f (Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、Aはナトリウムおよび/またはカルシウムを表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0<b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.05を満たす数を表し、dは0<d≦0.02を満たす数を表し、eは0≦e≦0.1を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表し、gは0.00004≦g≦0.015を満たす数を表す。)で表される態様。 (Viii) The lithium transition metal composite oxide has the general formula Li 1 + a M b Mn 2−ab X cB d Se A g O 4 + f (M represents aluminum and / or magnesium, X represents fluorine, Represents at least one selected from the group consisting of chlorine, bromine and iodine, A represents sodium and / or calcium, a represents a number satisfying −0.2 ≦ a ≦ 0.2, and b represents 0 <b Represents a number satisfying ≦ 0.2, c represents a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.05, d represents a number satisfying 0 <d ≦ 0.02, and e represents 0 ≦ e ≦ 0.1. The number to satisfy | fill, f represents the number which satisfy | fills -0.5 <= f <= 0.5, g represents the number which satisfy | fills 0.00004 <= g <= 0.015).

態様(viii)が好ましい理由は、態様(vii)と同様である。
態様(viii)において、eは、0.0017以上であるのが好ましく、また、0.02以下であるのが好ましい。eが小さすぎると、電子の移動抵抗が低くなる場合がある。eが大きすぎると、水分吸着により電池の膨れが生じる場合がある。
その他の点については、態様(vii)の場合と同様である。
The reason why the embodiment (viii) is preferable is the same as that of the embodiment (vii).
In embodiment (viii), e is preferably 0.0017 or more, and preferably 0.02 or less. If e is too small, the electron transfer resistance may be low. If e is too large, the battery may swell due to moisture adsorption.
About another point, it is the same as that of the case of aspect (vii).

リチウム遷移金属複合酸化物は、鉄の含有量が25ppm以下であるのが好ましく、20ppm以下であるのがより好ましく、18ppm以下であるのが更に好ましい。鉄の含有量が多すぎると、電池の内部短絡の原因になる場合がある。   The lithium transition metal composite oxide preferably has an iron content of 25 ppm or less, more preferably 20 ppm or less, and even more preferably 18 ppm or less. If the iron content is too high, it may cause an internal short circuit of the battery.

リチウム遷移金属複合酸化物は、マグネシウムを有する場合、粒子の表面におけるマグネシウムの存在割合が20%以上であるのが好ましい。粒子の表面におけるマグネシウムの存在割合は、40%以上であるのがより好ましく、60%以上であるのが更に好ましく、80%以上であるのが更に好ましい。
リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面におけるマグネシウムの存在割合が上記範囲であると、粒子の表面においてマグネシウムが均一に存在するため、遷移金属のイオンの溶出を抑制する効果に優れる。
本発明において、粒子の表面におけるマグネシウムの存在状態は、特に限定されない。
When the lithium transition metal composite oxide has magnesium, it is preferable that the presence ratio of magnesium on the surface of the particles is 20% or more. The proportion of magnesium present on the surface of the particles is more preferably 40% or more, still more preferably 60% or more, and even more preferably 80% or more.
When the proportion of magnesium present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles is in the above range, magnesium is uniformly present on the surface of the particle, so that the effect of suppressing elution of transition metal ions is excellent.
In the present invention, the presence state of magnesium on the surface of the particle is not particularly limited.

本発明において、「リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面におけるマグネシウムの存在割合」は、以下のようにして求められる。
まず、波長分散型X線分光装置(WDX)を装備した電子線マイクロアナライザ(EPMA)によって、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子群について、粒子の表面のマグネシウムの存在状態を観察する。ついで、観察視野中、単位面積あたりのマグネシウム量が最も多い部分(マグネシウムのピークが最も大きい部分)を選択し、この部分を通過する線分(例えば、長さ300μmの線分)に沿ってライン分析を行う。ライン分析において、上記単位面積あたりのマグネシウム量が最も多い部分におけるピークの値を100%としたときのピークが4%以上の部分の長さの合計を、上記線分の長さで除した商を、「リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面におけるマグネシウムの存在割合」とする。なお、ライン分析を複数回(例えば、10回)行うことによって、「リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面におけるマグネシウムの存在割合」の平均値を用いるのが好ましい。
上記方法においては、マグネシウムのピークが4%未満の部分は、マグネシウム量が最も多い部分との差が大きいため、マグネシウムが存在しない部分とみなす。
In the present invention, the “magnesium content on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles” is determined as follows.
First, the presence state of magnesium on the particle surface of the particle group of the lithium transition metal composite oxide is observed by an electron beam microanalyzer (EPMA) equipped with a wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDX). Next, in the observation field of view, select the portion with the largest amount of magnesium per unit area (the portion with the largest magnesium peak), and line along the line segment that passes through this portion (for example, the line segment with a length of 300 μm). Perform analysis. In line analysis, the quotient obtained by dividing the total length of the portion where the peak is 4% or more when the peak value in the portion having the largest amount of magnesium per unit area is 100% by the length of the line segment. Is “abundance ratio of magnesium on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles”. In addition, it is preferable to use the average value of the “magnesium content ratio on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles” by performing line analysis a plurality of times (for example, 10 times).
In the above method, the portion where the magnesium peak is less than 4% has a large difference from the portion where the amount of magnesium is the largest, so it is regarded as a portion where no magnesium exists.

上述した「リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面におけるマグネシウムの存在割合」により、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面において、マグネシウムが均一に存在しているか、偏って存在しているかを表すことができる。   According to the above-mentioned “abundance ratio of magnesium on the surface of the lithium transition metal composite oxide particle”, it indicates whether the magnesium exists uniformly or unevenly on the surface of the lithium transition metal composite oxide particle. be able to.

本発明に用いられる正極活物質においては、リチウム遷移金属複合酸化物の(400)結晶子径((400)ベクトル方向の結晶子径)が600〜1200オングストロームであるのが好ましい。(400)結晶子径は、700オングストローム以上であるのがより好ましく、また、1100オングストローム以下であるのがより好ましい。   In the positive electrode active material used in the present invention, the lithium transition metal composite oxide preferably has a (400) crystallite diameter (crystallite diameter in the (400) vector direction) of 600 to 1200 angstroms. The (400) crystallite diameter is more preferably 700 angstroms or more, and more preferably 1100 angstroms or less.

ここで、「結晶子」は、単結晶と考えられる最大限の集合を意味し、「結晶子径」とは、結晶子の大きさを意味する。
したがって、結晶子径が大きいほど、結晶性に優れ、結晶構造の歪みが少ないことになる。なお、本発明に用いられるような、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物においては、以下に示す(400)結晶子径により、単位格子の配列の規則性の程度を示すことができる。
Here, “crystallite” means the maximum aggregate that can be considered as a single crystal, and “crystallite diameter” means the size of the crystallite.
Therefore, the larger the crystallite diameter, the better the crystallinity and the less the distortion of the crystal structure. In the lithium transition metal composite oxide having a spinel structure as used in the present invention, the degree of regularity of unit cell arrangement can be shown by the following (400) crystallite diameter.

リチウム遷移金属複合酸化物の(400)結晶子径は、例えば、X線回折法により求めることができる。X線回折法は、例えば、管電流100mA、管電圧40kVの条件で行うことができる。X線回折法で求められた(400)面に起因する回折ピークより、下記式(3)で表されるシェラーの式によって、結晶子径が算出される。   The (400) crystallite diameter of the lithium transition metal composite oxide can be determined, for example, by an X-ray diffraction method. The X-ray diffraction method can be performed, for example, under conditions of a tube current of 100 mA and a tube voltage of 40 kV. From the diffraction peak derived from the (400) plane obtained by the X-ray diffraction method, the crystallite diameter is calculated by the Scherrer equation represented by the following equation (3).

D=Kλ/(βcosθ) (3)   D = Kλ / (βcos θ) (3)

上記式中、Dは結晶子の大きさ(Å)を表し、Kはシェラー定数(βを積分幅より算出した場合は、1. 05)を表し、λはX線源の波長(CuKα1の場合は、1. 540562Å)を表し、βは結晶子の大きさによる回折線の広がりの幅(radian)を表し、θは回折角(degree)を表す。   In the above formula, D represents the crystallite size (Å), K represents the Scherrer constant (1.05 when β is calculated from the integral width), and λ represents the wavelength of the X-ray source (in the case of CuKα1). Represents 1.540562Å), β represents the width of the diffraction line spread depending on the crystallite size (radian), and θ represents the diffraction angle (degree).

本発明に用いられる正極活物質においては、比表面積が0.2〜1.2m2 /gであるのが好ましい。比表面積は、0.25m2 /g以上であるのがより好ましく、また、0.9m2 /g以下であるのがより好ましい。比表面積が小さすぎると、放電容量が低下する。比表面積が大きすぎると、サイクル特性が優れたものにならない。比表面積は、窒素ガス吸着法により測定することができる。 In the positive electrode active material used in the present invention, the specific surface area is preferably 0.2 to 1.2 m 2 / g. The specific surface area is more preferably 0.25 m 2 / g or more, and more preferably 0.9 m 2 / g or less. When the specific surface area is too small, the discharge capacity decreases. If the specific surface area is too large, the cycle characteristics are not excellent. The specific surface area can be measured by a nitrogen gas adsorption method.

本発明に用いられる正極活物質においては、粒子の粒度分布において、体積基準の粒子径が50μm以上である粒子の割合が、全粒子の10体積%以下であるのが好ましく、7体積%以下であるのがより好ましい。
上記のように粒子の粒度分布を制御することによって、二次凝集体からなる粗大粒子が含まれないようにすることができるため、平滑性に優れた正極塗布面を得ることができる。
In the positive electrode active material used in the present invention, in the particle size distribution of the particles, the proportion of particles having a volume-based particle size of 50 μm or more is preferably 10% by volume or less, and 7% by volume or less. More preferably.
By controlling the particle size distribution of the particles as described above, coarse particles composed of secondary aggregates can be prevented from being included, and thus a positive electrode coated surface with excellent smoothness can be obtained.

本発明に用いられる正極活物質は、製造方法を特に限定されないが、例えば、以下の(1)および(2)のようにして製造することができる。   The production method of the positive electrode active material used in the present invention is not particularly limited, and can be produced, for example, as in the following (1) and (2).

(1)原料混合物の作製
後述する化合物を各構成元素が所定の組成比となるように混合して、原料混合物を得る。原料混合物に用いられる化合物は、目的とする組成を構成する元素に応じて選択される。
混合の方法は、特に限定されず、例えば、粉末状の化合物をそのまま混合して原料混合物とする方法;水および/または有機溶媒を用いてスラリー状として混合した後、乾燥させて原料混合物とする方法;上述した化合物の水溶液を混合して沈殿させ、得られた沈殿物を乾燥させて原料混合物とする方法;これらを併用する方法が挙げられる。
(1) Preparation of raw material mixture The compounds described later are mixed so that each constituent element has a predetermined composition ratio to obtain a raw material mixture. The compound used for the raw material mixture is selected according to the elements constituting the target composition.
The mixing method is not particularly limited, for example, a method of mixing powdery compounds as they are to obtain a raw material mixture; mixing in a slurry form using water and / or an organic solvent, and then drying to obtain a raw material mixture Method: A method in which an aqueous solution of the above-mentioned compound is mixed and precipitated, and the resulting precipitate is dried to obtain a raw material mixture; a method in which these are used in combination.

以下に、原料混合物に用いられる化合物を例示する。
リチウム化合物は、特に限定されないが、例えば、Li2 CO3 、LiOH、LiOH・H2 O、Li2 O、LiCl、LiNO3 、Li2 SO4 、LiHCO3 、Li(CH3 COO) 、フッ化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、過酸化リチウムが挙げられる。中でも、Li2 CO3 、LiOH、LiOH・H2 O、Li2 O、LiCl、LiNO3 、Li2 SO4 、LiHCO3 、Li(CH3 COO) が好ましい。
Below, the compound used for a raw material mixture is illustrated.
Lithium compound is not particularly limited, for example, Li 2 CO 3, LiOH, LiOH · H 2 O, Li 2 O, LiCl, LiNO 3, Li 2 SO 4, LiHCO 3, Li (CH 3 COO), fluoride Examples include lithium, lithium bromide, lithium iodide, and lithium peroxide. Among these, Li 2 CO 3 , LiOH, LiOH.H 2 O, Li 2 O, LiCl, LiNO 3 , Li 2 SO 4 , LiHCO 3 , and Li (CH 3 COO) are preferable.

マンガン化合物は、特に限定されないが、例えば、マンガンメタル、酸化物(例えば、MnO2 、Mn2 3 、Mn3 4 )、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩(MnCO3 )、塩化物塩(例えば、MnCl2 )、ヨウ化マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガン(例えば、MnSO4 )が挙げられる。中でも、マンガンメタル、MnCO3 、MnSO4 、MnCl2 が好ましい。
マンガン化合物は、粒子の粒度分布において、体積累積頻度が10%、50%および90%に達する粒径をそれぞれ、d10、d50およびd90としたとき、d10が5〜25μm、d50が7〜40μm、d90が10〜60μmのものを用いるのが好ましい。このような粒度分布を有するマンガン化合物を得るために、らいかい乳鉢、ボールミル、振動ミル、ジェットミル等を使用することができる。また、種々の分級装置を使用することもできる。
The manganese compound is not particularly limited. For example, manganese metal, oxide (for example, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 ), hydroxide, nitrate, carbonate (MnCO 3 ), chloride salt ( For example, MnCl 2 ), manganese iodide, manganese sulfate, manganese nitrate (for example, MnSO 4 ) can be mentioned. Of these, manganese metal, MnCO 3 , MnSO 4 , and MnCl 2 are preferable.
Manganese compounds have a particle size distribution in which the particle size at which the volume cumulative frequency reaches 10%, 50% and 90% is d10, d50 and d90, respectively, d10 is 5 to 25 μm, d50 is 7 to 40 μm, It is preferable to use one having d90 of 10 to 60 μm. In order to obtain a manganese compound having such a particle size distribution, a rough mortar, ball mill, vibration mill, jet mill or the like can be used. Various classifiers can also be used.

マグネシウム化合物は、特に限定されないが、例えば、MgO、MgCO3 、Mg(OH)2 、MgCl2 、MgSO4 、Mg(NO3 2 、Mg(CH3 COO)2 、ヨウ化マグネシウム、過塩素酸マグネシウムが挙げられる。中でも、MgSO4 、Mg(NO3 2 が好ましい。
アルミニウム化合物は、特に限定されないが、例えば、Al2 3 、Al(NO3 3 、Al2 (SO4 3 、Al2 (CO3 3 、Al(CH3 COO)3 が挙げられる。
The magnesium compound is not particularly limited. For example, MgO, MgCO 3 , Mg (OH) 2 , MgCl 2 , MgSO 4 , Mg (NO 3 ) 2 , Mg (CH 3 COO) 2 , magnesium iodide, perchloric acid Magnesium is mentioned. Of these, MgSO 4 and Mg (NO 3 ) 2 are preferable.
Aluminum compound is not particularly limited, for example, Al 2 O 3, Al ( NO 3) 3, Al 2 (SO 4) 3, Al 2 (CO 3) 3, is Al (CH 3 COO) 3 and the like.

ホウ素化合物は、特に限定されないが、例えば、B2 3 (融点460℃)、H3 BO3 (分解温度173℃)、リチウムホウ素複合酸化物、オルトホウ酸、酸化ホウ素、リン酸ホウ素が挙げられる。中でも、H3 BO3 、B2 3 が好ましい。
ハロゲン化合物は、特に限定されないが、例えば、NH4 F、NH4 Cl、NH4 Br、NH4 I、LiF、LiCl、LiBr、LiI、MnF2 、MnCl2 、MnBr2 、MnI2 、フッ化水素、フッ化酸素、フッ化水素酸、塩化水素、塩酸、酸化塩素、フッ化酸化塩素、酸化臭素、フルオロ硫酸臭素、ヨウ化水素、酸化ヨウ素、過ヨウ素酸が挙げられる。中でも、NH4 F、NH4 Cl、NH4 Br、NH4 I、LiF、LiCl、LiBr、LiI、MnF2 、MnCl2 、MnBr2 、MnI2 が好ましい。
The boron compound is not particularly limited, and examples thereof include B 2 O 3 (melting point: 460 ° C.), H 3 BO 3 (decomposition temperature: 173 ° C.), lithium boron composite oxide, orthoboric acid, boron oxide, and boron phosphate. . Among these, H 3 BO 3 and B 2 O 3 are preferable.
The halogen compound is not particularly limited. For example, NH 4 F, NH 4 Cl, NH 4 Br, NH 4 I, LiF, LiCl, LiBr, LiI, MnF 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , MnI 2 , hydrogen fluoride , Oxygen fluoride, hydrofluoric acid, hydrogen chloride, hydrochloric acid, chlorine oxide, chlorine fluoride oxide, bromine oxide, bromine fluorosulfate, hydrogen iodide, iodine oxide, and periodic acid. Among these, NH 4 F, NH 4 Cl, NH 4 Br, NH 4 I, LiF, LiCl, LiBr, LiI, MnF 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , and MnI 2 are preferable.

硫黄化合物は、特に限定されないが、例えば、Li2 SO4 、MnSO4 、(NH4 2 SO4 、Al2 (SO4 3 、MgSO4 、硫化物、ヨウ化硫黄、硫化水素、硫酸とその塩、硫化窒素が挙げられる。中でも、Li2 SO4 、MnSO4 、(NH4 2 SO4 、Al2 (SO4 3 、MgSO4 が好ましい。 The sulfur compound is not particularly limited, and examples thereof include Li 2 SO 4 , MnSO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , Al 2 (SO 4 ) 3 , MgSO 4 , sulfide, sulfur iodide, hydrogen sulfide, and sulfuric acid. The salt and nitrogen sulfide are mentioned. Among these, Li 2 SO 4 , MnSO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , Al 2 (SO 4 ) 3 , and MgSO 4 are preferable.

ナトリウム化合物は、特に限定されないが、例えば、Na2 CO3 、NaOH、Na2 O、NaCl、NaNO3 、Na2 SO4 、NaHCO3 、CH3 COONaが挙げられる。 Sodium compound is not particularly limited, for example, Na 2 CO 3, NaOH, Na 2 O, NaCl, NaNO 3, Na 2 SO 4, NaHCO 3, CH 3 COONa and the like.

カルシウム化合物は、特に限定されないが、例えば、CaO、CaCO3 、Ca(OH)2 、CaCl2 、CaSO4 、Ca(NO3 2 、Ca(CH3 COO)2 が挙げられる。
また、上述した各元素の2種以上を含有する化合物を用いてもよい。
The calcium compound is not particularly limited, and examples thereof include CaO, CaCO 3 , Ca (OH) 2 , CaCl 2 , CaSO 4 , Ca (NO 3 ) 2 , and Ca (CH 3 COO) 2 .
Moreover, you may use the compound containing 2 or more types of each element mentioned above.

以下に、原料混合物を得る好適な方法を、マグネシウムとホウ素とを有するリチウムマンガン複合酸化物である正極活物質を例に挙げて、具体的に説明する。
上述したマンガン化合物およびマグネシウム化合物から調製した、所定の組成比のマンガンイオンおよびマグネシウムイオンを含有する水溶液を、かくはんしている純水中に滴下する。
ついで、炭酸水素アンモニウム水溶液を滴下し、マンガンおよびマグネシウムを沈殿させ、マンガンおよびマグネシウムの塩を得る。なお、炭酸水素アンモニウム水溶液の代わりに、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液等のアルカリ溶液を用いることもできる。
Hereinafter, a suitable method for obtaining the raw material mixture will be described in detail by taking as an example a positive electrode active material which is a lithium manganese composite oxide having magnesium and boron.
An aqueous solution containing manganese ions and magnesium ions having a predetermined composition ratio prepared from the above-described manganese compound and magnesium compound is dropped into the stirring pure water.
Next, an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution is added dropwise to precipitate manganese and magnesium to obtain manganese and magnesium salts. In place of the ammonium hydrogen carbonate aqueous solution, an alkali solution such as a sodium hydroxide aqueous solution, a sodium hydrogen carbonate aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or a lithium hydroxide aqueous solution can also be used.

つぎに、水溶液をろ過して沈殿物を採取し、採取した沈殿物を水洗し、熱処理した後、上述したリチウム化合物およびホウ素化合物と混合して、原料混合物を得る。   Next, the aqueous solution is filtered to collect a precipitate. The collected precipitate is washed with water and heat-treated, and then mixed with the above-described lithium compound and boron compound to obtain a raw material mixture.

(2)原料混合物の焼成および粉砕
ついで、原料混合物を焼成する。焼成の温度、時間、雰囲気等は、特に限定されず、目的に応じて適宜決定することができる。
焼成温度は、650℃以上であるのが好ましく、700℃以上であるのがより好ましい。焼成温度が低すぎると、未反応の原料が正極活物質に残留し、正極活物質の本来の特徴を生かせない場合がある。また、焼成温度は、1100℃以下であるのが好ましく、950℃以下であるのがより好ましい。焼成温度が高すぎると、正極活物質の粒径が大きくなり過ぎて電池特性が低下する場合がある。また、Li2 MnO3 、LiMnO2 等の副生成物が生成しやすくなり、単位重量あたりの放電容量の低下、サイクル特性の低下、動作電圧の低下を招く場合がある。
焼成時間は、一般に、1〜24時間であるのが好ましく、6〜12時間であるのがより好ましい。焼成時間が短すぎると、原料粒子間の拡散反応が進行しない。焼成時間が長すぎると、拡散反応がほぼ完了した後の焼成が無駄となり、また、焼結による粗大粒子が形成されてしまう場合がある。
(2) Firing and grinding of raw material mixture Next, the raw material mixture is fired. The firing temperature, time, atmosphere, and the like are not particularly limited, and can be appropriately determined according to the purpose.
The firing temperature is preferably 650 ° C. or higher, and more preferably 700 ° C. or higher. If the firing temperature is too low, unreacted raw materials may remain in the positive electrode active material, and the original characteristics of the positive electrode active material may not be utilized. The firing temperature is preferably 1100 ° C. or lower, and more preferably 950 ° C. or lower. If the firing temperature is too high, the particle size of the positive electrode active material may become too large, and the battery characteristics may deteriorate. Further, by-products such as Li 2 MnO 3 and LiMnO 2 are likely to be generated, which may lead to a decrease in discharge capacity per unit weight, a decrease in cycle characteristics, and a decrease in operating voltage.
In general, the firing time is preferably 1 to 24 hours, and more preferably 6 to 12 hours. When the firing time is too short, the diffusion reaction between the raw material particles does not proceed. If the firing time is too long, firing after the diffusion reaction is almost completed is wasted, and coarse particles may be formed by sintering.

焼成の雰囲気は、例えば、大気、酸素ガス、これらと窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスとの混合ガス、酸素濃度(酸素分圧)を制御した雰囲気、弱酸化雰囲気が挙げられる。中でも、酸素濃度を制御した雰囲気が好ましい。
酸素濃度を制御した雰囲気中で焼成を行うと、結晶構造中の酸素欠損の発生を抑制することができ、結晶の歪みがほとんどなく、(400)結晶子径が大きい、リチウム遷移金属複合酸化物の粉末を製造することができる。
Examples of the firing atmosphere include air, oxygen gas, a mixed gas of these with an inert gas such as nitrogen gas and argon gas, an atmosphere in which the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled, and a weak oxidizing atmosphere. Among these, an atmosphere in which the oxygen concentration is controlled is preferable.
When firing in an atmosphere in which the oxygen concentration is controlled, generation of oxygen vacancies in the crystal structure can be suppressed, and there is almost no crystal distortion and a (400) crystallite diameter is large. Can be produced.

中でも、酸素濃度10体積%以上の酸化雰囲気が好ましい。酸素濃度が10体積%以上の酸化雰囲気中で焼成を行うと、(400)結晶子径が600オングストローム以上の粉末が得られる。
特に、酸素濃度18体積%以上の酸化雰囲気が好ましい。酸素濃度が18体積%以上の酸化雰囲気中で焼成を行うと、結晶構造中に十分な酸素が供給され、(400)結晶子径が600〜1200オングストロームの粉末が得られる。
Among these, an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or more is preferable. When firing in an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or more, a powder having a (400) crystallite diameter of 600 angstroms or more is obtained.
In particular, an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume or more is preferable. When firing in an oxidizing atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume or more, sufficient oxygen is supplied into the crystal structure, and a powder having a (400) crystallite size of 600 to 1200 angstroms is obtained.

焼成後、所望により、らいかい乳鉢、ボールミル、振動ミル、ピンミル、ジェットミル等を用いて粉砕し、目的とする粒度の粉体とすることもできる。このように、焼成後粉砕することによって、比表面積を上述した好適範囲とすることができる。   After firing, if desired, the powder may be pulverized using a rough mortar, ball mill, vibration mill, pin mill, jet mill or the like to obtain a powder having a desired particle size. Thus, the specific surface area can be set to the above-described preferred range by grinding after firing.

上述した製造方法により、本発明に用いられる正極活物質を得ることができる。   The positive electrode active material used in the present invention can be obtained by the manufacturing method described above.

本発明の非水電解液二次電池は、上述した正極活物質を用いた非水電解液二次電池である。本発明の非水電解液二次電池は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等の非水電解液二次電池として好適に用いられる。
本発明の非水電解液二次電池は、例えば、従来公知の非水電解液二次電池において、正極活物質の少なくとも一部として上述した正極活物質を用いた構成とすればよく、他の構成は特に限定されない。以下、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material described above. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is suitably used as a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery.
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be configured, for example, in a conventionally known non-aqueous electrolyte secondary battery using the above-described positive electrode active material as at least a part of the positive electrode active material. The configuration is not particularly limited. Hereinafter, a lithium ion secondary battery will be described as an example.

負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物を使用することができる。リチウム合金としては、例えば、LiAl合金、LiSn合金、LiPb合金が挙げられる。リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物としては、例えば、グラファイト、黒鉛等の炭素材料;酸化スズ、酸化チタン等の酸化物が挙げられる。   As the negative electrode active material, metallic lithium, a lithium alloy, or a compound capable of occluding and releasing lithium ions can be used. Examples of the lithium alloy include a LiAl alloy, a LiSn alloy, and a LiPb alloy. Examples of the compound capable of occluding and releasing lithium ions include carbon materials such as graphite and graphite; and oxides such as tin oxide and titanium oxide.

電解液としては、作動電圧で変質したり、分解したりしない化合物であれば特に限定されない。
溶媒としては、例えば、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルホルメート、γ−ブチロラクトン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の有機溶媒が挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。
The electrolyte solution is not particularly limited as long as it is a compound that does not change or decompose with the operating voltage.
Examples of the solvent include organic solvents such as dimethoxyethane, diethoxyethane, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl formate, γ-butyrolactone, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, and sulfolane. Is mentioned. These can be used alone or in admixture of two or more.

電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、四フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタン酸リチウム等のリチウム塩が挙げられる。
上述した溶媒と電解質とを混合して電解液とする。ここで、ゲル化剤等を添加し、ゲル状として使用してもよい。また、吸湿性ポリマーに吸収させて使用してもよい。更に、無機系または有機系のリチウムイオンの導電性を有する固体電解質を使用してもよい。
Examples of the electrolyte include lithium salts such as lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium tetrafluorophosphate, and lithium trifluoromethanoate.
The above-described solvent and electrolyte are mixed to obtain an electrolytic solution. Here, a gelling agent or the like may be added and used as a gel. Moreover, you may make it absorb and use a hygroscopic polymer. Further, a solid electrolyte having conductivity of inorganic or organic lithium ions may be used.

セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン製、ポリプロピレン製等の多孔性膜等が挙げられる。   Examples of the separator include a porous film made of polyethylene or polypropylene.

結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、アクリル樹脂等が挙げられる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyamide, acrylic resin, and the like.

上述した正極活物質と、上述した負極活物質、電解液、セパレーターおよび結着剤を用いて、定法に従い、リチウムイオン二次電池とすることができる。   Using the above-described positive electrode active material and the above-described negative electrode active material, electrolytic solution, separator, and binder, a lithium ion secondary battery can be obtained according to a conventional method.

上述した正極活物質を用いて正極を製造する好ましい方法を以下に説明する。
上述した正極活物質の粉末に、アセチレンブラック、黒鉛等のカーボン系導電剤、結着剤および結着剤の溶媒または分散媒とを混合することにより正極合剤を調製する。得られた正極合剤をスラリーまたは混練物とし、アルミニウム箔等の集電体に塗布し、または担持させ、プレス圧延して正極活物質層を集電体に形成させる。
図5は、正極の模式的な断面図である。図5に示されているように、正極13は、正極活物質5を結着剤4により集電体12上に保持させてなる。
A preferred method for producing a positive electrode using the positive electrode active material described above will be described below.
A positive electrode mixture is prepared by mixing the above-described positive electrode active material powder with a carbon-based conductive agent such as acetylene black or graphite, a binder, and a solvent or dispersion medium of the binder. The obtained positive electrode mixture is made into a slurry or a kneaded product, applied to or supported on a current collector such as an aluminum foil, and press-rolled to form a positive electrode active material layer on the current collector.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the positive electrode. As shown in FIG. 5, the positive electrode 13 is obtained by holding the positive electrode active material 5 on the current collector 12 with the binder 4.

本発明に用いられる正極活物質は、導電剤粉末との混合性に優れ、電池の内部抵抗が小さいと考えられる。したがって、充放電特性、特に放電容量に優れる。
また、本発明に用いられる正極活物質は、結着剤と混練するときも、流動性に優れ、また、結着剤の高分子と絡まりやすく、優れた結着性を有する。
更に、本発明に用いられる正極活物質は、粗大粒子を含まず、球状であるため、作製した正極の塗膜面の表面が平滑性に優れたものになる。このため、正極板の塗膜面は結着性に優れ、はがれにくくなる。また、表面が平滑で充放電に伴う塗膜面表面のリチウムイオンの出入りが均一に行われるため、サイクル特性において顕著な改善がみられる。
The positive electrode active material used in the present invention is considered to be excellent in mixing with the conductive agent powder and have a low internal resistance of the battery. Accordingly, the charge / discharge characteristics, particularly the discharge capacity, are excellent.
In addition, the positive electrode active material used in the present invention has excellent fluidity when kneaded with a binder, and is easily entangled with a polymer of the binder and has excellent binding properties.
Furthermore, since the positive electrode active material used in the present invention does not contain coarse particles and is spherical, the surface of the coating film surface of the produced positive electrode has excellent smoothness. For this reason, the coating film surface of a positive electrode plate is excellent in binding property, and becomes difficult to peel off. In addition, since the surface is smooth and lithium ions are uniformly introduced and exited on the surface of the coating film accompanying charging / discharging, the cycle characteristics are remarkably improved.

リチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されず、円筒型、コイン型、角型、ラミネート型等とすることができる。
図6は、円筒型電池の模式的な断面図である。図6に示されるように、円筒型電池20においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、集電体12上に負極活物質層を形成させた負極11とが、セパレーター14を介して、繰り返し積層されている。
図7は、コイン型電池の模式的な部分断面図である。図7に示されるように、コイン型電池30においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、負極11とが、セパレーター14を介して、積層されている。
図8は、角型電池の模式的な斜視図である。図8に示されるように、角型電池40においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、集電体12上に負極活物質層を形成させた負極11とが、セパレーター14を介して、繰り返し積層されている。
The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and may be a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, a laminate shape, or the like.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a cylindrical battery. As shown in FIG. 6, in the cylindrical battery 20, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the current collector 12, and the negative electrode 11 in which the negative electrode active material layer is formed on the current collector 12. However, they are repeatedly laminated via the separator 14.
FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of a coin-type battery. As shown in FIG. 7, in the coin-type battery 30, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the current collector 12 and the negative electrode 11 are stacked via the separator 14.
FIG. 8 is a schematic perspective view of a prismatic battery. As shown in FIG. 8, in the square battery 40, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the current collector 12, and the negative electrode 11 in which the negative electrode active material layer is formed on the current collector 12. However, they are repeatedly laminated via the separator 14.

本発明の非水電解液二次電池の用途は特に限定されない。例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、ポケットパソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤ、携帯電話、コードレスフォン子機、電子手帳、電卓、液晶テレビ、電気シェーバ、電動工具、電子翻訳機、自動車電話、携帯プリンタ、トランシーバ、ページャ、ハンディターミナル、携帯コピー、音声入力機器、メモリカード、バックアップ電源、テープレコーダ、ラジオ、ヘッドホンステレオ、ハンディクリーナ、ポータブルコンパクトディスク(CD)プレーヤ、ビデオムービ、ナビゲーションシステム等の機器の電源として用いることができる。
また、照明機器、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、冷蔵庫、オーブン電子レンジ、食器洗浄器、洗濯機、乾燥器、ゲーム機器、玩具、ロードコンディショナ、医療機器、自動車、電気自動車、ゴルフカート、電動カート、電力貯蔵システム等の電源としても用いることができる。
更に、用途は、民生用に限定されず、軍需用または宇宙用とすることもできる。
The use of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, notebook computers, pen input computers, pocket computers, notebook word processors, pocket word processors, electronic book players, mobile phones, cordless phones, electronic notebooks, calculators, LCD TVs, electric shavers, electric tools, electronic translators, automobiles Telephone, portable printer, transceiver, pager, handy terminal, portable copy, voice input device, memory card, backup power supply, tape recorder, radio, headphone stereo, handy cleaner, portable compact disc (CD) player, video movie, navigation system, etc. It can be used as a power source for other devices.
Also, lighting equipment, air conditioner, TV, stereo, water heater, refrigerator, oven microwave, dishwasher, washing machine, dryer, game machine, toy, road conditioner, medical equipment, automobile, electric car, golf cart, It can also be used as a power source for electric carts, power storage systems, and the like.
Furthermore, the application is not limited to consumer use, and may be used for military use or space.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限られるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

1.正極活物質の作製
〔実施例1〕
粒子の粒度分布における体積累積頻度が10%、50%および90%に達する粒径(d10、d50およびd90)が、それぞれ11μm、14μmおよび18μmである、マンガンおよびマグネシウムの炭酸塩を水洗し、乾燥させた後、オルトホウ酸および炭酸リチウムと混合させた。得られた混合物を約800℃で約10時間焼成した。得られた焼成物を粉砕して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.09Mn1.94Mg0.010.008 4 であった。硫酸根の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫酸根の合計に対して0.5重量%であった。Fe含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物とFeの合計に対して7ppmであった。
1. Preparation of positive electrode active material [Example 1]
Manganese and magnesium carbonates with particle sizes (d10, d50, and d90) that reach 10%, 50%, and 90% in the particle size distribution of particles are 11 μm, 14 μm, and 18 μm, respectively, washed with water and dried And then mixed with orthoboric acid and lithium carbonate. The resulting mixture was calcined at about 800 ° C. for about 10 hours. The obtained fired product was pulverized to obtain a positive electrode active material.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.09 Mn 1.94 Mg 0.01 B 0.008 O 4 . The sulfate group content was 0.5% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and the sulfate group. The Fe content was 7 ppm based on the total of the lithium transition metal composite oxide and Fe.

〔実施例2〕
マンガンおよびマグネシウムの炭酸塩と、オルトホウ酸と、炭酸リチウムとの混合比を変更した以外は、実施例1と同様の方法により、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.08Mn1.94Mg0.010.005 4 であった。硫酸根の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫酸根の合計に対して0.4重量%であった。Fe含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物とFeの合計に対して2ppmであった。
[Example 2]
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of manganese and magnesium carbonate, orthoboric acid, and lithium carbonate was changed.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.08 Mn 1.94 Mg 0.01 B 0.005 O 4 . The sulfate group content was 0.4% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and the sulfate group. The Fe content was 2 ppm based on the total of the lithium transition metal composite oxide and Fe.

〔実施例3〕
マンガンおよびマグネシウムの炭酸塩と、オルトホウ酸と、炭酸リチウムとの混合比を変更した以外は、実施例1と同様の方法により、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.05Mn1.95Mg0.010.005 4 であった。硫酸根の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫酸根の合計に対して0.4重量%であった。Fe含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物とFeの合計に対して2ppmであった。
Example 3
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of manganese and magnesium carbonate, orthoboric acid, and lithium carbonate was changed.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.05 Mn 1.95 Mg 0.01 B 0.005 O 4 . The sulfate group content was 0.4% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and the sulfate group. The Fe content was 2 ppm based on the total of the lithium transition metal composite oxide and Fe.

〔実施例4〕
マンガンおよびマグネシウムの炭酸塩と、オルトホウ酸と、炭酸リチウムとの混合比を変更した以外は、実施例1と同様の方法により、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成はLi1.05Mn1.95Mg0.010.008 4 であった。
Example 4
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of manganese and magnesium carbonate, orthoboric acid, and lithium carbonate was changed.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.05 Mn 1.95 Mg 0.01 B 0.008 O 4 .

〔実施例5〕
d10、d50およびd90が、それぞれ23μm、31μmおよび48μmである、マンガンおよびマグネシウムの炭酸塩を水洗し、乾燥させた後、オルトホウ酸および炭酸リチウムと混合させた。得られた混合物を約800℃で約10時間焼成した。得られた焼成物を粉砕して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.08Mn1.95Mg0.010.00024 であった。硫酸根の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫酸根の合計に対して0.5重量%であった。Fe含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物とFeの合計に対して8ppmであった。
Example 5
Manganese and magnesium carbonates having d10, d50 and d90 of 23 μm, 31 μm and 48 μm, respectively, were washed with water, dried and then mixed with orthoboric acid and lithium carbonate. The resulting mixture was calcined at about 800 ° C. for about 10 hours. The obtained fired product was pulverized to obtain a positive electrode active material.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.08 Mn 1.95 Mg 0.01 B 0.0002 O 4 . The sulfate group content was 0.5% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and the sulfate group. The Fe content was 8 ppm based on the total of the lithium transition metal composite oxide and Fe.

〔実施例6〕
マンガンおよびマグネシウムの炭酸塩と、オルトホウ酸と、炭酸リチウムとの混合比を変更した以外は、実施例5と同様の方法により、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.08Mn1.95Mg0.010.003 4 であった。硫酸根の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫酸根の合計に対して0.5重量%であった。Fe含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物とFeの合計に対して5ppmであった。
Example 6
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 5 except that the mixing ratio of manganese and magnesium carbonate, orthoboric acid, and lithium carbonate was changed.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.08 Mn 1.95 Mg 0.01 B 0.003 O 4 . The sulfate group content was 0.5% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and the sulfate group. The Fe content was 5 ppm with respect to the total of the lithium transition metal composite oxide and Fe.

〔実施例7〕
d10、d50およびd90が、それぞれ20μm、29μmおよび41μmである、マンガンおよびマグネシウムの炭酸塩を水洗し、乾燥させた後、オルトホウ酸および炭酸リチウムと混合させた。得られた混合物を約800℃で約10時間焼成した。得られた焼成物を粉砕して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.08Mn1.94Mg0.010.005 4 であった。
Example 7
Manganese and magnesium carbonates having d10, d50 and d90 of 20 μm, 29 μm and 41 μm, respectively, were washed with water, dried and then mixed with orthoboric acid and lithium carbonate. The resulting mixture was calcined at about 800 ° C. for about 10 hours. The obtained fired product was pulverized to obtain a positive electrode active material.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.08 Mn 1.94 Mg 0.01 B 0.005 O 4 .

〔実施例8〕
d10、d50およびd90が、それぞれ10μm、13μmおよび18μmである、マンガンおよびマグネシウムの炭酸塩を水洗し、乾燥させた後、オルトホウ酸および炭酸リチウムと混合させた。得られた混合物を約800℃で約10時間焼成した。得られた焼成物を粉砕して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.08Mn1.94Mg0.010.005 4 であった。硫酸根の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫酸根の合計に対して0.4重量%であった。Fe含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物とFeの合計に対して5ppmであった。
Example 8
Manganese and magnesium carbonates having d10, d50, and d90 of 10 μm, 13 μm, and 18 μm, respectively, were washed with water, dried, and then mixed with orthoboric acid and lithium carbonate. The resulting mixture was calcined at about 800 ° C. for about 10 hours. The obtained fired product was pulverized to obtain a positive electrode active material.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.08 Mn 1.94 Mg 0.01 B 0.005 O 4 . The sulfate group content was 0.4% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and the sulfate group. The Fe content was 5 ppm with respect to the total of the lithium transition metal composite oxide and Fe.

〔実施例9〕
d10、d50およびd90が、それぞれ9μm、12μmおよび16μmであるマンガンの炭酸塩を水洗し、乾燥させた後、オルトホウ酸、炭酸リチウムおよび水酸化アルミニウムと混合させた。得られた混合物を約800℃で約10時間焼成した。得られた焼成物を粉砕して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.08Mn1.94Al0.040.005 4 であった。硫酸根の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫酸根の合計に対して0.4重量%であった。Fe含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物とFeの合計に対して2ppmであった。
Example 9
Manganese carbonates having d10, d50 and d90 of 9 μm, 12 μm and 16 μm, respectively, were washed with water, dried and then mixed with orthoboric acid, lithium carbonate and aluminum hydroxide. The resulting mixture was calcined at about 800 ° C. for about 10 hours. The obtained fired product was pulverized to obtain a positive electrode active material.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.08 Mn 1.94 Al 0.04 B 0.005 O 4 . The sulfate group content was 0.4% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and the sulfate group. The Fe content was 2 ppm based on the total of the lithium transition metal composite oxide and Fe.

〔実施例10〕
マンガンおよびマグネシウムの炭酸塩と、オルトホウ酸と、炭酸リチウムとの混合比を変更した以外は、実施例8と同様の方法により、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.07Mn1.94Mg0.040.005 4 であった。硫酸根の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫酸根の合計に対して0.4重量%であった。Fe含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物とFeの合計に対して16ppmであった。
Example 10
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 8, except that the mixing ratio of manganese and magnesium carbonate, orthoboric acid, and lithium carbonate was changed.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.07 Mn 1.94 Mg 0.04 B 0.005 O 4 . The sulfate group content was 0.4% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and the sulfate group. The Fe content was 16 ppm based on the total of the lithium transition metal composite oxide and Fe.

〔比較例1〕
d10、d50およびd90が、それぞれ0.4μm、9.6μmおよび28.3μmである二酸化マンガンと、炭酸リチウムと、炭酸マグネシウムと、オルトホウ酸とを乾式混合して原料混合物の粉末を得た。得られた原料混合物を大気雰囲気中で830℃で11時間焼成した。得られた焼成物を粉砕して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質の組成は、Li1.10Mn1.93Mg0.010.00834 であった。硫酸根の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫酸根の合計に対して1.2重量%であった。Fe含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物とFeの合計に対して40ppmであった。
[Comparative Example 1]
Manganese dioxide, lithium carbonate, magnesium carbonate, and orthoboric acid having d10, d50, and d90 of 0.4 μm, 9.6 μm, and 28.3 μm, respectively, were dry mixed to obtain a powder of a raw material mixture. The obtained raw material mixture was baked at 830 ° C. for 11 hours in the air atmosphere. The obtained fired product was pulverized to obtain a positive electrode active material.
The composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.10 Mn 1.93 Mg 0.01 B 0.0083 O 4 . The content of the sulfate group was 1.2% by weight with respect to the total of the lithium transition metal composite oxide and the sulfate group. The Fe content was 40 ppm based on the total of the lithium transition metal composite oxide and Fe.

なお、上述した実施例および比較例において、正極活物質の組成は、誘導結合高周波プラズマ分光分析法(ICP分光分析法)により求めた。また、硫酸根およびFeの含有量は、ICP分光分析法により求めた。   In the above-described examples and comparative examples, the composition of the positive electrode active material was determined by inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy (ICP spectroscopy). The sulfate radical and Fe contents were determined by ICP spectroscopy.

2.正極活物質の性状
(1)正極活物質の構成
実施例1および比較例1で得られた正極活物質について、WDXを装備したEPMAを用いて、上述した方法により、長さ300μmの線分に沿ってライン分析を行った。結果を図9および図10に示す。
図9より、実施例1で得られた正極活物質においては、表面に存在するマグネシウムの存在状態が均一であることが分かる。リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面におけるマグネシウムの存在割合は、84.5%であった。
図10より、比較例1で得られた正極活物質においては、表面に存在するマグネシウムの存在状態が不均一である(偏っている)ことが分かる。リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面におけるマグネシウムの存在割合は、2.0%であった。
2. Properties of positive electrode active material (1) Structure of positive electrode active material About the positive electrode active material obtained in Example 1 and Comparative Example 1, using EPMA equipped with WDX, a line segment having a length of 300 μm was formed by the method described above. A line analysis was performed along. The results are shown in FIG. 9 and FIG.
From FIG. 9, it can be seen that in the positive electrode active material obtained in Example 1, the presence state of magnesium present on the surface is uniform. The proportion of magnesium present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles was 84.5%.
FIG. 10 shows that in the positive electrode active material obtained in Comparative Example 1, the presence state of magnesium present on the surface is non-uniform (biased). The proportion of magnesium present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles was 2.0%.

(2)誤差の絶対偏差
得られた正極活物質の元素分析を、各元素の発光電圧により元素分析を行うパーティクルアナライザ「PT−1000」(横河電気(株)製)を用いて、実施した。上記式(1)および(2)から、遷移金属およびリチウムに起因する発光電圧に基づく誤差の絶対偏差を求めた。
(2) Absolute deviation of error Elemental analysis of the obtained positive electrode active material was performed using a particle analyzer “PT-1000” (manufactured by Yokogawa Electric Corporation) that performs elemental analysis based on the light emission voltage of each element. . From the above formulas (1) and (2), the absolute deviation of the error based on the light emission voltage caused by the transition metal and lithium was determined.

(3)正極活物質の比表面積および粒度分布
得られた正極活物質の比表面積を、窒素ガスを用いた定圧式BET吸着法により測定した。
また、得られた正極活物質の粒度分布を、レーザー回折散乱法により測定し、D10、D50、D90、粒子径の標準偏差、および、体積基準の粒子径が50μm以上である粒子の割合を求めた。
(3) Specific surface area and particle size distribution of positive electrode active material The specific surface area of the obtained positive electrode active material was measured by a constant pressure BET adsorption method using nitrogen gas.
Further, the particle size distribution of the obtained positive electrode active material is measured by a laser diffraction scattering method, and D10, D50, D90, the standard deviation of the particle diameter, and the ratio of the particles whose volume-based particle diameter is 50 μm or more are obtained. It was.

(4)正極活物質の(400)結晶子径
得られた正極活物質についてX線回折法を行った。X線回折法は、X線回折装置(RINT2500V、理学電気社製)を用い、X線源としてCuKα1を用い、管電流100mA、管電圧40kVの条件で行った。X線回折法により得られたX線回折パターンを基に、上記式(3)で表されるシェラーの式から、正極活物質の(400)結晶子径を求めた。
(4) (400) Crystallite diameter of positive electrode active material The obtained positive electrode active material was subjected to an X-ray diffraction method. The X-ray diffraction method was performed using an X-ray diffractometer (RINT2500V, manufactured by Rigaku Corporation), using CuKα1 as an X-ray source, a tube current of 100 mA, and a tube voltage of 40 kV. Based on the X-ray diffraction pattern obtained by the X-ray diffraction method, the (400) crystallite diameter of the positive electrode active material was determined from the Scherrer equation represented by the above equation (3).

(5)正極活物質のMn溶出試験
得られた正極活物質を110℃で15時間乾燥させた後、エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート=3/7の混合溶媒にLiPF6 を1mol/Lの濃度で溶解した電解液と混合させて85℃で48日間保存した。これをフィルターろ過により正極活物質を取り除いた後、ICP分光分析法によりMnの溶出量(電解液の重量に対するMn元素の重量)を測定した。Mnの溶出量が少ないほど保存特性に優れると言える。
(5) Mn dissolution test of positive electrode active material After the obtained positive electrode active material was dried at 110 ° C. for 15 hours, LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate / diethyl carbonate = 3/7 at a concentration of 1 mol / L. The mixed electrolyte solution was mixed and stored at 85 ° C. for 48 days. After removing the positive electrode active material by filtering this, the elution amount of Mn (weight of the Mn element with respect to the weight of the electrolytic solution) was measured by ICP spectroscopy. It can be said that the smaller the amount of Mn eluted, the better the storage characteristics.

(6)正極活物質の極板密度
正極活物質粉末95重量部およびポリフッ化ビニリデンのノルマルメチルピロリドン溶液(ポリフッ化ビニリデン量として5重量部)を混練してペーストを調製し、これをドクターブレード法にてアルミニウム極板に塗布し、乾燥させて正極板とした。正極板を所定の大きさ(5cm2 )に裁断した後、一軸プレス機にて極板を加圧した。加圧後の極板の厚さと重量から極板密度を算出した。
(6) Electrode Plate Density of Positive Electrode Active Material A paste is prepared by kneading 95 parts by weight of the positive electrode active material powder and a normal methylpyrrolidone solution of polyvinylidene fluoride (5 parts by weight as the amount of polyvinylidene fluoride). Was applied to an aluminum electrode plate and dried to obtain a positive electrode plate. After the positive electrode plate was cut into a predetermined size (5 cm 2 ), the electrode plate was pressurized with a uniaxial press. The electrode plate density was calculated from the thickness and weight of the electrode plate after pressing.

結果を第1表に示す。なお、表中、「−」は、該当する項目を測定していないことを示す。
第1表から明らかなように、本発明の非水電解液二次電池に用いられる正極活物質は、比較例1の正極活物質に比べて、Mnの溶出量が低く、保存特性に優れていた。また、本発明の非水電解液二次電池に用いられる正極活物質は、比較例1の正極活物質に比べて、極板密度が同等であった。
The results are shown in Table 1. In the table, “-” indicates that the corresponding item is not measured.
As is clear from Table 1, the positive electrode active material used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a lower elution amount of Mn and excellent storage characteristics than the positive electrode active material of Comparative Example 1. It was. Further, the positive electrode active material used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention had an electrode plate density equivalent to that of the positive electrode active material of Comparative Example 1.

Figure 2005222956
Figure 2005222956

3.正極活物質の評価
上記で得られた各正極活物質を用いて、負極がリチウム金属である試験用二次電池、負極がカーボンである試験用二次電池および円筒電池を作製して、以下のようにして評価した。
3. Evaluation of Positive Electrode Active Material Using each of the positive electrode active materials obtained above, a secondary battery for test in which the negative electrode is lithium metal, a secondary battery for test in which the negative electrode is carbon, and a cylindrical battery are manufactured. Evaluation was performed as described above.

A.負極がリチウム金属である試験用二次電池を用いた評価
負極がリチウム金属である試験用二次電池は以下のように作製した。
正極活物質の粉末90重量部と、導電剤となる炭素粉末5重量部と、ポリフッ化ビニリデンのノルマルメチルピロリドン溶液(ポリフッ化ビニリデン量として5重量部)とを混練してペーストを調製し、これを正極集電体に塗布し乾燥させて正極板とした。得られた正極板を用い、負極がリチウム金属である試験用二次電池を作製した。
A. Evaluation using a secondary battery for test in which the negative electrode is lithium metal A secondary battery for test in which the negative electrode is lithium metal was produced as follows.
A paste was prepared by kneading 90 parts by weight of a positive electrode active material powder, 5 parts by weight of carbon powder to be a conductive agent, and a normal methylpyrrolidone solution of polyvinylidene fluoride (5 parts by weight of polyvinylidene fluoride). Was applied to a positive electrode current collector and dried to obtain a positive electrode plate. Using the obtained positive electrode plate, a test secondary battery in which the negative electrode was lithium metal was produced.

(1)初期放電容量
充電電位4.3V、放電電位2.85V、放電負荷0.2C(なお、1Cは、1時間で放電が終了する電流負荷である。以下、同じ。)の条件で、負極がリチウム金属である試験用二次電池を放電させた。このときの放電容量を0.2C初期放電容量とした。
また、充電電位4.3V、放電電位3.0V、放電負荷0.24Cの条件で、負極がリチウム金属である試験用二次電池を放電させた。このときの放電容量を0.24C初期放電容量とした。
(1) Initial discharge capacity Under the conditions of a charge potential of 4.3 V, a discharge potential of 2.85 V, and a discharge load of 0.2 C (where 1 C is a current load that completes the discharge in one hour. The same applies hereinafter) A test secondary battery in which the negative electrode was lithium metal was discharged. The discharge capacity at this time was set to 0.2 C initial discharge capacity.
In addition, the test secondary battery in which the negative electrode was lithium metal was discharged under the conditions of a charge potential of 4.3 V, a discharge potential of 3.0 V, and a discharge load of 0.24 C. The discharge capacity at this time was 0.24C initial discharge capacity.

(2)放電末期の膨れの評価
0.2C初期放電容量の測定時に、3.3Vから2.85Vまで放電する間の容量変化を測定し、放電末期の膨れを評価した。放電末期の膨れが小さいほどサイクル特性に優れると言える。
(2) Evaluation of swelling at the end of discharge At the time of measuring the initial discharge capacity of 0.2C, the change in capacity during discharge from 3.3 V to 2.85 V was measured to evaluate the swelling at the end of discharge. It can be said that the smaller the swelling at the end of discharge, the better the cycle characteristics.

(3)初期効率
充電電位4.3V、放電電位2.85V、放電負荷0.2Cの条件で、負極がリチウム金属である試験用二次電池を放電させた。このとき、放電容量の値を初期放電容量とし、充電容量の値を初期充電容量とした。得られた初期放電容量の値を初期充電容量で除して、初期効率を求めた。
(3) Initial efficiency A secondary battery for testing in which the negative electrode was lithium metal was discharged under the conditions of a charging potential of 4.3 V, a discharging potential of 2.85 V, and a discharging load of 0.2 C. At this time, the value of the discharge capacity was the initial discharge capacity, and the value of the charge capacity was the initial charge capacity. The initial efficiency was determined by dividing the obtained initial discharge capacity value by the initial charge capacity.

(4)負荷放電容量
充電電位4.3V、放電電位2.85V、放電負荷2.0Cの条件で、負極がリチウム金属である試験用二次電池を放電させた。このときの放電容量を負荷放電容量とした。
(4) Load Discharge Capacity The test secondary battery in which the negative electrode was lithium metal was discharged under the conditions of a charge potential of 4.3 V, a discharge potential of 2.85 V, and a discharge load of 2.0 C. The discharge capacity at this time was defined as the load discharge capacity.

(5)負荷効率(負荷容量維持率)
負極がリチウム金属である試験用二次電池を用いて、充電電位4.3V、放電電位2.85V、放電負荷0.2Cの条件で、初期放電容量を測定した後、充電電位4.3V、放電電位2.85V、放電負荷2.0Cの条件で、負荷放電容量を測定した。得られた負荷放電容量の値を初期放電容量で除して、放電負荷2.0Cのときの負荷効率を求めた。
(5) Load efficiency (load capacity maintenance rate)
Using a test secondary battery in which the negative electrode is a lithium metal, the initial discharge capacity was measured under the conditions of a charge potential of 4.3 V, a discharge potential of 2.85 V, and a discharge load of 0.2 C, and then the charge potential of 4.3 V, The load discharge capacity was measured under the conditions of a discharge potential of 2.85 V and a discharge load of 2.0 C. The obtained load discharge capacity value was divided by the initial discharge capacity to determine the load efficiency at a discharge load of 2.0C.

また、負極がリチウム金属である試験用二次電池を用いて、充電電位4.3V、放電電位2.85V、放電負荷0.24Cの条件で、初期放電容量を測定した後、充電電位4.3V、放電電位2.85V、放電負荷3.5Cの条件で、負荷放電容量を測定した。得られた負荷放電容量の値を初期放電容量で除して、放電負荷3.5Cのときの負荷効率を求めた。   Further, using a test secondary battery in which the negative electrode is a lithium metal, the initial discharge capacity was measured under the conditions of a charge potential of 4.3 V, a discharge potential of 2.85 V, and a discharge load of 0.24 C. The load discharge capacity was measured under the conditions of 3 V, a discharge potential of 2.85 V, and a discharge load of 3.5 C. The obtained load discharge capacity value was divided by the initial discharge capacity to determine the load efficiency at a discharge load of 3.5C.

結果を第2表に示す。なお、表中、「−」は、該当する項目を測定していないことを示す。
第2表から明らかなように、本発明の非水電解液二次電池は、初期放電容量および負荷放電容量のいずれにも優れ、初期効率および負荷効率のいずれにも優れ、かつ、サイクル特性に優れていた。
The results are shown in Table 2. In the table, “-” indicates that the corresponding item is not measured.
As is apparent from Table 2, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in both initial discharge capacity and load discharge capacity, excellent in both initial efficiency and load efficiency, and in cycle characteristics. It was excellent.

Figure 2005222956
Figure 2005222956

B.負極がカーボンである試験用二次電池を用いた評価
負極がリチウム金属である試験用二次電池の場合と同様の方法により、正極板を得た。得られた正極板を用い、負極がカーボンである試験用二次電池を作製した。
B. Evaluation using test secondary battery in which negative electrode is carbon A positive electrode plate was obtained in the same manner as in the case of the test secondary battery in which the negative electrode was lithium metal. Using the obtained positive electrode plate, a test secondary battery in which the negative electrode was carbon was produced.

(1)放電容量
充電電位4.2V、放電電位2.75V、放電負荷0.2Cの条件で、負極がカーボンである試験用二次電池の充放電を43サイクル行った。43サイクル後の放電容量を測定した。
(1) Discharge capacity Under the conditions of a charge potential of 4.2 V, a discharge potential of 2.75 V, and a discharge load of 0.2 C, the charge / discharge of the test secondary battery in which the negative electrode is carbon was performed 43 cycles. The discharge capacity after 43 cycles was measured.

(2)放電末期膨れ
43サイクル後の放電容量の測定時に、3.3Vから2.85Vまで放電する間の容量変化を測定し、放電末期の膨れを評価した。放電末期の膨れが小さいほどサイクル特性に優れると言える。
(2) End-of-discharge swelling At the time of measurement of the discharge capacity after 43 cycles, the change in capacity during discharge from 3.3 V to 2.85 V was measured to evaluate the end-of-discharge swelling. It can be said that the smaller the swelling at the end of discharge, the better the cycle characteristics.

(3)Mn溶出量
43サイクル充放電を行った後、負極がカーボンである試験用二次電池を分解し、負極およびセパレーターを取り出し、負極およびセパレーターに付着したMnを溶解させて濃縮し、ICP分光分析法によりMn溶出量(負極およびセパレーターから溶解させたMn元素の重量)を測定した。Mn溶出量が少なければ、サイクル特性および保存特性に優れると言える。
(3) Elution amount of Mn After charging and discharging for 43 cycles, the secondary battery for test in which the negative electrode was carbon was disassembled, the negative electrode and the separator were taken out, Mn adhering to the negative electrode and the separator was dissolved and concentrated, and ICP The amount of Mn elution (weight of Mn element dissolved from the negative electrode and the separator) was measured by spectroscopic analysis. If the Mn elution amount is small, it can be said that the cycle characteristics and the storage characteristics are excellent.

(4)43サイクル後の放電容量維持率
充電電位4.2V、放電電位2.75V、放電負荷1.0Cの条件で充放電を繰り返し行い、43サイクル後の放電容量を測定した。得られた43サイクル後の放電容量の値を1サイクル後の放電容量の値で除して、43サイクル後の放電容量維持率を求め、サイクル特性を評価した。
(4) Discharge capacity maintenance ratio after 43 cycles Charging / discharging was repeated under the conditions of a charge potential of 4.2 V, a discharge potential of 2.75 V, and a discharge load of 1.0 C, and the discharge capacity after 43 cycles was measured. The obtained discharge capacity value after 43 cycles was divided by the discharge capacity value after 1 cycle to determine the discharge capacity retention rate after 43 cycles, and the cycle characteristics were evaluated.

結果を第3表に示す。なお、表中、「−」は、該当する項目を測定していないことを示す。
第3表から明らかなように、本発明の非水電解液二次電池は、サイクル特性および保存特性に優れていた。
The results are shown in Table 3. In the table, “-” indicates that the corresponding item is not measured.
As is apparent from Table 3, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was excellent in cycle characteristics and storage characteristics.

Figure 2005222956
Figure 2005222956

C.円筒電池を用いた評価
円筒電池は、以下のようにして作製した。
負極がリチウム金属である試験用二次電池の場合と同様の方法により、正極板を得た。また、負極活物質として炭素材料を用い、正極板の場合と同様にして負極集電体に塗布し乾燥させて負極板とした。セパレーターには多孔性プロピレンフィルムを用いた。電解液には、エチレンカーボネート/メチルエチルカーボネート=3/7(体積比)の混合溶媒にLiPF6 を1mol/Lの濃度になるように溶解させた溶液を用いた。正極板、負極板およびセパレーターを薄いシート状に成形し、これを巻回させて金属円筒形の電池ケースに収納し、電池ケース内に電解液を注入して、リチウムイオン電池の円筒電池を得た。
C. Evaluation using cylindrical battery The cylindrical battery was produced as follows.
A positive electrode plate was obtained by the same method as in the case of the test secondary battery in which the negative electrode was lithium metal. Further, a carbon material was used as the negative electrode active material, and was applied to the negative electrode current collector and dried in the same manner as in the case of the positive electrode plate to obtain a negative electrode plate. A porous propylene film was used as the separator. As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate / methyl ethyl carbonate = 3/7 (volume ratio) to a concentration of 1 mol / L was used. A positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator are formed into a thin sheet, wound and housed in a metal cylindrical battery case, and an electrolytic solution is injected into the battery case to obtain a lithium ion battery cylindrical battery. It was.

(1)200サイクル後の放電容量維持率
充電電位4.2V、放電電位2.75V、放電負荷2Cの条件で充放電を繰り返し行い、200サイクル後の放電容量を測定した。得られた200サイクル後の放電容量の値を1サイクル後の放電容量の値で除して、200サイクル後の放電容量維持率を求め、サイクル特性を評価した。
(1) Discharge capacity maintenance rate after 200 cycles Charge / discharge was repeated under the conditions of a charge potential of 4.2 V, a discharge potential of 2.75 V, and a discharge load of 2 C, and the discharge capacity after 200 cycles was measured. The obtained discharge capacity value after 200 cycles was divided by the discharge capacity value after 1 cycle to obtain the discharge capacity retention rate after 200 cycles, and the cycle characteristics were evaluated.

(2)高温放電容量維持率
60℃において、充電電位4.2V、放電電位2.75V、放電負荷2Cの条件で充放電を繰り返し行い、200サイクル後の放電容量を測定した。得られた200サイクル後の放電容量の値を1サイクル後の放電容量の値で除して、高温放電容量維持率を求め、高温サイクル特性を評価した。
(2) High-temperature discharge capacity retention rate At 60 ° C., charge / discharge was repeated under the conditions of a charge potential of 4.2 V, a discharge potential of 2.75 V, and a discharge load of 2 C, and the discharge capacity after 200 cycles was measured. The obtained value of the discharge capacity after 200 cycles was divided by the value of the discharge capacity after 1 cycle to determine the high temperature discharge capacity retention rate, and the high temperature cycle characteristics were evaluated.

(3)負荷効率(負荷容量維持率)
充電電位4.2V、放電電位2.75V、放電負荷0.2Cの条件で、初期放電容量を測定した後、充電電位4.2V、放電電位2.75V、放電負荷2.0Cの条件で、負荷放電容量を測定した。得られた負荷放電容量の値を初期放電容量で除して、放電負荷2.0Cのときの負荷効率を求めた。
(3) Load efficiency (load capacity maintenance rate)
After measuring the initial discharge capacity under the conditions of a charging potential of 4.2 V, a discharging potential of 2.75 V, and a discharging load of 0.2 C, the charging potential of 4.2 V, the discharging potential of 2.75 V, and the discharging load of 2.0 C were The load discharge capacity was measured. The obtained load discharge capacity value was divided by the initial discharge capacity to determine the load efficiency at a discharge load of 2.0C.

(4)平均電位
充電電位4.2V、放電電圧2.75V、放電負荷0.2Cの条件で、初期放電容量および電力量を測定した。得られた電力量の値を初期放電容量で除して、平均電位を求めた。
(4) Average potential Initial discharge capacity and electric energy were measured under the conditions of a charge potential of 4.2 V, a discharge voltage of 2.75 V, and a discharge load of 0.2 C. The obtained electric energy value was divided by the initial discharge capacity to obtain an average potential.

結果を第4表に示す。なお、表中、「−」は、該当する項目を測定していないことを示す。
第4表から明らかなように、本発明の非水電解液二次電池は、サイクル特性および高温サイクル特性のいずれにも優れ、かつ、負荷時の平均電位が高く、負荷容量維持率に優れていた。
The results are shown in Table 4. In the table, “-” indicates that the corresponding item is not measured.
As is apparent from Table 4, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in both cycle characteristics and high-temperature cycle characteristics, has a high average potential under load, and is excellent in load capacity maintenance rate. It was.

Figure 2005222956
Figure 2005222956

図1は、本発明に用いられる正極活物質(実施例1)において、リチウムマンガン複合酸化物粒子のマンガン原子に起因する発光電圧値の三乗根をX値とし、リチウム原子に起因する発光電圧値の三乗根をY値としたときの(X,Y)の分布を表す散布図である。FIG. 1 shows a positive electrode active material used in the present invention (Example 1), where the third root of the light emission voltage value attributable to the manganese atom of the lithium manganese composite oxide particle is taken as the X value, and the light emission voltage due to the lithium atom. It is a scatter diagram showing distribution of (X, Y) when the cube root of the value is a Y value. 図2は、従来のリチウムイオン二次電池用正極活物質(比較例1)において、リチウムマンガン複合酸化物粒子のマンガン原子に起因する発光電圧値の三乗根をX値とし、リチウム原子に起因する発光電圧値の三乗根をY値としたときの(X,Y)の分布を表す散布図である。FIG. 2 shows that in the conventional positive electrode active material for a lithium ion secondary battery (Comparative Example 1), the third root of the light emission voltage value attributable to the manganese atom of the lithium manganese composite oxide particle is taken as the X value, It is a scatter diagram showing distribution of (X, Y) when the cube root of the light emission voltage value to be made is set to Y value. 図3は、一次回帰直線に対する各点の誤差の具体的な求め方の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a specific method for obtaining the error of each point with respect to the linear regression line. 図4は、スピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a crystal structure of a spinel-structure lithium transition metal composite oxide. 図5は、正極の模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the positive electrode. 図6は、円筒型電池の模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a cylindrical battery. 図7は、コイン型電池の模式的な部分断面図である。FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of a coin-type battery. 図8は、角型電池の模式的な斜視図である。FIG. 8 is a schematic perspective view of a prismatic battery. 実施例1で得られた正極活物質についてEPMAによるライン分析をして得られた、マグネシウムの存在状態を示すチャートである。It is a chart which shows the presence state of magnesium obtained by conducting line analysis by EPMA about the positive electrode active material obtained in Example 1. 比較例1で得られた正極活物質についてEPMAによるライン分析をして得られた、マグネシウムの存在状態を示すチャートである。It is a chart which shows the presence state of magnesium obtained by carrying out line analysis by EPMA about the positive electrode active material obtained by the comparative example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 8aサイト
2 32eサイト
3 16dサイト
4 結着剤
5 正極活物質
11 負極
12 集電体
13 正極
14 セパレーター
20 円筒型電池
30 コイン型電池
40 角型電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 8a site 2 32e site 3 16d site 4 Binder 5 Positive electrode active material 11 Negative electrode 12 Current collector 13 Positive electrode 14 Separator 20 Cylindrical battery 30 Coin type battery 40 Square type battery

Claims (1)

少なくともスピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する正極活物質を用いた非水電解液二次電池であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物は、一次粒子およびその凝集体である二次粒子の一方または両方からなる粒子の形態で存在し、
前記各粒子に、前記各粒子における遷移金属およびリチウムに起因する発光電圧値の三乗根のそれぞれを座標成分とする二次元座標を与えて、座標平面上の点として表し、原点を通る一次回帰直線を求めたときに、
前記一次回帰直線に対する前記各点の誤差の絶対偏差が0.25以下である非水電解液二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having at least a spinel-structure lithium transition metal composite oxide,
The lithium transition metal composite oxide exists in the form of particles composed of one or both of primary particles and secondary particles that are aggregates thereof,
Each particle is given a two-dimensional coordinate whose coordinate component is the cube root of the light emission voltage value caused by the transition metal and lithium in each particle, expressed as a point on the coordinate plane, and linear regression through the origin When finding a straight line
A nonaqueous electrolyte secondary battery in which an absolute deviation of an error at each point with respect to the primary regression line is 0.25 or less.
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