JP2005353330A - Nonaqueous electrolyte electrochemical cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte electrochemical cell of 3V level with large discharge capacity, excellent in safety and cycle property. <P>SOLUTION: In the nonaqueous electrolyte electrochemical cell provided with a cathode, an anode, and a nonaqueous electrolyte, the cathode contains a cathode activator of 5V level, the anode contains an anode activator composed of at least one kind of element chosen from nickel, cobalt and manganese. In the case that the anode activator contains nickel and manganese, and the number of molecules of the nickel and manganese are denoted as α, β respectively, the molar ratio α/β is not less than 1. Further, in the case that the anode activator additionally contains lithium, and the ratio of the number of lithium molecules to that of nickel and cobalt in the activator is denoted as γ, the relation; 0.9≤γ≤1 is fulfilled. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は3V級非水電解質電気化学セルに関するものである。   The present invention relates to a 3V class non-aqueous electrolyte electrochemical cell.

近年、携帯電話、ビデオカメラ等のポータブル電子機器および電動工具、HEV、EVなどの発達にともない、高性能の電池の開発が望まれている。正極にはリチウム遷移金属複合酸化物、負極には黒鉛、非晶質炭素を用いたリチウム電池は、作動電圧が高く、エネルギー密度が高い非水電解質電池として広く実用化されている。また、より高エネルギー密度の非水電解質二次電池を得るために、活物質の比容量(単位重量当たりの容量)を増加させる方法と電圧を上げる方法がある。   In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and video cameras, electric tools, HEV, EV, and the like, development of high-performance batteries has been desired. Lithium batteries using lithium transition metal composite oxide for the positive electrode and graphite and amorphous carbon for the negative electrode are widely put into practical use as non-aqueous electrolyte batteries with high operating voltage and high energy density. In order to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery with higher energy density, there are a method of increasing the specific capacity (capacity per unit weight) of the active material and a method of increasing the voltage.

そのため、例えば、特許文献1では、リチウム参照電極基準で、約5V(vs.Li/Li)の電位範囲で平坦な充放電電位を示す5V級正極活物質であるリチウム・ニッケル・マンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn1.5)が提案されている。しかしながら、特許文献2に記載されているように、このリチウム・ニッケル・マンガン複合酸化物を含む正極と、黒鉛を含む負極とを備えた電池では、電圧が高いため(正極側は貴な電位、負極側は卑な電位)、電解液が分解されてガスが発生し、電池が膨れるだけでなく、電池性能も低下するといった問題があり、実用化が困難であった。 Therefore, for example, in Patent Document 1, a lithium / nickel / manganese composite oxide, which is a 5V class positive electrode active material that exhibits a flat charge / discharge potential in a potential range of about 5 V (vs. Li / Li + ) based on a lithium reference electrode A product (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) has been proposed. However, as described in Patent Document 2, in a battery including a positive electrode including the lithium / nickel / manganese composite oxide and a negative electrode including graphite, the voltage is high (the positive electrode side has a noble potential, On the negative electrode side, there is a problem that the electrolyte solution is decomposed to generate gas and the battery not only swells but also the battery performance deteriorates, making it difficult to put it to practical use.

なお、ここで「5V級」とは、放電電圧の平坦部(プラトー部)が約5Vを示す電池を意味する。「5V級」、「4V級」、「3V級」という呼称は、例えば、特開2001−43859号公報、特開2001−52737号公報、特開2001−185148号公報、特開2001−256966号公報等に記載されているように、非水系二次電池の放電電圧を示すのに一般的に用いられている用語である。   Here, “5V class” means a battery in which the flat portion (plateau portion) of the discharge voltage shows about 5V. The designations “5V class”, “4V class”, and “3V class” are, for example, JP 2001-43859 A, JP 2001-52737 A, JP 2001-185148 A, and JP 2001-256966 A. As described in publications and the like, it is a term generally used to indicate the discharge voltage of a non-aqueous secondary battery.

一方、3V以下の低電圧で作動するICの開発が進んでいることや、電池の安全性の観点から、今後3V級非水電解質二次電池の需要が増大するものと推測される。3V級非水電解質二次電池用の正極活物質として一般的に知られているのはMnO、Vなどがある。そして、これらの活物質はリチウムを含まないため、対極には金属リチウムまたはリチウム合金を使用しなければならない。一方、3V級活物質である層状リチウムマンガン複合酸化物(LiMnO)が注目されているが、充放電に伴ってスピネル化しやすく、二段放電となる。さらに、上記の3V級正極活物質はすべてサイクル性能が劣るものであった。 On the other hand, it is speculated that the demand for 3V class non-aqueous electrolyte secondary batteries will increase in the future from the viewpoint of the development of ICs that operate at a low voltage of 3 V or less and the safety of the batteries. Commonly known positive electrode active materials for 3V class non-aqueous electrolyte secondary batteries include MnO 2 and V 2 O 5 . Since these active materials do not contain lithium, metallic lithium or a lithium alloy must be used for the counter electrode. On the other hand, although a layered lithium manganese composite oxide (LiMnO 2 ), which is a 3V class active material, has been attracting attention, it becomes easy to spinel with charge / discharge, resulting in a two-stage discharge. Further, all of the above 3V class positive electrode active materials had poor cycle performance.

一方、特許文献3〜5および非特許文献1〜3では、遷移金属酸化物が負極活物質にも使用できることが報告されている。特許文献3では、酸化鉄(FeO、Fe、Fe等)や酸化コバルト(CoO、Co、Co等)を負極活物質として用いる技術を開示している。 On the other hand, Patent Documents 3 to 5 and Non-Patent Documents 1 to 3 report that transition metal oxides can also be used for the negative electrode active material. Patent Document 3 discloses a technique using iron oxide (FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, etc.) or cobalt oxide (CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4, etc.) as a negative electrode active material. .

特許文献4では、負極活物質として、種々のリチウムを含有するまたはリチウムを含有しない遷移金属の酸化物、例えばLi1−q(ただし、Mは遷移金属、xは0.17≦x≦11.25、0≦q≦0.7、1.3≦j≦4.1)で表されるリチウム含有遷移金属酸化物およびその製造技術を開示されている。 In Patent Document 4, as a negative electrode active material, various transition metal oxides containing or not containing lithium, for example, Li x M q V 1-q O j (where M is a transition metal, x is 0. 17 ≦ x ≦ 11.25, 0 ≦ q ≦ 0.7, 1.3 ≦ j ≦ 4.1) and a production technique thereof are disclosed.

特許文献5では、遷移金属酸化物負極活物質の粒径、焼成条件および電気化学的にリチウムイオンを挿入する技術が開示されている。   Patent Document 5 discloses a technique of inserting lithium ions electrochemically with the particle size of the transition metal oxide negative electrode active material, the firing conditions, and electrochemically.

非特許文献1には、CoO、Co、NiO、FeOおよびCuO等の遷移金属酸化物の負極活物質としての特性や反応メカニズムが示されている。これらの遷移金属酸化物が700mAh/g以上の放電容量を示し、充電に伴ってLiOの生成およびナノサイズの遷移金属の存在が確認された。また、コバルト酸化物のサイクル性能が良好であったことも報告されている。 Non-Patent Document 1 discloses characteristics and reaction mechanisms of transition metal oxides such as CoO, Co 3 O 4 , NiO, FeO, and Cu 2 O as negative electrode active materials. These transition metal oxides showed a discharge capacity of 700 mAh / g or more, and it was confirmed that Li 2 O was produced and nano-sized transition metals were present during charging. It has also been reported that the cycle performance of cobalt oxide was good.

非特許文献2には、メカニカルミリング法でリチウム含有遷移金属酸化物および硫化物を作製する技術が報告されており、得られた混合物の最大初期放電容量は600mAh/g以上であるが、サイクル性能が劣ったものであった。   Non-Patent Document 2 reports a technique for producing lithium-containing transition metal oxides and sulfides by a mechanical milling method, and the maximum initial discharge capacity of the obtained mixture is 600 mAh / g or more. Was inferior.

非特許文献3では、リチウム含有Ni、Co、Mn三元遷移金属酸化物からなる負極活物質が報告され、これらの遷移金属酸化物は約700mAh/gの放電容量を示している。   Non-Patent Document 3 reports negative electrode active materials composed of lithium-containing Ni, Co, and Mn ternary transition metal oxides, and these transition metal oxides exhibit a discharge capacity of about 700 mAh / g.

これらの遷移金属負極活物質は放電容量が大きく、1〜2.0V(vs.Li/Li)の平均放電電位を示している。しかし、これらの文献では、遷移金属酸化物を3V級非水電解質電池の負極活物質への適用および安全性向上などについては、開示も暗示もされていなかった。 These transition metal negative electrode active materials have a large discharge capacity, and show an average discharge potential of 1 to 2.0 V (vs. Li / Li + ). However, these documents did not disclose or suggest the application of the transition metal oxide to the negative electrode active material of the 3V class non-aqueous electrolyte battery and improvement of safety.

特開2002−42814公報JP 2002-42814 A 特開平11−219722号公報JP-A-11-219722 特開平03−291862号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-291862 特許第3242751号公報Japanese Patent No. 3242751 特開平07−14581号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-14581 P.Poizot,S.Laruelle,S.Grugeon,L.Dupont,and J.M.Tarascon, Nature,407,496−499(2000)P. Poizot, S.M. Laruelle, S.M. Grugeon, L .; Dupont, and J.M. M.M. Tarascon, Nature, 407, 496-499 (2000) M.Dolle,P.Poizot,L.Dupont,and J.M.Tarascon, Electrochemical and Solid−state Letters,5,A70−A73(2002)M.M. Dolle, P.M. Poizot, L.M. Dupont, and J.M. M.M. Tarascon, Electrochemical and Solid-state Letters, 5, A70-A73 (2002) 劉、安田、山地、第44回電池討論会予稿集、P114、3A18(2003)Liu, Yasuda, Yamachi, 44th Battery Conference Proceedings, P114, 3A18 (2003)

従来の5V級正極活物質を用いた5V級非水電解質二次電池の安全性は低く、また、従来の3V級非水電解質二次電池の充放電サイクル性能は不十分なものであった。そこで、本発明は、放電容量が大きく、安全性およびサイクル性能がともに優れた、新規3V級非水電解質電気化学セルを提供することを目的としている。   The safety of a conventional 5V class non-aqueous electrolyte secondary battery using a 5V class positive electrode active material is low, and the charge / discharge cycle performance of the conventional 3V class non-aqueous electrolyte secondary battery is insufficient. Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel 3V class non-aqueous electrolyte electrochemical cell having a large discharge capacity and excellent both safety and cycle performance.

われわれ鋭意研究した結果、正極に5V級正極活物質を用い、負極にニッケル、コバルトおよびマンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物からなる負極活物質を用いることによって、放電容量、安全性およびサイクル性能ともに優れた新規3V級非水電解質電気化学セルが得られることを見出した。   As a result of our earnest research, by using a 5V class positive electrode active material for the positive electrode and a negative electrode active material made of an oxide of at least one element selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese for the negative electrode, It has been found that a novel 3V non-aqueous electrolyte electrochemical cell excellent in both safety and cycle performance can be obtained.

請求項1の発明は、正極と負極と非水電解質を備えた非水電気化学セルにおいて、前記正極が5V級正極活物質を含み、前記負極がニッケル、コバルトおよびマンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物からなる負極活物質を含むことを特徴とする。   The invention of claim 1 is a non-aqueous electrochemical cell comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode includes a 5V class positive electrode active material, and the negative electrode is selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese. It contains a negative electrode active material made of an oxide of one kind of element.

請求項2の発明は、上記非水電解質電気化学セルにおいて、負極活物質がニッケルとマンガンを含有し、前記ニッケルとマンガンのモル数をそれぞれα、βとした時、モル比率α/βが1以上であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the nonaqueous electrolyte electrochemical cell, when the negative electrode active material contains nickel and manganese, and the molar numbers of the nickel and manganese are α and β, respectively, the molar ratio α / β is 1. It is the above.

請求項3の発明は、上記非水電解質電気化学セルにおいて、上記負極活物質がさらにリチウムを含有し、負極活物質中のニッケルとコバルトとマンガンの合計モル数に対するリチウムのモル数の比をγとした時、0.9≦γ≦1であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the nonaqueous electrolyte electrochemical cell, wherein the negative electrode active material further contains lithium, and the ratio of the number of moles of lithium to the total number of moles of nickel, cobalt and manganese in the negative electrode active material is γ In this case, 0.9 ≦ γ ≦ 1.

請求項4の発明は、上記非水電解質電気化学セルにおいて、負極活物質表面に低結晶性炭素層が形成されていることを特徴とする。   The invention of claim 4 is characterized in that, in the non-aqueous electrolyte electrochemical cell, a low crystalline carbon layer is formed on the surface of the negative electrode active material.

本発明のように、正極に5V級正極活物質、負極にニッケル、コバルトおよびマンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物からなる負極活物質を用いることによって、優れた放電電位、大きな放電容量および優れたサイクル性能を示す3V級非水電解質電気化学セルが得られる。   By using a negative electrode active material composed of an oxide of at least one element selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese as a positive electrode and a negative electrode as in the present invention, an excellent discharge potential, A 3V class non-aqueous electrolyte electrochemical cell exhibiting a large discharge capacity and excellent cycle performance is obtained.

請求項2によれば、資源の豊富なニッケルとマンガンを含む酸化物を負極活物質に使用するため、コストの安い非水電解質電気化学セルが得られ、さらに、NiとMnとのモル比を規定することにより、サイクル性能が向上した3V級非水電気化学セルが得られる。   According to claim 2, since a resource-rich oxide containing nickel and manganese is used for the negative electrode active material, a low-cost nonaqueous electrolyte electrochemical cell can be obtained, and the molar ratio of Ni and Mn By specifying, a 3V class non-aqueous electrochemical cell with improved cycle performance can be obtained.

請求項3によると、負極の不可逆容量の少なく、サイクル性能が優れ、エネルギー密度の高い3V級非水電解質電気化学セルが得られる。   According to the third aspect of the present invention, a 3V class non-aqueous electrolyte electrochemical cell having a low negative electrode irreversible capacity, excellent cycle performance and high energy density can be obtained.

請求項4によれば、負極活物質の膨脹収縮または微粉化による集電性能の不良が避けられ、高率放電性能とサイクル性能ともに非常に優れている3V級非水電解質電気化学セルが得られる。   According to the fourth aspect of the present invention, poor current collection performance due to expansion / contraction or pulverization of the negative electrode active material can be avoided, and a 3V class non-aqueous electrolyte electrochemical cell having excellent high rate discharge performance and cycle performance can be obtained. .

本発明の非水電解質電気化学セルは、正極活物質に5V級活物質、負極活物質にニッケル、コバルトおよびマンガンからなる群から選ばれる少なMn2−Y−a4−δ(但し、0<X≦1.くとも1種の元素の酸化物を用いることを特徴とするものである。本発明において、「5V級活物質」とは、リチウム参照電極基準で、約5V(vs.Li/Li)の≦Y≦0.55、0≦δ≦0.4)で表され、電位範囲で平坦な充放電電位を示す正極活物質であり、「非水電解質電気化学セル」とは、リチウム二次電池や電気化学キャパシタを意味するものである。 The nonaqueous electrolyte electrochemical cell of the present invention has a small amount of Mn 2-YaO 4-δ selected from the group consisting of a 5V class active material as the positive electrode active material and nickel, cobalt and manganese as the negative electrode active material (where 0 <X ≦ 1. An oxide of at least one element is used.In the present invention, the “5V class active material” means about 5 V (vs. Li) based on a lithium reference electrode. / Li + ) ≦ Y ≦ 0.55, 0 ≦ δ ≦ 0.4), and is a positive electrode active material exhibiting a flat charge / discharge potential in a potential range, and “non-aqueous electrolyte electrochemical cell” It means a lithium secondary battery or an electrochemical capacitor.

正極に用いる5V級活物質としては、リチウム・ニッケル・マンガンスピネル複合酸化物またはオリビン材料を用いることができる。リチウム・ニッケル・マンガンスピネル複合酸化物は、一般式LiX+aNi0、0≦a≦0.1、0.45オリビン材料としてはLiCoPO、LiVOPOなどを用いることができる。 As the 5V class active material used for the positive electrode, a lithium / nickel / manganese spinel composite oxide or an olivine material can be used. Lithium / nickel / manganese spinel composite oxide may be LiCoPO 4 , LiVOPO 4 or the like as the general formula Li X + a Ni Y 0, 0 ≦ a ≦ 0.1, 0.45 olivine material.

このような正極活物質と負極活物質との組合せにより、5V級正極活物質を用いた従来の電池に特有な、電解液分解による電池の膨れや、サイクル劣化および安全性などの課題が解決できる。そして、負極活物質にニッケル、コバルトおよびマンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を使用することによって、放電容量が大きく、放電電位が連続的に変化する電気化学セルが得られる。特に、本発明で用いる負極活物質は、放電電位が連続的に変化するので、パルス放電に優れ、出力の大きい電気化学セルを得ることができる。   Such a combination of a positive electrode active material and a negative electrode active material can solve problems such as battery swelling, cycle deterioration, and safety that are peculiar to conventional batteries using a 5 V class positive electrode active material. . By using an oxide of at least one element selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese as the negative electrode active material, an electrochemical cell having a large discharge capacity and a continuously changing discharge potential can be obtained. . In particular, since the negative electrode active material used in the present invention continuously changes in discharge potential, an electrochemical cell having excellent pulse discharge and a large output can be obtained.

また、より安価で、サイクル性能に優れた非水電解質電気化学セルを得るために、負極活物質がNiとMnとを含有し、NiとMnのモル数をそれぞれα、βとした時、モル比率α/βが1以上であることが好ましい。モル比率α/βが1以上である場合、放電容量が大きいだけでなく、サイクル性能も優れているからである。   Further, in order to obtain a non-aqueous electrolyte electrochemical cell that is cheaper and has excellent cycle performance, the negative electrode active material contains Ni and Mn, and the mole numbers of Ni and Mn are α and β, respectively. The ratio α / β is preferably 1 or more. This is because when the molar ratio α / β is 1 or more, not only the discharge capacity is large but also the cycle performance is excellent.

この条件を満たす負極活物質としては、ニッケル酸化物とマンガン酸化物との混合体または固溶体を用いることができるが、連続電位変化特性および優れたサイクル性能を得るためには、混合物よりもNiとMnを原子レベルで混合した固溶体を用いることによって、より優れたサイクル性能を有する電気化学セルを得ることができる。   As the negative electrode active material satisfying this condition, a mixture or solid solution of nickel oxide and manganese oxide can be used, but in order to obtain continuous potential change characteristics and excellent cycle performance, Ni and By using a solid solution in which Mn is mixed at the atomic level, an electrochemical cell having better cycle performance can be obtained.

また、Ni、Mnを含むオキシ水酸化物を、250℃以上800℃以下の温度で加熱することによって得た複合酸化物を用いると、活物質の性能改善効果がより顕著に現れる。その理由は、加熱処理によって活物質から吸着水や結晶水が除去され、その結果、サイクル性能が格段に向上するからである。   In addition, when a composite oxide obtained by heating an oxyhydroxide containing Ni and Mn at a temperature of 250 ° C. or higher and 800 ° C. or lower is used, the performance improvement effect of the active material appears more remarkably. The reason is that adsorbed water and crystal water are removed from the active material by heat treatment, and as a result, cycle performance is significantly improved.

また、本発明の負極活物質に用いる酸化物にはリチウムを含有してもよい。そして、リチウムの含有量は、負極活物質中のニッケルとコバルトとマンガンの合計モル数に対するリチウムのモル数の比をγとした時、0.9≦γ≦1であることが好ましい。   Moreover, you may contain lithium in the oxide used for the negative electrode active material of this invention. The lithium content is preferably 0.9 ≦ γ ≦ 1, where γ is the ratio of the number of moles of lithium to the total number of moles of nickel, cobalt, and manganese in the negative electrode active material.

なぜなら、γが0.9より小さい場合、不可逆容量が大きく、高エネルギーのセルを得るのがむずかしくなり、また、γが1より大きい場合、空気中で活物質が不安定なため、不活性なLiOやLiCOが生成するためである。 Because, if γ is smaller than 0.9, the irreversible capacity is large and it is difficult to obtain a high-energy cell, and if γ is larger than 1, the active material is unstable in the air, which is inactive. This is because Li 2 O and Li 2 CO 3 are generated.

さらに、本発明の負極活物質に用いる酸化物の粒子表面に低結晶性炭素層が形成されていることが好ましい。負極活物質粒子表面に低結晶性炭素が形成されることによって、負極活物質粒子表面での被膜の成長を抑制するだけでなく、活物質の膨脹収縮または微粉化による集電不良を抑制することもできる。なお、「酸化物の表面に低結晶性炭素層が形成される」とは、酸化物の粒子表面が低結晶性炭素層で被覆される場合や、酸化物の粒子表面に低結晶性炭素層が部分的に付着している場合ならびに電極の表面に低結晶性炭素層が設けられる場合などが含まれる。   Furthermore, it is preferable that a low crystalline carbon layer is formed on the surface of the oxide particles used in the negative electrode active material of the present invention. By forming low crystalline carbon on the surface of the negative electrode active material particles, it not only suppresses the growth of the coating on the surface of the negative electrode active material particles, but also suppresses poor current collection due to expansion / contraction or pulverization of the active material. You can also. Note that “a low crystalline carbon layer is formed on the oxide surface” means that the oxide particle surface is coated with the low crystalline carbon layer or the oxide particle surface is coated with the low crystalline carbon layer. And a case where a low crystalline carbon layer is provided on the surface of the electrode.

負極活物質粒子の表面に炭素材料を形成する方法としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メタン、プロパン、ブタン、エチレンあるいはアセチレンなどを炭素源として気相中で分解し、粒子の表面に化学的に蒸着させるCVD方法、ピッチ、タールまたはフルフリルアルコールなどの熱可塑性樹脂と混合した後に焼成する方法、またはメカノケミカル反応を用いた方法で製造できる。   As a method for forming a carbon material on the surface of the negative electrode active material particles, benzene, toluene, xylene, methane, propane, butane, ethylene, or acetylene is decomposed in a gas phase using a carbon source, and the surface of the particles is chemically formed. It can be produced by a CVD method for vapor deposition, a method for baking after mixing with a thermoplastic resin such as pitch, tar or furfuryl alcohol, or a method using a mechanochemical reaction.

これらの製造法の中では、CVD法が望ましい。その理由は、CVD法によれば、より均一に、かつ安価に、負極活物質粒子の表面に低結晶性炭素を形成することができ、これを用いた3V級非水電解質電気化学セルの高率放電性能およびサイクル性能の向上が期待されるからである。   Among these manufacturing methods, the CVD method is desirable. The reason is that according to the CVD method, low crystalline carbon can be formed on the surface of the negative electrode active material particles more uniformly and inexpensively, and the high-performance of a 3V class non-aqueous electrolyte electrochemical cell using this can be obtained. This is because improvement in rate discharge performance and cycle performance is expected.

また、本発明の負極活物質に用いる酸化物を作製する方法としては、出発物質にオキシ水酸化物、好ましくはそれに含まれる遷移金属の平均酸化数が3未満であるオキシ水酸化物を用い、遷移金属の平均酸化数が3以上になるまで酸化させることにより、本発明の効果をより引き出すことができる。平均酸化数が3以上になるまで酸化すると、安定な遷移金属酸化物が得られる。そうでなければ、遷移金属の酸化物が相分離してしまう危険があるからである。   Further, as a method for producing an oxide used for the negative electrode active material of the present invention, an oxyhydroxide, preferably an oxyhydroxide having an average oxidation number of transition metal contained in the starting material, of less than 3 is used as a starting material. By oxidizing the transition metal until the average oxidation number becomes 3 or more, the effect of the present invention can be further extracted. When oxidized until the average oxidation number becomes 3 or more, a stable transition metal oxide is obtained. Otherwise, there is a danger that the oxide of the transition metal will phase separate.

本発明の負極活物質に用いる酸化物に含まれるNi、Co、Mnを原子レベルで混合させるための製造方法としては共沈法が好ましい。共沈法では、出発物であるNi、CoまたはMnを含む水酸化物をアルカリ溶液中に分散させ、40〜60℃の温度にて酸化剤で酸化し、沈殿を濾過、乾燥してオキシ水酸化物を得ることができる。   A coprecipitation method is preferred as a production method for mixing Ni, Co, and Mn contained in the oxide used for the negative electrode active material of the present invention at an atomic level. In the coprecipitation method, a hydroxide containing Ni, Co or Mn as a starting material is dispersed in an alkaline solution, oxidized with an oxidizing agent at a temperature of 40 to 60 ° C., and the precipitate is filtered and dried to obtain oxywater. An oxide can be obtained.

この共沈法において、Ni、CoまたはMnを含む水酸化物をLiOH水溶液中に分散させ、75〜85℃の温度で酸化剤で酸化させると、オキシ水酸化物に含まれるプロトンの一部がリチウムイオンと交換された、Ni、CoまたはMnを含むオキシ水酸化物が得られる。   In this coprecipitation method, when a hydroxide containing Ni, Co or Mn is dispersed in an LiOH aqueous solution and oxidized with an oxidizing agent at a temperature of 75 to 85 ° C., a part of protons contained in the oxyhydroxide is obtained. An oxyhydroxide containing Ni, Co or Mn exchanged with lithium ions is obtained.

なお、共沈法において、Mnが容易に4価まで酸化されることを防ぐために、窒素やアルゴンガスで保護しながら酸化剤で酸化することが望ましい。これによって、Ni、Co、Mnが原子レベルで混合している状態のオキシ水酸化物が得られることだけでなく、「不活性な炭酸塩」の生成が避けられる。   In the coprecipitation method, it is desirable to oxidize with an oxidizing agent while protecting with Mn or argon gas in order to prevent Mn from being easily oxidized to tetravalent. This not only provides an oxyhydroxide in which Ni, Co, and Mn are mixed at the atomic level, but also avoids the formation of “inert carbonates”.

ここで「不活性な炭酸塩」とは、LiCOまたはNi、Co、Mnの炭酸塩を指す。これらの炭酸塩が絶縁性であり、電気化学活性も乏しいため、負極活物質にこれらが含まれる場合には、電気化学セルの特性が低下する。 Here, the “inert carbonate” refers to Li 2 CO 3 or a carbonate of Ni, Co, or Mn. Since these carbonates are insulative and have poor electrochemical activity, the characteristics of the electrochemical cell deteriorate when they are contained in the negative electrode active material.

本発明の負極活物質として、上記の製造方法で得られた、Ni、Co、Mnからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む酸化物をそのまま使用してもよい。しかし、製造直後の酸化物の還元分解および表面被膜の生成に伴う不可逆容量が大きく、その結果、大きいエネルギー密度の電気化学セルを得ることが困難となる。そこで、前記のように、イオン交換反応により、負極活物質としての酸化物にリチウムを導入してもよいが、イオン交換反応は不可逆容量の低減には効果的ではない。   As the negative electrode active material of the present invention, an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, and Mn obtained by the above production method may be used as it is. However, the irreversible capacity accompanying the reductive decomposition of the oxide immediately after production and the generation of the surface film is large, and as a result, it becomes difficult to obtain an electrochemical cell having a large energy density. Therefore, as described above, lithium may be introduced into the oxide as the negative electrode active material by an ion exchange reaction, but the ion exchange reaction is not effective in reducing the irreversible capacity.

そこで、上記酸化物負極活物質の不可逆容量の低減、表面被膜の成長の抑制、またはアモルファス化を促進するために、電気化学的また化学的方法で上記遷移金属酸化物を部分還元または完全還元(0.5V(vs.Li/Li)以下の電位まで還元する)し、所要量のリチウムを導入することが望ましい。さらに、上記の完全還元された酸化物を、さらに電気化学的または化学的方法で酸化させてもよい。負極活物質としての酸化物を電気化学的方法で酸化する場合、リチウム基準で3.5V以下の電位まで酸化する方法を用いるのが好ましい。 Therefore, in order to reduce the irreversible capacity of the oxide negative electrode active material, suppress the growth of the surface film, or promote the amorphization, the transition metal oxide is partially reduced or completely reduced by an electrochemical or chemical method ( It is desirable to reduce the potential to 0.5 V (vs. Li / Li + ) or less) and introduce a required amount of lithium. Furthermore, the above completely reduced oxide may be further oxidized by an electrochemical or chemical method. When the oxide as the negative electrode active material is oxidized by an electrochemical method, it is preferable to use a method of oxidizing to a potential of 3.5 V or less with respect to lithium.

本発明の負極活物質に用いる酸化物を、リチウムイオンを含有する有機電解液中で電気化学的に還元処理をおこなうと、負極にリチウムを導入でき、電池を作成する時に不可逆容量を減少させることができる。さらに、還元した上記化合物を再度酸化すると、初期の不可逆容量の少ない、アモルファス化された化合物が得られる。また、ここに例示しているアモルファス化あるいはナノサイズ化された遷移金属酸化物の作製方法は電気化学的な手法であるが、Liの有機錯体で還元し、有機溶剤によるリチウムを抜け出す化学法でも良い。   When the oxide used in the negative electrode active material of the present invention is electrochemically reduced in an organic electrolyte containing lithium ions, lithium can be introduced into the negative electrode, and the irreversible capacity can be reduced when a battery is produced. Can do. Furthermore, when the reduced compound is oxidized again, an amorphous compound having a small initial irreversible capacity is obtained. In addition, the method for producing an amorphized or nanosized transition metal oxide exemplified here is an electrochemical method, but it can also be reduced by an organic complex of Li, and a chemical method for extracting lithium with an organic solvent. good.

さらに、負極活物質としての酸化物と金属リチウムとを電解液中でショートさせる、またはリチウム合金粉末、Li2.5Co0.5N粉末等のリチウム含有遷移金属窒化物とともに電極を作製し、有機電解液と接触させることにより、局所電池反応が起こり、リチウム含有酸化物を作製することができる。また、負極活物質としての酸化物をリチウムの有機錯体たとえばブチルリチウムなどの有機溶液と接触させて反応させることによってリチウム含有酸化物を作製することができる。 Furthermore, an electrode as a negative electrode active material is short-circuited in an electrolytic solution, or an electrode is prepared together with a lithium-containing transition metal nitride such as a lithium alloy powder or Li 2.5 Co 0.5 N powder, When brought into contact with the organic electrolyte, a local battery reaction occurs and a lithium-containing oxide can be produced. Further, a lithium-containing oxide can be prepared by bringing an oxide as a negative electrode active material into contact with an organic solution of lithium, for example, an organic solution such as butyl lithium for reaction.

このようにして得られたリチウム含有酸化物を、上記のような電気化学的方法を用いてさらに放電させる(酸化)と、例えば、リチウム含有酸化物がNiとMnを含む場合には、リチウム含有酸化物中に含まれるNiとMnの合計モル数に対するLiのモル数の比が1以下の、X線の波長よりも結晶子が小さいために、XRD分析で検出できないナノ粒子混合体を得ることができる。なお、リチウム、マンガン、ニッケルおよびその他の金属元素の定量はICP分析でおこなった。   When the lithium-containing oxide thus obtained is further discharged (oxidation) using the electrochemical method as described above, for example, when the lithium-containing oxide contains Ni and Mn, the lithium-containing oxide is contained. To obtain a nanoparticle mixture that is not detectable by XRD analysis because the ratio of the number of moles of Li to the total number of moles of Ni and Mn contained in the oxide is 1 or less and the crystallite is smaller than the wavelength of X-rays Can do. The quantitative determination of lithium, manganese, nickel and other metal elements was performed by ICP analysis.

本発明に用いる負極活物質としての酸化物は、上記のオキシ水酸化物から製造されたものを含め、例えばCoO、Co、Co、NiO、MnO、MnO、Mn、Mnなどが挙げられる。また、負極活物質としては、これらの2種類以上の酸化物を混合して使用してもよいが、二種以上の元素を原子レベルで混合した固溶体がもっと望ましい。さらに、これらの酸化物に、N、P、F、Cl、Br、I、Sなどの典型非金属元素を含んでもよい。 The oxide as the negative electrode active material used in the present invention includes those produced from the above oxyhydroxide, for example, CoO, Co 3 O 4 , Co 2 O 3 , NiO, MnO, MnO 2 , Mn 2 O. 3 , Mn 3 O 4 and the like. Further, as the negative electrode active material, these two or more kinds of oxides may be mixed and used, but a solid solution in which two or more elements are mixed at the atomic level is more desirable. Further, these oxides may contain typical nonmetallic elements such as N, P, F, Cl, Br, I, and S.

また、本発明に用いる負極活物質としての酸化物は、結晶性から非晶質までのものを使用することができるが、高率放電には非晶質の方が好ましい。また、これらの酸化物の形状は、粉末、膜、繊維、多孔体でもよい。   Further, the oxide as the negative electrode active material used in the present invention can be from crystalline to amorphous, but amorphous is preferred for high rate discharge. The shape of these oxides may be powder, membrane, fiber, or porous body.

本発明の負極活物質の導電材料として、Cu、Ni、Ti、Coなどの微粉末が使用できるが、アセチレンブラック、非晶質炭素、黒鉛粉末、カーボンナノチューブ、カーボンナノホンなどの炭素材料がもっと望ましい。導電材料と負極活物質としての酸化物とをよく混合させるために、混合方法としてメカニカルミリング法が望ましい。   As the conductive material of the negative electrode active material of the present invention, fine powders such as Cu, Ni, Ti, and Co can be used, but carbon materials such as acetylene black, amorphous carbon, graphite powder, carbon nanotube, and carbon nanophone are more. desirable. In order to mix the conductive material and the oxide as the negative electrode active material well, a mechanical milling method is desirable as a mixing method.

負極の集電体材料としてCu、Ni、Ti、Al、ステンレスなどが使用できる。形態として、シートやメッシュおよび発泡体など三次元の構造体が挙げられる。   Cu, Ni, Ti, Al, stainless steel, etc. can be used as the current collector material for the negative electrode. Examples of the form include a three-dimensional structure such as a sheet, a mesh, and a foam.

本発明の3V級の電気化学セルで用いられる正極材料としては、5V級の活物質を使用する必要がある。また、5V級の活物質としてはリチウム・ニッケル・マンガンスピネル複合酸化物およびオリビン材料などを用いることができるが、サイクル性能および放電容量の観点からは、スピネル型リチウム・ニッケル・マンガンスピネル複合酸化物が好ましい。   As the positive electrode material used in the 3V class electrochemical cell of the present invention, it is necessary to use a 5V class active material. As the 5V class active material, lithium / nickel / manganese spinel composite oxide and olivine material can be used. From the viewpoint of cycle performance and discharge capacity, spinel type lithium / nickel / manganese spinel composite oxide Is preferred.

一般式LiX+aNiMn2−Y−a4−δ(但し、0<X≦1.0、0≦a≦0.1、0.45リチウム・ニッケル・マンガンスピネル複合酸化物は、一般的には、例えば、リチウム源、マンガン源、ニッケル源となる化合物を混合して、焼成する固相法により合成することができる。また、特表2000−515672公報に示されるようなゾルゲル法によっても合成することができる。 General formula Li X + a Ni Y Mn 2- YaO 4-δ (where 0 <X ≦ 1.0, 0 ≦ a ≦ 0.1, 0.45 lithium / nickel / manganese spinel composite oxide Specifically, for example, it can be synthesized by a solid phase method in which a compound serving as a lithium source, a manganese source, and a nickel source is mixed and calcined, or by a sol-gel method as disclosed in JP-T-2000-515672. Can also be synthesized.

リチウム源としては、例えば、水酸化リチウム・一水和物、硝酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、臭化リチウム、塩化リチウム、クエン酸リチウム、フッ化リチウム、ヨウ化リチウム、乳酸リチウム、シュウ酸リチウム、リン酸リチウム、ピルビン酸リチウム、硫酸リチウム、酸化リチウムなどが挙げられる。   Examples of the lithium source include lithium hydroxide monohydrate, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium acetate, lithium bromide, lithium chloride, lithium citrate, lithium fluoride, lithium iodide, lithium lactate, and lithium oxalate. Lithium phosphate, lithium pyruvate, lithium sulfate, lithium oxide and the like.

また、マンガン源としては、例えば、二酸化マンガン、酸化マンガン、水酸化マンガン、炭酸マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン、シュウ酸マンガンなどが挙げられ、それらの中でも二酸化マンガンが特に好ましい。   Examples of the manganese source include manganese dioxide, manganese oxide, manganese hydroxide, manganese carbonate, manganese nitrate, manganese sulfate, and manganese oxalate. Among these, manganese dioxide is particularly preferable.

さらに、ニッケル源としては、例えば硝酸ニッケル、炭酸ニッケル、酸化ニッケルなどが挙げられる。   Furthermore, examples of the nickel source include nickel nitrate, nickel carbonate, and nickel oxide.

LiMnのMnサイトがNiで置換され、モル比率Ni/Mnが1/3になると、高電位側の放電電位平坦領域が4.5V以上の高い電位を示す正極活物質を得ることができる。また、LiMnのMnサイトがLiで置換されることにより、4V領域の放電電位平坦部を小さくすることができる。 When the Mn site of LiMn 2 O 4 is replaced with Ni and the molar ratio Ni / Mn becomes 1/3, a positive electrode active material in which the high potential side discharge potential flat region exhibits a high potential of 4.5 V or more can be obtained. it can. Further, by replacing the Mn site of LiMn 2 O 4 with Li, the discharge potential flat portion in the 4V region can be reduced.

また、一般式LiX+aNiMn2−Y−a4−δ(但し、0<X≦1.0、0≦a≦0.1、0.45≦Y≦0.55、0≦δ≦0.4)で表されるリチウム・ニッケル・マンガンスピネル複合酸化物において、Liの割合を示すXは充放電により変化し、完全充電時には1となる。一方、過放電するとリチウム・ニッケル・マンガンスピネル複合酸化物の結晶構造が不安定になるので、0<X≦1.0が好ましい。 In addition, the general formula Li X + a Ni Y Mn 2- YaO 4-δ (where 0 <X ≦ 1.0, 0 ≦ a ≦ 0.1, 0.45 ≦ Y ≦ 0.55, 0 ≦ δ) In the lithium / nickel / manganese spinel composite oxide represented by .ltoreq.0.4), X indicating the proportion of Li changes by charge / discharge and becomes 1 at the time of full charge. On the other hand, if overdischarge occurs, the crystal structure of the lithium / nickel / manganese spinel composite oxide becomes unstable. Therefore, 0 <X ≦ 1.0 is preferable.

aはMnサイトに置換したLiの割合である。Mnの一部をLiで置換すると、Mnの価数が増加し、4V領域の放電電位平坦部が小さくなる。aが0.1を超えると放電容量が低下するので好ましくない。したがって、0≦a≦0.1が好ましい。   a is the ratio of Li substituted at the Mn site. When a part of Mn is replaced with Li, the valence of Mn increases and the discharge potential flat portion in the 4V region becomes smaller. If a exceeds 0.1, the discharge capacity decreases, which is not preferable. Therefore, 0 ≦ a ≦ 0.1 is preferable.

YはMnサイトに置換したNiの割合である。Yが0.45未満になると5V領域の放電電位平坦部分が減少するので好ましくない。一方Yが0.55を超えると、Niイオンの価数が2価から3価に変化するので5V領域における放電容量が減少する。したがって、0.45≦Y≦0.55が好ましい。   Y is the ratio of Ni substituted at the Mn site. If Y is less than 0.45, the flat portion of the discharge potential in the 5V region is not preferable. On the other hand, if Y exceeds 0.55, the valence of Ni ions changes from divalent to trivalent, so the discharge capacity in the 5V region decreases. Therefore, 0.45 ≦ Y ≦ 0.55 is preferable.

そして、δは結晶構造における酸素欠損を表す。このがδ大きくなるとMnの価数が低下し、4V領域の電位平坦部が大きくなる。また、δが0.4を超えるとスピネル構造のフレームを構成する酸素が不足するので、スピネル構造を維持できなくなることがあるため好ましくない。したがって、0≦δ≦0.4が好ましい。   Δ represents an oxygen vacancy in the crystal structure. As this increases by δ, the valence of Mn decreases and the potential flat portion in the 4V region increases. On the other hand, if δ exceeds 0.4, oxygen constituting the frame of the spinel structure is insufficient, so that the spinel structure may not be maintained, which is not preferable. Therefore, 0 ≦ δ ≦ 0.4 is preferable.

なお、正極に、LiX+aNiMn2−Y−a4−δ(但し、0<X≦1.0、0≦a≦0.1、0.45≦Y≦0.55、0≦δ≦0.4)が含まれていれば、他の正極活物質が含まれていてもよい。 In addition, Li X + a Ni Y Mn 2- YaO 4-δ (where 0 <X ≦ 1.0, 0 ≦ a ≦ 0.1, 0.45 ≦ Y ≦ 0.55, 0 ≦ As long as δ ≦ 0.4) is included, other positive electrode active materials may be included.

リチウム・ニッケル・マンガンスピネル複合酸化物における、格子定数および各原子のサイト占有率は、粉末X線回折法により得た回折パターンをリートベルト解析(例えば、The Rietveld Method,ed.by R.A.Young,Oxford University Press,Oxford(1993))することにより求めることができる。リートベルト解析は、X線、中性子線を用いた粉末回折パターンと、仮定した構造モデルに基づいて計算した回折パターンとをフィッティングすることにより結晶構造に関するパラメータの精密化を行う方法である。   In the lithium-nickel-manganese spinel composite oxide, the lattice constant and the site occupancy of each atom are determined by Rietveld analysis of the diffraction pattern obtained by the powder X-ray diffraction method (see, for example, The Rietveld Method, ed. Young, Oxford University Press, Oxford (1993)). Rietveld analysis is a method for refining parameters related to crystal structure by fitting a powder diffraction pattern using X-rays and neutrons and a diffraction pattern calculated based on an assumed structural model.

本発明の非水電解質電気化学セルに用いられる非水電解質としては、非水電解液であっても、ポリマー電解質、常温溶融塩またはイオン液体、固体電解質であっても構わない。   The non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte electrochemical cell of the present invention may be a non-aqueous electrolyte, a polymer electrolyte, a room temperature molten salt or ionic liquid, or a solid electrolyte.

非水電解液に用いられる溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1、2−ジメトキシエタン、1、2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテート等の極性溶媒およびこれらの混合溶媒が例示される。   Solvents used for the non-aqueous electrolyte include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide, 1,2-dimethoxyethane. And polar solvents such as 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane and methyl acetate, and mixed solvents thereof.

また、非水電解液の溶質としては、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO、LiSCN、LiCFCO、LiCFSO、LiN(SOCF、LiN(SOCFCF、LiN(COCFおよびLiN(COCFCFなどの塩もしくはこれらの混合物が例示される。 Moreover, as a solute of the nonaqueous electrolytic solution, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiSCN, LiCF 3 CO 2 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 2). Illustrative are salts such as CF 3 ) 2 , LiN (COCF 3 ) 2 and LiN (COCF 2 CF 3 ) 2 or mixtures thereof.

さらに、電解質中に各種添加剤を添加することが望ましい。添加剤としては、例えば、ビニレンカボーネートおよびその誘導体、ビフェニルやシクロヘキシルベンゼンなどのベンゼン類、プロパンスルトンなどの硫黄類、エチレンサルファイド、フッ化水素、トリアゾール系環状化合物、フッ素含有エステル類、テトラエチルアンモニウムフルオライドのフッ化水素錯体またはこれらの誘導体、ホスファゼンおよびその誘導体、アミド基含有化合物、イミノ基含有化合物、または窒素含有化合物からなる群から選択される少なくとも1種等を挙げることができる。   Furthermore, it is desirable to add various additives to the electrolyte. Examples of additives include vinylene carbonate and derivatives thereof, benzenes such as biphenyl and cyclohexylbenzene, sulfurs such as propane sultone, ethylene sulfide, hydrogen fluoride, triazole-based cyclic compounds, fluorine-containing esters, tetraethylammonium Fluoride hydrogen fluoride complexes or derivatives thereof, phosphazenes and derivatives thereof, amide group-containing compounds, imino group-containing compounds, or at least one selected from the group consisting of nitrogen-containing compounds.

以下に、本発明の負極活物質および正極活物質を備えた非水電解質二次電池を実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。しかしながら、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the nonaqueous electrolyte secondary battery including the negative electrode active material and the positive electrode active material of the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

さらに、完備セルの正、負極の容量バランスを考慮し、その充電電気量(不可逆容量分を含め)を同様にした。そして、セルの放電容量は、各サイクルの放電容量を、正極合剤または負極合剤(固形分=活物質+導電材+結着剤)の総重量で割った値、すなわち、正極合剤または負極合剤の単位重量当たりの放電容量で評価した。   Furthermore, considering the capacity balance between the positive and negative electrodes of the complete cell, the amount of charged electricity (including the irreversible capacity) was made the same. The discharge capacity of the cell is the value obtained by dividing the discharge capacity of each cycle by the total weight of the positive electrode mixture or negative electrode mixture (solid content = active material + conductive material + binder), that is, the positive electrode mixture or The discharge capacity per unit weight of the negative electrode mixture was evaluated.

[実施例1〜3および比較例1、2]
[実施例1]
負極活物質としてNi0.75Mn0.251.36を用いた。負極活物質の合成方法と負極板の作製方法はつぎのとおりである。
[Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2]
[Example 1]
Using Ni 0.75 Mn 0.25 O 1.36 as the negative electrode active material. The method for synthesizing the negative electrode active material and the method for producing the negative electrode plate are as follows.

イオン交換水を50℃まで加熱し、Nで溶存酸素を置換し、さらにNがパージされている反応鉢にNi/Mnモル比3/1のNi0.75Mn0.25(OH)を分散させ、1.2当量のNaClOを投入し、50℃を保持しながら4時間攪拌し、酸化させた。続いて吸引濾過し、脱Oのイオン交換水で3回洗浄し、さらに60℃で12時間乾燥してから、空気中で250℃2時間と600℃10時間の焼成をおこなった。このようにして、負極活物質Ni0.75Mn0.251.36を得た。 The ion-exchanged water was heated to 50 ° C., to replace the dissolved oxygen in N 2, further N 2 is Ni 0.75 Mn 0.25 of Ni / Mn molar ratio 3/1 to the reaction pot being purged (OH) 2 was dispersed, 1.2 equivalents of NaClO was added, and the mixture was stirred for 4 hours while maintaining 50 ° C. to be oxidized. Subsequently, the mixture was filtered with suction, washed three times with de-O 2 deionized water, further dried at 60 ° C. for 12 hours, and then fired in air at 250 ° C. for 2 hours and 600 ° C. for 10 hours. There was thus obtained the negative electrode active material Ni 0.75 Mn 0.25 O 1.36.

この負極活物質を粉砕分級し、粒径5μm〜15μmのものを電極に使用した。この負極活物質80wt%と、導電材としてアセチレンブラック10wt%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液(PVdF固形分として10wt%)とをドライルーム内で混合して、ペースト状にし、集電体として厚さ14μmの電解銅箔の片面に、固形分が2.3mg/cmになるように塗布した後、150℃で真空乾燥し、ロールプレスして、厚みが33μm、大きさが30mm×40mmの負極板を製作した。これに超音波溶接法で4mm幅のNiリードを溶接し、負極板A1とした。 This negative electrode active material was pulverized and classified, and those having a particle size of 5 μm to 15 μm were used for the electrodes. The negative electrode active material 80 wt%, acetylene black 10 wt% as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution (PVdF solid content 10 wt%) as a binder were dried. After mixing in a room to make a paste, and applying as a current collector to one side of a 14 μm thick electrolytic copper foil so that the solid content is 2.3 mg / cm 2 , it is vacuum dried at 150 ° C., Roll press was performed to produce a negative electrode plate having a thickness of 33 μm and a size of 30 mm × 40 mm. This was welded with a Ni lead having a width of 4 mm by an ultrasonic welding method to obtain a negative electrode plate A1.

正極板はつぎのようにして作製した。正極活物質としてのスピネル型リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物(LiNi0.5Mn1.5)90wt%と、導電剤としてのアセチレンブラック4wt%と、結着剤としてのPVdF6wt%とを混合し、NMPを適宜加えて分散させ、スラリーを調製した。このスラリーを、厚さが20μmのアルミニウム製正極集電体の片面に均一に塗布し、固形分の重量を14.6mg/cmに調整した。これを乾燥させた後、ロールプレスで圧縮成形した。さらに厚み95μm、大きさが30mm×40mmの正極板を作製した。これに超音波溶接法で4mm幅のAlリードを溶接し、正極板P1とした。 The positive electrode plate was produced as follows. 90 wt% of spinel type lithium / manganese / nickel composite oxide (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) as a positive electrode active material, 4 wt% of acetylene black as a conductive agent, and 6 wt% of PVdF as a binder Mixing was performed, and NMP was appropriately added and dispersed to prepare a slurry. This slurry was uniformly applied to one side of an aluminum positive electrode current collector having a thickness of 20 μm, and the weight of the solid content was adjusted to 14.6 mg / cm 2 . After drying, this was compression molded with a roll press. Further, a positive electrode plate having a thickness of 95 μm and a size of 30 mm × 40 mm was produced. An Al lead having a width of 4 mm was welded thereto by an ultrasonic welding method to obtain a positive electrode plate P1.

正極板P1と負極板A1とをそれぞれ一枚づつ用い、厚さ22μmポリエチレン製セパレーターを介して、正極板の合材層と負極板の合材層とを対面させ、PPSテープで固定し、これをエレメントとした。さらに、このエレメントを封筒型ラミネートケースに挿入し(サイズ:7cm×5cm)、リード側を熱溶着した。続いて、1.0MのLiPFを含むエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒0.5mlを減圧注液した。さらに、封筒型ラミネートケースのリード側とは反対側の開口端面を減圧溶着した。このようにして、実施例1の電気化学セルE1を得た。 The positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A1 are used one by one, and the positive electrode plate mixture layer and the negative electrode plate mixture layer face each other through a 22 μm thick polyethylene separator, and are fixed with PPS tape. Was an element. Further, this element was inserted into an envelope-type laminate case (size: 7 cm × 5 cm), and the lead side was thermally welded. Subsequently, 0.5 ml of a mixed solvent of ethylene carbonate, diethyl carbonate and dimethyl carbonate containing 1.0 M LiPF 6 was injected under reduced pressure. Further, the opening end surface of the envelope-type laminate case opposite to the lead side was welded under reduced pressure. Thus, the electrochemical cell E1 of Example 1 was obtained.

[実施例2]
正極活物質としてLiCoPOを用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極板P2を作製した。正極板P2と負極板A1とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例2の電気化学セルE2を得た。
[Example 2]
A positive electrode plate P2 was produced in the same manner as in Example 1 except that LiCoPO 4 was used as the positive electrode active material. The electrochemical cell E2 of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P2 and the negative electrode plate A1.

[実施例3]
正極活物質としてLiVOPOを用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極板P3を作製した。正極板P3と負極板A1とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例3の電気化学セルE3を得た。
[Example 3]
A positive electrode plate P3 was produced in the same manner as in Example 1 except that LiVOPO 4 was used as the positive electrode active material. The electrochemical cell E3 of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P3 and the negative electrode plate A1.

[比較例1]
正極活物質としてLiCoOを用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極板P4を作製した。正極板P4と負極板A1とを組み合わせて、実施例1と同様にして、比較例1の電気化学セルX1を得た。
[Comparative Example 1]
A positive electrode plate P4 was produced in the same manner as in Example 1 except that LiCoO 2 was used as the positive electrode active material. The electrochemical cell X1 of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P4 and the negative electrode plate A1.

[比較例2]
負極活物質として天然黒鉛を用い、塗布重量を7.1mg/cmとしたこと以外は実施例1と同様にして負極板N1を作製した。正極板P1と負極板N1とを組み合わせて、実施例1と同様にして、比較例2の電気化学セルX2を得た。
[Comparative Example 2]
A negative electrode plate N1 was produced in the same manner as in Example 1 except that natural graphite was used as the negative electrode active material and the coating weight was 7.1 mg / cm 2 . The electrochemical cell X2 of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate N1.

このように得られた電気化学セルE1、E2、E3、X1、X2の評価をおこなった。定電流3mAで4.3Vまでおこなう充電と、同様の電流で1.7Vまでおこなう放電とを繰り返し、充放電特性を求めた。   The electrochemical cells E1, E2, E3, X1, and X2 thus obtained were evaluated. Charging performed at a constant current of 3 mA up to 4.3 V and discharging performed at a similar current up to 1.7 V were repeated to obtain charge / discharge characteristics.

実施例1の電気化学セルE1の2サイクル目における充放電曲線を図1に、また、比較例1の電気化学セルX1の2サイクル目における充放電曲線を図2に示す。なお、図1および図2において、充放電電流は3mAとし、横軸の容量は負極活物質単位重量当たりの容量を示し、記号●および▲は充電曲線、記号○および△は放電曲線を示す。また、各電気化学セルの内容を表1に、測定結果を表2に示した。なお、表1における「容量維持率」は、1サイクル目放電容量に対する50サイクル目の放電容量の比率(%)を意味するものとする。   The charge / discharge curve in the second cycle of the electrochemical cell E1 of Example 1 is shown in FIG. 1, and the charge / discharge curve in the second cycle of the electrochemical cell X1 of Comparative Example 1 is shown in FIG. 1 and 2, the charge / discharge current is 3 mA, the capacity on the horizontal axis indicates the capacity per unit weight of the negative electrode active material, symbols ● and ▲ indicate charge curves, and symbols ◯ and Δ indicate discharge curves. The contents of each electrochemical cell are shown in Table 1, and the measurement results are shown in Table 2. In addition, “capacity maintenance ratio” in Table 1 means the ratio (%) of the discharge capacity at the 50th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle.

Figure 2005353330
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表1および表2の結果からわかるように、比較例1のセルX1では平均放電電圧が約2Vと低く、また、比較例2のセルX2では平均放電電圧は約4.5Vと高いが、容量維持率は50%以下で、セルの膨れが見られた。   As can be seen from the results of Tables 1 and 2, the cell X1 of Comparative Example 1 has a low average discharge voltage of about 2V, and the cell X2 of Comparative Example 2 has a high average discharge voltage of about 4.5V. The retention rate was 50% or less, and cell swelling was observed.

これらの比較例1および2のセルに比べ、実施例1〜3のセルE1〜E3では、1サイクル目の放電容量が大きく、平均放電電圧が約3Vであり、容量維持率は85%以上で、セルの膨れは見られなかった。このように、本発明の電気化学セルでは、放電容量とサイクル性能がともに優れていることがわかった。   Compared to the cells of Comparative Examples 1 and 2, the cells E1 to E3 of Examples 1 to 3 have a large discharge capacity at the first cycle, an average discharge voltage of about 3 V, and a capacity retention rate of 85% or more. No cell swelling was observed. Thus, it was found that the electrochemical cell of the present invention is excellent in both discharge capacity and cycle performance.

一方、リチウムニッケルスピネルマンガン酸化物を正極活物質、黒鉛を負極活物質にした従来のセルX2においては、大きなセル膨れが観察され、そしてガスの主成分がHであることがわかった。その原因は、現在のところ不明である。 On the other hand, the lithium nickel manganese spinel oxide positive electrode active material, in conventional cell X2 in which the graphite negative active material, a large cell swelling was observed, and the main component of gas has been found to be H 2. The cause is currently unknown.

[実施例4〜9]
[実施例4]
負極活物質としてNiOを用いたこと以外は実施例1と同様にして、負極板A2を作製した。正極板P1と負極板A2とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例4の電気化学セルE4を得た。
[Examples 4 to 9]
[Example 4]
A negative electrode plate A2 was produced in the same manner as in Example 1 except that NiO was used as the negative electrode active material. The electrochemical cell E4 of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A2.

[実施例5]
負極活物質としてCoOを用いたこと以外は実施例1と同様にして、負極板A3を作製した。正極板P1と負極板A3とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例5の電気化学セルE5を得た。
[Example 5]
A negative electrode plate A3 was produced in the same manner as in Example 1 except that CoO was used as the negative electrode active material. The electrochemical cell E5 of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A3.

[実施例6]
負極活物質としてMnを用いたこと以外は実施例1と同様にして、負極板A4を作製した。正極板P1と負極板A4とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例6の電気化学セルE6を得た。
[Example 6]
A negative electrode plate A4 was produced in the same manner as in Example 1 except that Mn 2 O 3 was used as the negative electrode active material. The electrochemical cell E6 of Example 6 was obtained in the same manner as Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A4.

[実施例7]
負極活物質としてNi0.75Co0.251.1を用いたこと以外は実施例1と同様にして、負極板A5を作製した。正極板P1と負極板A5とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例7の電気化学セルE7を得た。
[Example 7]
A negative electrode plate A5 was produced in the same manner as in Example 1 except that Ni 0.75 Co 0.25 O 1.1 was used as the negative electrode active material. The electrochemical cell E7 of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A5.

[実施例8]
負極活物質としてMn0.50Co0.501.59を用いたこと以外は実施例1と同様にして、負極板A6を作製した。正極板P1と負極板A6とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例8の電気化学セルE8を得た。
[Example 8]
A negative electrode plate A6 was produced in the same manner as in Example 1 except that Mn 0.50 Co 0.50 O 1.59 was used as the negative electrode active material. The electrochemical cell E8 of Example 8 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A6.

[実施例9]
負極活物質としてNi1/3Mn1/3Co1/31.29を用いたこと以外は実施例1と同様にして、負極板A7を作製した。正極板P1と負極板A7とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例9の電気化学セルE9を得た。
[Example 9]
A negative electrode plate A7 was produced in the same manner as in Example 1 except that Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 1.29 was used as the negative electrode active material. The electrochemical cell E9 of Example 9 was obtained in the same manner as Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A7.

このように得られた電気化学セルE4〜E9の評価をおこなった。定電流3mAで4.3Vまでおこなう充電と、同様の電流で1.7Vまでおこなう放電とを繰り返し、その充放電特性を求めた。   The thus obtained electrochemical cells E4 to E9 were evaluated. Charging performed at a constant current of 3 mA up to 4.3 V and discharging performed at a similar current up to 1.7 V were repeated to determine the charge / discharge characteristics.

実施例4から9の電気化学セルの内容を表3に、測定結果を表4に示した。なお、表4における「容量維持率」は、表2の場合と同じとした。また、表3および表4には、比較のため、実施例1のセルE1の結果も示した。また、実施例4から9の電気化学セルすべてにおいて、セルの膨れは観察されなかった。   The contents of the electrochemical cells of Examples 4 to 9 are shown in Table 3, and the measurement results are shown in Table 4. The “capacity maintenance ratio” in Table 4 was the same as in Table 2. Table 3 and Table 4 also show the results of the cell E1 of Example 1 for comparison. Further, in all the electrochemical cells of Examples 4 to 9, no cell swelling was observed.

Figure 2005353330
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Figure 2005353330
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表3および表4の結果から、実施例6を除く、負極活物質がニッケル、コバルトおよびマンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物でさえあれば、ニッケル、コバルト、マンガンの1種のみからなる酸化物、2種を含む酸化物、または3種とも含む酸化物の、いずれの場合でも、1サイクル目の放電容量が90mAh/g以上で、平均放電電圧が約3Vで、容量維持率が80%を越える、優れた特性を示す電気化学セルが得られることがわかった。   From the results in Table 3 and Table 4, except for Example 6, as long as the negative electrode active material is an oxide of at least one element selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese, 1 of nickel, cobalt and manganese In either case, the oxide consisting of only the seed, the oxide containing two kinds, or the oxide containing all three kinds, the discharge capacity at the first cycle is 90 mAh / g or more, the average discharge voltage is about 3 V, the capacity It was found that an electrochemical cell having excellent characteristics with a maintenance rate exceeding 80% can be obtained.

また、実施例6の負極活物質にMnを用いたセルE6では、平均電圧は高かったが、放電容量や容量維持率はやや小さかった。 Further, in the cell E6 using Mn 2 O 3 as the negative electrode active material of Example 6, the average voltage was high, but the discharge capacity and the capacity retention rate were slightly small.

[実施例10〜13]
[実施例10]
実施例1と同様の製造方法により、負極活物質がニッケルとマンガンを含む酸化物で、その組成をNiαMnβで表した時、α=0.95、β=0.05、マンガンに対するニッケルのモル比率(α/β)=19である負極活物質を作製し、これを用いた負極板A8を作製した。正極板P1と負極板A8とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例10の電気化学セルE10を得た。
[Examples 10 to 13]
[Example 10]
According to the same manufacturing method as in Example 1, when the negative electrode active material is an oxide containing nickel and manganese and the composition is expressed by Ni α Mn β O m , α = 0.95, β = 0.05, manganese A negative electrode active material having a molar ratio of nickel to (α / β) = 19 was prepared, and a negative electrode plate A8 using the negative electrode active material was prepared. The electrochemical cell E10 of Example 10 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A8.

[実施例11]
実施例1と同様の製造方法により、負極活物質がニッケルとマンガンを含む酸化物で、その組成をNiαMnβで表した時、α=0.85、β=0.15、マンガンに対するニッケルのモル比率(α/β)=5.7である負極活物質を作製し、これを用いた負極板A9を作製した。正極板P1と負極板A9とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例11の電気化学セルE11を得た。
[Example 11]
When the negative electrode active material is an oxide containing nickel and manganese and the composition is expressed as Ni α Mn β O m by the same production method as in Example 1, α = 0.85, β = 0.15, manganese A negative electrode active material in which the molar ratio of nickel to (α / β) = 5.7 was produced, and a negative electrode plate A9 using this was produced. The electrochemical cell E11 of Example 11 was obtained in the same manner as Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A9.

[実施例12]
実施例1と同様の製造方法により、負極活物質がニッケルとマンガンを含む酸化物で、その組成をNiαMnβで表した時、α=0.50、β=0.50、マンガンに対するニッケルのモル比率(α/β)=1である負極活物質を作製し、これを用いた負極板A10を作製した。正極板P1と負極板A10とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例12の電気化学セルE12を得た。
[Example 12]
When the negative electrode active material is an oxide containing nickel and manganese and the composition is expressed as Ni α Mn β O m by the same production method as in Example 1, α = 0.50, β = 0.50, manganese A negative electrode active material having a molar ratio of nickel to (α / β) = 1 was prepared, and a negative electrode plate A10 using the negative electrode active material was prepared. The electrochemical cell E12 of Example 12 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A10.

[実施例13]
実施例1と同様の製造方法により、負極活物質がニッケルとマンガンを含む酸化物で、その組成をNiαMnβで表した時、α=0.45、β=0.55、マンガンに対するニッケルのモル比率(α/β)=0.81である負極活物質を作製し、これを用いた負極板A11を作製した。正極板P1と負極板A11とを組み合わせて、実施例1と同様にして、実施例13の電気化学セルE13を得た。
[Example 13]
When the negative electrode active material is an oxide containing nickel and manganese and the composition is expressed as Ni α Mn β O m by the same manufacturing method as in Example 1, α = 0.45, β = 0.55, manganese A negative electrode active material having a molar ratio of nickel to (α / β) = 0.81 was produced, and a negative electrode plate A11 was produced using this. The electrochemical cell E13 of Example 13 was obtained in the same manner as in Example 1 by combining the positive electrode plate P1 and the negative electrode plate A11.

このようにして得られた電気化学セルE10〜E13の評価をおこなった。定電流3mAで4.3Vまでおこなう充電と、同様の電流密度で1.7Vまでおこなう放電とを繰り返し、充放電特性を求めた。   The electrochemical cells E10 to E13 thus obtained were evaluated. Charging performed up to 4.3 V at a constant current of 3 mA and discharging performed up to 1.7 V at the same current density were repeated to obtain charge / discharge characteristics.

実施例10から13の電気化学セルの内容を表5に、測定結果を表6に示した。なお、表6における「容量維持率」は、表2の場合と同じとした。また、表5および表6には、比較のため、実施例1のセルE1の結果も示した。なお、実施例10から13の電気化学セルすべてにおいて、セルの膨れは観察されなかった。   The contents of the electrochemical cells of Examples 10 to 13 are shown in Table 5, and the measurement results are shown in Table 6. The “capacity maintenance ratio” in Table 6 was the same as in Table 2. Tables 5 and 6 also show the results of the cell E1 of Example 1 for comparison. In all of the electrochemical cells of Examples 10 to 13, no cell swelling was observed.

Figure 2005353330
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Figure 2005353330
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表5および表6の結果から、α/βの値が1より小さい実施例13のセルE13においては放電容量および容量維持率がやや小さくなった。そして、本発明によるセルE1、E10〜E13において、負極活物質中のMnの含有量の増加に伴って(α/βの値が小さくなるにしたがって)、セル電圧が増大していることがわかった。これはマンガン酸化物が比較的卑な電位でレドックス反応していることに起因する。   From the results in Tables 5 and 6, the discharge capacity and the capacity retention rate were slightly reduced in the cell E13 of Example 13 in which the value of α / β was smaller than 1. In the cells E1, E10 to E13 according to the present invention, it is found that the cell voltage increases as the content of Mn in the negative electrode active material increases (as the value of α / β decreases). It was. This is because manganese oxide undergoes a redox reaction at a relatively low potential.

さらに、実施例1、10〜13のセルでは、セル膨れが観察されなかったことから、電解液分解によるガス発生がほとんどなく、本発明のセルは5V級正極活物質を用いた従来のセルより安全であることがわかった。   Furthermore, in the cells of Examples 1 and 10 to 13, since no cell swelling was observed, there was almost no gas generation due to the decomposition of the electrolyte, and the cell of the present invention was more than the conventional cell using the 5V class positive electrode active material. I found it safe.

なお、本発明のセルE1、E10〜E13を比較すると、セルE1がもっとも優れたセル放電比容量およびサイクルを示していた.
[実施例14〜16]
[実施例14]
実施例1で得られた負極活物質A1粒子(粒径5μm〜15μmのNi0.75Mn0.251.36)を、アセチレンガスを炭素源とし、720℃でCVD処理をおこない、負極活物質A1粒子表面にアセチレンブラックを形成した。得られたA1粒子とアセチレンブラックとの複合粒子についてTG測定を行った結果、炭素の質量含有量は4.6wt%であった。
When the cells E1, E10 to E13 of the present invention were compared, the cell E1 showed the most excellent cell discharge specific capacity and cycle.
[Examples 14 to 16]
[Example 14]
The negative electrode active material A1 particles obtained in Example 1 (Ni 0.75 Mn 0.25 O 1.36 having a particle size of 5 μm to 15 μm) were subjected to CVD treatment at 720 ° C. using acetylene gas as a carbon source, and the negative electrode Acetylene black was formed on the surface of the active material A1 particles. As a result of performing TG measurement on the obtained composite particles of A1 particles and acetylene black, the mass content of carbon was 4.6 wt%.

この複合粒子を負極活物質とし、実施例1と同様な手順と組成で負極板A12を作製し、活物質の正味担持量を実施例1のそれと同様にするために、固形分の重量を2.4mg/cmにした。さらに、実施例1と同様に正極板P1を用い、実施例14の電気化学セルE14を作製した。 Using this composite particle as a negative electrode active material, a negative electrode plate A12 was prepared with the same procedure and composition as in Example 1, and the weight of the solid content was 2 in order to make the net carrying amount of the active material the same as that of Example 1. 4 mg / cm 2 . Furthermore, the electrochemical cell E14 of Example 14 was produced using the positive electrode plate P1 similarly to Example 1.

[実施例15]
実施例1で得られた負極活物質A1粒子を、ピッチと混合した後に800℃にて焼成する方法により、負極活物質A1粒子表面に低結晶性炭素を形成して負極活物質を得て、これを用いて実施例1と同様な手順と組成で負極板A13を作製し、正極板P1を用いて、実施例14と同様にして、実施例15の電気化学セルE15を作製した。
[Example 15]
By mixing the negative electrode active material A1 particles obtained in Example 1 with pitch and then firing at 800 ° C., low crystalline carbon is formed on the surface of the negative electrode active material A1 particles to obtain a negative electrode active material, Using this, a negative electrode plate A13 was produced in the same procedure and composition as in Example 1, and an electrochemical cell E15 of Example 15 was produced in the same manner as in Example 14 using the positive electrode plate P1.

[実施例16]
実施例1で得られた負極活物質A1粒子を、アセチレンブラックと混合した後にメカノケミカル反応により、負極活物質A1粒子表面に低結晶性炭素を形成して負極活物質を得て、これを用いて実施例14と同様な手順と組成で負極板A14を作製し、正極板P1を用いて、実施例14と同様にして、実施例16の電気化学セルE16を作製した。
[Example 16]
After the negative electrode active material A1 particles obtained in Example 1 were mixed with acetylene black, a low crystalline carbon was formed on the surface of the negative electrode active material A1 particles by a mechanochemical reaction to obtain a negative electrode active material. A negative electrode plate A14 was prepared by the same procedure and composition as in Example 14, and an electrochemical cell E16 of Example 16 was produced in the same manner as in Example 14 using the positive electrode plate P1.

なお、実施例14〜16において、負極活物質A1粒子表面に形成された炭素は、いずれも800℃以下の温度で加熱されたものであるため、黒鉛化はおこらず、これらの炭素は低結晶性炭素であることは明らかである。   In Examples 14 to 16, since the carbon formed on the surface of the negative electrode active material A1 particles is all heated at a temperature of 800 ° C. or lower, graphitization does not occur, and these carbons are low crystalline. It is clear that it is a sexual carbon.

実施例14〜16の電気化学セルE14〜E16について、実施例1と同様の測定をおこなった。実施例14〜16の電気化学セルに内容を表7に、測定結果を表8に示した。なお、実施例14〜16の電気化学セルすべてにおいて、セルの膨れは観察されなかった。なお、表7および表8には、比較のため、実施例1のセルE1の結果も示した。   About the electrochemical cells E14-E16 of Examples 14-16, the same measurement as Example 1 was performed. The contents of the electrochemical cells of Examples 14 to 16 are shown in Table 7, and the measurement results are shown in Table 8. In all of the electrochemical cells of Examples 14 to 16, no cell swelling was observed. In Tables 7 and 8, the results of the cell E1 of Example 1 are also shown for comparison.

Figure 2005353330
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実施例14〜16のセルE14〜E16の1サイクル目放電容量とサイクル性能を、実施例1のセルE1と比較すると、放電容量は若干低下したが、サイクル性能が大きく向上した。そこで、負極のサイクル性能の向上には、負極活物質表面に低結晶性炭素を形成することが極めて効果的な手段であることがわかった。また、実施例14〜16のセルE1
4〜E16の中では、実施例14のセルE14のサイクル性能が最もすぐれていた。したがって、負極活物質粒子表面に低結晶性炭素を形成する方法としては、CVD法が最も適した方法であることがわかった。
When the first cycle discharge capacity and cycle performance of the cells E14 to E16 of Examples 14 to 16 were compared with the cell E1 of Example 1, the discharge capacity was slightly reduced, but the cycle performance was greatly improved. Therefore, it has been found that forming low crystalline carbon on the surface of the negative electrode active material is an extremely effective means for improving the cycle performance of the negative electrode. Moreover, cell E1 of Examples 14-16
Among 4-E16, the cycle performance of the cell E14 of Example 14 was the best. Accordingly, it was found that the CVD method is the most suitable method for forming low crystalline carbon on the surface of the negative electrode active material particles.

なお、ここで例示したのはニッケルとマンガンを含む負極活物質のみであるが、このCVD被覆方法が、その他の本発明の負極活物質にも有効であることを、別途確認している。   Although only the negative electrode active material containing nickel and manganese is exemplified here, it has been separately confirmed that this CVD coating method is also effective for other negative electrode active materials of the present invention.

[実施例17〜22]
[実施例17]
実施例1で用いた負極活物質を用い、実施例1と同様なペースト組成で固形分塗布重量1.59mg/cmになるようにして負極板A15を作製した。この負極板A4と、正
極板P1と組み合わせて、実施例17の電気化学セルE17を作製した。
[Examples 17 to 22]
[Example 17]
Using the negative electrode active material used in Example 1, a negative electrode plate A15 was produced with the same paste composition as in Example 1 and a solid content coating weight of 1.59 mg / cm 2 . In combination with the negative electrode plate A4 and the positive electrode plate P1, an electrochemical cell E17 of Example 17 was produced.

[実施例18]
実施例17で作製した負極板A15を用い、金属リチウム極を参照極と対極とした三極式セルを作製し、この三極式セルにおいて、200mAh/gの電気量を通電して、負極板A15を還元した。得られた負極板をA16とし、正極板P1と組み合わせて、実施例18の電気化学セルE18を作製した。なお、負極板A16に含まれる活物質LiγNi0.75Mn0.251.36ではγ=0.59である。
[Example 18]
Using the negative electrode plate A15 prepared in Example 17, a triode cell having a metal lithium electrode as a reference electrode was prepared, and in this triode cell, an electric amount of 200 mAh / g was applied to the negative electrode plate. A15 was reduced. The obtained negative electrode plate was designated as A16, and combined with the positive electrode plate P1, an electrochemical cell E18 of Example 18 was produced. Note that γ = 0.59 in the active material Li γ Ni 0.75 Mn 0.25 O 1.36 included in the negative electrode plate A16.

[実施例19]
三極式セルにおいて、304mAh/gの電気量を通電して、負極板A15を還元したこと以外は実施例18と同様にして、負極板A17を作製し、正極板P1と組み合わせて、実施例19の電気化学セルE19を作製した。なお、負極板A17に含まれる活物質LiγNi0.75Mn0.251.36ではγ=0.9である。
[Example 19]
In the tripolar cell, a negative electrode plate A17 was produced in the same manner as in Example 18 except that the negative electrode plate A15 was reduced by energizing 304 mAh / g, and combined with the positive electrode plate P1. Nineteen electrochemical cells E19 were produced. Note that γ = 0.9 in the active material Li γ Ni 0.75 Mn 0.25 O 1.36 included in the negative electrode plate A17.

[実施例20]
三極式セルにおいて、323.4mAh/gの電気量を通電して、負極板A15を還元したこと以外は実施例18と同様にして、負極板A18を作製し、正極板P1と組み合わせて、実施例20の電気化学セルE20を作製した。なお、負極板A18に含まれる活物質LiγNi0.75Mn0.251.36ではγ=1.0である。
[Example 20]
In the tripolar cell, a negative electrode plate A18 was prepared in the same manner as in Example 18 except that the negative electrode plate A15 was reduced by energizing 323.4 mAh / g, and combined with the positive electrode plate P1. An electrochemical cell E20 of Example 20 was produced. In the active material Li γ Ni 0.75 Mn 0.25 O 1.36 contained in the negative electrode plate A18, γ = 1.0.

[実施例21]
三極式セルにおいて、500mAh/gの電気量を通電して、負極板A15を還元したこと以外は実施例18と同様にして、負極板A19を作製し、正極板P1と組み合わせて、実施例21の電気化学セルE21を作製した。なお、負極板A19に含まれる活物質LiγNi0.75Mn0.251.36ではγ=1.48である。
[Example 21]
In the tripolar cell, a negative electrode plate A19 was produced in the same manner as in Example 18 except that the negative electrode plate A15 was reduced by energizing an electric quantity of 500 mAh / g, and combined with the positive electrode plate P1. 21 electrochemical cells E21 were produced. Note that γ = 1.48 in the active material Li γ Ni 0.75 Mn 0.25 O 1.36 contained in the negative electrode plate A19.

[実施例22]
三極式セルにおいて、3mAの定電流で、リチウム基準で0.5Vまで負極板15を還元し、続いて3Vまで放電したこと以外は実施例18と同様にして、負極板A20を作製し、正極板P1と組み合わせて、実施例22の電気化学セルE22を作製した。なお、負極板A20に含まれる活物質LiγNi0.75Mn0.251.36ではγ=0.96である。
[Example 22]
In a three-electrode cell, a negative electrode plate A20 was produced in the same manner as in Example 18 except that the negative electrode plate 15 was reduced to 0.5 V on a lithium basis at a constant current of 3 mA and subsequently discharged to 3 V. In combination with the positive electrode plate P1, an electrochemical cell E22 of Example 22 was produced. Note that γ = 0.96 in the active material Li γ Ni 0.75 Mn 0.25 O 1.36 contained in the negative electrode plate A20.

実施例17〜22のセルE40〜E45の内容を表9に、測定結果を表10に示した。また、表9において、負極活物質をLiγNi0.75Mn0.251.36で表した場合、γは、ニッケルとマンガンの合計モル数に対するリチウムのモル数の比を示す。なお、実施例17〜22の電気化学セルすべてにおいて、セルの膨れは観察されなかった。 The contents of cells E40 to E45 of Examples 17 to 22 are shown in Table 9, and the measurement results are shown in Table 10. In Table 9, when the negative electrode active material is represented by Li γ Ni 0.75 Mn 0.25 O 1.36 , γ represents the ratio of the number of moles of lithium to the total number of moles of nickel and manganese. In all of the electrochemical cells of Examples 17 to 22, no cell swelling was observed.

Figure 2005353330
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表9および表10の結果からわかるように、還元処理を経なかった負極A15を用いた実施例17のセルE17と比べ、電気化学還元過程を経た負極A16〜A20を用いた実施例18〜22のセルE18〜E22の比放電容量は大きかった。   As can be seen from the results of Table 9 and Table 10, Examples 18 to 22 using the negative electrodes A16 to A20 that have undergone an electrochemical reduction process, as compared with the cell E17 of Example 17 that uses the negative electrode A15 that has not undergone the reduction treatment. The specific discharge capacities of the cells E18 to E22 were large.

特に、γの値が0.9以上、1以下である負極活物質を用いた、実施例19、20および22のセルが大きな比放電容量を示し、かつ優れたサイクル性能を示すことがわかった。これらの中では、電気化学的に還元、酸化プロセスを経て作製された負極活物質A20を用いた実施例22のセルE22は、サイクル性能もっとも優れ、理想的な正負極ともに放電状態にある電気化学セルを作製することができることがわかった。   In particular, it was found that the cells of Examples 19, 20 and 22 using a negative electrode active material having a γ value of 0.9 or more and 1 or less showed a large specific discharge capacity and an excellent cycle performance. . Among these, the cell E22 of Example 22 using the negative electrode active material A20 produced through an electrochemical reduction and oxidation process has the best cycle performance, and the ideal positive and negative electrodes are in a discharged state. It has been found that a cell can be fabricated.

実施例1の電気化学セルE1の、2サイクル目の充放電曲線を示す図。The figure which shows the charging / discharging curve of the 2nd cycle of the electrochemical cell E1 of Example 1. FIG. 比較例1の電気化学セルX1の、2サイクル目の充放電曲線を示す図。The figure which shows the charging / discharging curve of the 2nd cycle of the electrochemical cell X1 of the comparative example 1. FIG.

Claims (4)

正極と負極と非水電解質を備えた非水電気化学セルにおいて、前記正極が5V級正極活物質を含み、前記負極がニッケル、コバルトおよびマンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物からなる負極活物質を含むことを特徴とする非水電解質電気化学セル。 In a non-aqueous electrochemical cell comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, the positive electrode contains a 5V class positive electrode active material, and the negative electrode is an oxide of at least one element selected from the group consisting of nickel, cobalt and manganese A non-aqueous electrolyte electrochemical cell comprising a negative electrode active material comprising: 負極活物質がニッケルとマンガンを含有し、前記ニッケルとマンガンのモル数をそれぞれα、βとした時、モル比率α/βが1以上であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質電気化学セル。 2. The nonaqueous electrolyte according to claim 1, wherein the negative electrode active material contains nickel and manganese, and the molar ratio α / β is 1 or more when the number of moles of nickel and manganese is α and β, respectively. Electrochemical cell. 前記負極活物質がさらにリチウムを含有し、負極活物質中のニッケルとコバルトとマンガンの合計モル数に対するリチウムのモル数の比をγとした時、0.9≦γ≦1であることを特徴とする請求項1または2記載の非水電解質電気化学セル。 The negative electrode active material further contains lithium, and 0.9 ≦ γ ≦ 1 when the ratio of the number of moles of lithium to the total number of moles of nickel, cobalt, and manganese in the negative electrode active material is γ. The nonaqueous electrolyte electrochemical cell according to claim 1 or 2. 負極活物質表面に低結晶性炭素層が形成されていることを特徴とする請求項1、2または3記載の非水電解質電気化学セル。


























4. The nonaqueous electrolyte electrochemical cell according to claim 1, wherein a low crystalline carbon layer is formed on the surface of the negative electrode active material.


























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