JP2006073369A - Non-aqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池およびその製造方法に関し、特に、正極活物質を含む正極を備えた非水電解質二次電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery and a method for manufacturing the same, and more particularly to a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode including a positive electrode active material and a method for manufacturing the same.
従来、高エネルギー密度の二次電池として、非水電解液を使用してリチウムイオンを正極と負極との間で移動させることにより充放電を行う非水電解質二次電池が知られている。この従来の非水電解質二次電池では、正極にLiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物を用いるとともに、負極にリチウムを含む金属、または、リチウムの吸蔵および放出が可能な炭素材料などを用いる。また、非水電解液としては、エチレンカーボネートやジエチルカーボネートなどの有機溶媒に、LiBF4やLiPF6などのリチウム塩からなる電解質を溶解させた非水電解液が使用されている。また、近年、上記の非水電解質二次電池は、種々の携帯用機器の電源などに使用されている。そして、携帯用機器の多機能化による消費電力の増加に伴って、さらに高いエネルギー密度の非水電解質二次電池が要望されている。 Conventionally, as a high energy density secondary battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery that charges and discharges by moving lithium ions between a positive electrode and a negative electrode using a nonaqueous electrolyte is known. In this conventional non-aqueous electrolyte secondary battery, a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 is used for the positive electrode, and a metal containing lithium or a carbon material capable of inserting and extracting lithium is used for the negative electrode. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte is used in which an electrolyte made of a lithium salt such as LiBF 4 or LiPF 6 is dissolved in an organic solvent such as ethylene carbonate or diethyl carbonate. In recent years, the non-aqueous electrolyte secondary battery has been used as a power source for various portable devices. Along with the increase in power consumption due to the multifunctional use of portable devices, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a higher energy density is demanded.
特許文献1では、エネルギー密度を向上させるために、負極に使用するリチウムを含む金属として、予めリチウムがドープされたアルミニウム合金を用いることが提案されている。
In
しかしながら、上記特許文献1に開示された従来の非水電解質二次電池では、正極に使用されるLiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物は、質量が大きいとともに、反応電子数が少ないので、単位質量当たりの容量(容量密度)を充分に高めることが困難であるという問題点がある。また、層状構造を有するLiCoO2を正極に使用しているので、充電の際に正極中に含まれるリチウムを多く引き抜いた場合、LiCoO2の結晶構造(層状構造)が崩れてしまうという不都合がある。このため、充放電に利用できるリチウムの量が制限されるという不都合が生じる。その結果、充放電容量密度が小さくなるとともに、充放電サイクル特性を向上させるのが困難になるという問題点がある。
However, in the conventional non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、充放電容量密度を大きくすることができるとともに、充放電サイクル特性を向上させることが可能な非水電解質二次電池を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to increase the charge / discharge capacity density and to improve the charge / discharge cycle characteristics. And providing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
この発明のもう1つの目的は、充放電容量密度を大きくすることができるとともに、充放電サイクル特性を向上させることが可能な非水電解質二次電池を容易に製造し得る非水電解質二次電池の製造方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can easily produce a non-aqueous electrolyte secondary battery that can increase charge / discharge capacity density and improve charge / discharge cycle characteristics. It is to provide a manufacturing method.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による非水電解質二次電池は、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵および放出する材料を含む負極と、非水電解質とを備えている。 In order to achieve the above object, a nonaqueous electrolyte secondary battery according to a first aspect of the present invention has a reflection angle 2θ at the peak position of a diffraction pattern by an X-ray diffraction method of at least 40 ± 2 degrees and 47 ±. A positive electrode including a positive electrode active material at 2 degrees and 68 ± 2 degrees, a negative electrode including a material that absorbs and releases lithium ions, and a nonaqueous electrolyte are provided.
この第1の局面による非水電解質二次電池では、上記のように、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を正極が含むことによって、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質がリチウムを吸蔵および放出する際の反応電子数は、LiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物を含有する正極活物質がリチウムを吸蔵および放出する際の反応電子数よりも多いと考えられるので、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を正極が含む場合には、リチウム含有遷移金属酸化物を含有する正極活物質を正極が含む場合に比べて、より多くのリチウムを正極が吸蔵および放出することができる。その結果、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を正極が含む場合には、LiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物を含有する正極活物質を正極が含む場合に比べて、単位質量当りの容量(容量密度)を高めることができる。また、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を正極が含むことによって、正極活物質のX線回折法による回折パターンのピーク位置がLiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物のX線回折法による回折パターンのピーク位置と異なるので、正極活物質が層状構造を有するLiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物を含有しないと考えられる。これにより、充電の際に正極中に含まれるリチウムを多く引き抜いたとしても、正極活物質の構造が崩れることがないので、充放電に利用できるリチウムの量を制限する必要がなくなる。その結果、充放電容量密度を大きくすることができるとともに、充放電サイクル特性を向上させることができる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the first aspect, as described above, the reflection angle 2θ at the peak position of the diffraction pattern by the X-ray diffraction method is at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, 68 When the positive electrode contains the positive electrode active material having ± 2 degrees, the reflection angle 2θ at the peak position of the diffraction pattern by the X-ray diffraction method is at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees. The number of reaction electrons when the positive electrode active material has occlusion and release of lithium is larger than the number of reaction electrons when the positive electrode active material containing a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 occludes and releases lithium. The positive electrode contains a positive electrode active material having a reflection angle 2θ at the peak position of the diffraction pattern by the X-ray diffraction method of at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees. In the case, Richiu The positive electrode can occlude and release more lithium compared to the case where the positive electrode contains a positive electrode active material containing a platinum-containing transition metal oxide. As a result, when the positive electrode contains a positive electrode active material having a reflection angle 2θ at the peak position of the diffraction pattern by the X-ray diffraction method of at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees. The capacity per unit mass (capacity density) can be increased as compared with the case where the positive electrode contains a positive electrode active material containing a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 . In addition, the positive electrode includes a positive electrode active material having a reflection angle 2θ at a peak position of a diffraction pattern by an X-ray diffraction method of at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees. Since the peak position of the diffraction pattern by the X-ray diffraction method of the active material is different from the peak position of the diffraction pattern by the X-ray diffraction method of the lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 , the positive electrode active material has a layered structure such as LiCoO 2 It is considered that the lithium-containing transition metal oxide is not contained. As a result, even if a large amount of lithium contained in the positive electrode is extracted during charging, the structure of the positive electrode active material does not collapse, so there is no need to limit the amount of lithium that can be used for charging and discharging. As a result, the charge / discharge capacity density can be increased and the charge / discharge cycle characteristics can be improved.
上記第1の局面による非水電解質二次電池において、好ましくは、正極活物質は、リチウムと、コバルト、酸素および硫黄からなるグループより選択される少なくとも1つの材料とを含有する。このように構成すれば、容易に、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を形成することができる。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the first aspect, preferably, the positive electrode active material contains lithium and at least one material selected from the group consisting of cobalt, oxygen, and sulfur. If comprised in this way, the positive electrode active material which has easily the reflection angle 2theta of the peak position of the diffraction pattern by X-ray diffraction method to at least 40 +/- 2 degree, 47 +/- 2 degree, and 68 +/- 2 degree Can be formed.
この場合、好ましくは、正極活物質は、リチウム含有遷移金属硫化物を含む。このように構成すれば、リチウム含有遷移金属硫化物は、リチウムを吸蔵および放出する際に、2つの電子の出し入れが可能な硫黄の酸化還元を伴うのに対して、LiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物は、リチウムを吸蔵および放出する際に、1つの電子のみの出し入れが可能なコバルト(Co)などの遷移金属の酸化還元を伴うので、リチウム含有遷移金属硫化物の反応電子数(2つ)は、リチウム含有遷移金属酸化物の反応電子数(1つ)よりも多くなる。これにより、リチウム含有遷移金属硫化物を含む正極活物質は、リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質に比べて、より多くのリチウムを吸蔵および放出することができる。その結果、正極活物質がリチウム含有遷移金属硫化物を含むことにより、単位質量当りの容量(容量密度)を高めることができる。また、正極活物質がリチウム含有遷移金属硫化物を含むことによって、正極活物質が層状構造を有するLiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物を含まないので、充電の際に正極中に含まれるリチウムを多く引き抜いたとしても、正極活物質の構造が崩れることがない。これにより、充放電に利用できるリチウムの量を制限する必要がなくなる。その結果、充放電容量密度を大きくすることができるとともに、充放電サイクル特性を向上させることができる。 In this case, preferably, the positive electrode active material includes a lithium-containing transition metal sulfide. If comprised in this way, lithium containing transition metal sulfide is accompanied by the oxidation-reduction of sulfur in which two electrons can be taken in and out when inserting and extracting lithium, whereas lithium containing transition such as LiCoO 2 Since the metal oxide accompanies redox of a transition metal such as cobalt (Co) capable of taking in and out only one electron when inserting and extracting lithium, the number of reaction electrons of the lithium-containing transition metal sulfide (2 Is greater than the number of reaction electrons (one) of the lithium-containing transition metal oxide. Thereby, the positive electrode active material containing lithium-containing transition metal sulfide can occlude and release more lithium than the positive electrode active material containing lithium-containing transition metal oxide. As a result, the positive electrode active material contains a lithium-containing transition metal sulfide, whereby the capacity per unit mass (capacity density) can be increased. In addition, since the positive electrode active material contains a lithium-containing transition metal sulfide, the positive electrode active material does not contain a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 having a layered structure, so that the lithium contained in the positive electrode during charging Even if many are extracted, the structure of the positive electrode active material does not collapse. This eliminates the need to limit the amount of lithium available for charge / discharge. As a result, the charge / discharge capacity density can be increased and the charge / discharge cycle characteristics can be improved.
上記第1の局面による非水電解質二次電池において、好ましくは、負極は、炭素材料およびケイ素材料のいずれかを含んでいる。このような材料からなる負極を用いれば、リチウムなどを負極に用いる場合と異なり、負極表面にデンドライト状(樹枝状)の析出物が生じることに起因して負極を構成する負極活物質が脱落するのを抑制することができる。これにより、充放電容量密度が低下するのを抑制することができる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the first aspect, preferably, the negative electrode includes one of a carbon material and a silicon material. If a negative electrode made of such a material is used, unlike the case where lithium or the like is used for the negative electrode, a negative electrode active material constituting the negative electrode falls off due to the formation of dendritic (dendritic) precipitates on the negative electrode surface. Can be suppressed. Thereby, it can suppress that charging / discharging capacity density falls.
この発明の第2の局面による非水電解質二次電池の製造方法は、リチウムを、酸化物および硫化物のうちの少なくとも一方に含有させるとともに、遷移金属を、それらの酸化物および硫化物のうちの少なくとも一方に含有させた状態で、酸化物および硫化物の混合物を形成する工程と、その混合物を熱処理することによって、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を形成する工程と、リチウムイオンを吸蔵および放出する材料を含む負極を形成する工程とを備えている。 A method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to a second aspect of the present invention includes lithium in at least one of an oxide and a sulfide, and a transition metal in the oxide and the sulfide. The step of forming a mixture of oxide and sulfide in the state of being contained in at least one of the above, and heat-treating the mixture, the reflection angle 2θ at the peak position of the diffraction pattern by the X-ray diffraction method is at least 40 A step of forming a positive electrode active material having ± 2 °, 47 ± 2 °, and 68 ± 2 °, and a step of forming a negative electrode containing a material that absorbs and releases lithium ions.
この第2の局面による非水電解質二次電池の製造方法では、上記のように、リチウムを、酸化物および硫化物のうちの少なくとも一方に含有させるとともに、遷移金属を、それらの酸化物および硫化物のうちの少なくとも一方に含有させた状態で、酸化物および硫化物の混合物を熱処理することにより、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を形成することによって、その酸化物および硫化物の混合物を熱処理することにより形成されたX線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質がリチウムを吸蔵および放出する際の反応電子数は、LiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物を含有する正極活物質がリチウムを吸蔵および放出する際の反応電子数よりも多いと考えられるので、酸化物と硫化物との混合物を熱処理することにより形成されたX線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を正極が含む場合には、リチウム含有遷移金属酸化物を含有する正極活物質を正極が含む場合に比べて、より多くのリチウムを正極が吸蔵および放出することができる。その結果、リチウムを、酸化物および硫化物のうちの少なくとも一方に含有させるとともに、遷移金属を、それらの酸化物および硫化物のうちの少なくとも一方に含有させた状態で、酸化物および硫化物の混合物を熱処理することにより形成されたX線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を正極が含む場合には、LiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物を含有する正極活物質を正極が含む場合に比べて、単位質量当りの容量(容量密度)を高めることができる。また、リチウムを、酸化物および硫化物のうちの少なくとも一方に含有させるとともに、遷移金属を、それらの酸化物および硫化物のうちの少なくとも一方に含有させた状態で、酸化物および硫化物の混合物を熱処理することにより、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を形成することによって、正極活物質のX線回折法による回折パターンのピーク位置がLiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物のX線回折法による回折パターンのピーク位置と異なるので、正極活物質が層状構造を有するLiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物を含有しないと考えられる。これにより、充電の際に正極中に含まれるリチウムを多く引き抜いたとしても、正極活物質の構造が崩れることがないので、充放電に利用できるリチウムの量を制限する必要がなくなる。その結果、充放電容量密度を大きくすることができるとともに、充放電サイクル特性を向上させることができる。 In the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second aspect, as described above, lithium is contained in at least one of an oxide and a sulfide, and a transition metal is contained in the oxide and the sulfide. When the oxide and sulfide mixture is heat-treated in the state of being contained in at least one of the materials, the reflection angle 2θ at the peak position of the diffraction pattern by the X-ray diffraction method is at least 40 ± 2 degrees, Reflection of the peak position of the diffraction pattern by the X-ray diffraction method formed by heat-treating the mixture of oxide and sulfide by forming a positive electrode active material having 47 ± 2 degrees and 68 ± 2 degrees the angle 2 [Theta], at least a 40 ± 2 °, and 47 ± 2 degrees, the number of reaction electrons when the cathode active material absorbing and releasing lithium with a and 68 ± 2 degrees, LiCoO 2 Since the positive electrode active material containing any lithium-containing transition metal oxide is considered to have a larger number of reaction electrons at the time of occlusion and release of lithium, X formed by heat-treating a mixture of oxide and sulfide When the positive electrode contains a positive electrode active material having a reflection angle 2θ at the peak position of the diffraction pattern by the line diffraction method of at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees, a lithium-containing transition Compared with the case where the positive electrode contains a positive electrode active material containing a metal oxide, the positive electrode can occlude and release more lithium. As a result, lithium is contained in at least one of the oxide and sulfide, and the transition metal is contained in at least one of the oxide and sulfide. A positive electrode active material having a reflection angle 2θ at a peak position of a diffraction pattern by an X-ray diffraction method formed by heat-treating the mixture at least at 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees When the positive electrode includes, the capacity (capacity density) per unit mass can be increased as compared with the case where the positive electrode includes a positive electrode active material containing a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 . A mixture of oxide and sulfide in a state where lithium is contained in at least one of oxide and sulfide and transition metal is contained in at least one of those oxide and sulfide. To form a positive electrode active material having a reflection angle 2θ at a peak position of a diffraction pattern by an X-ray diffraction method of at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees. Therefore, the positive electrode active material has a layered structure because the peak position of the diffraction pattern of the positive electrode active material by the X-ray diffraction method differs from the peak position of the diffraction pattern of the lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 by the X-ray diffraction method. It is considered that no lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 is contained. As a result, even if a large amount of lithium contained in the positive electrode is extracted during charging, the structure of the positive electrode active material does not collapse, so there is no need to limit the amount of lithium that can be used for charging and discharging. As a result, the charge / discharge capacity density can be increased and the charge / discharge cycle characteristics can be improved.
上記第2の局面による非水電解質二次電池の製造方法において、好ましくは、正極活物質を形成する工程は、コバルト酸リチウムと硫化リチウムとの混合物を不活性雰囲気下で熱処理することによって正極活物質を形成する工程を含む。このように構成すれば、酸化物(コバルト酸リチウム)と硫化物(硫化リチウム)との混合物を不活性雰囲気下で熱処理することにより硫化物(リチウム含有遷移金属硫化物)が生成されるので、コバルト酸リチウムと硫化リチウムとの混合物を大気中で熱処理する場合と異なり、容易に、リチウム含有遷移金属硫化物を含む正極活物質を得ることができる。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery manufacturing method according to the second aspect, preferably, the step of forming the positive electrode active material is performed by heat-treating a mixture of lithium cobaltate and lithium sulfide in an inert atmosphere. Forming a material. If constituted in this way, sulfide (lithium-containing transition metal sulfide) is generated by heat-treating a mixture of oxide (lithium cobaltate) and sulfide (lithium sulfide) under an inert atmosphere. Unlike a case where a mixture of lithium cobaltate and lithium sulfide is heat-treated in the air, a positive electrode active material containing a lithium-containing transition metal sulfide can be easily obtained.
この場合、好ましくは、正極活物質を形成する工程は、コバルト酸リチウムと硫化リチウムとを実質的に同じ比率で混合する工程を含む。このように構成すれば、コバルト酸リチウムと硫化リチウムとの混合物を不活性雰囲気下で熱処理することにより、容易に、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を得ることができる。 In this case, preferably, the step of forming the positive electrode active material includes a step of mixing lithium cobaltate and lithium sulfide at substantially the same ratio. If comprised in this way, the reflection angle 2theta of the peak position of the diffraction pattern by X-ray diffraction method will be easily made at least 40 ± by heat-treating a mixture of lithium cobaltate and lithium sulfide in an inert atmosphere. A positive electrode active material having 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees can be obtained.
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。 Examples of the present invention will be specifically described below.
本出願では、本発明に対応する実施例による非水電解質二次電池の正極活物質を作製するとともに、比較例として、以下の比較例1および比較例2による非水電解質二次電池の正極活物質を作製して、X線回折法により各々の正極活物質の組成を調べた。また、本発明の実施例による正極活物質を含む非水電解質二次電池を作製して特性を調べた。 In this application, while producing the positive electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery by the Example corresponding to this invention, the positive electrode active of the nonaqueous electrolyte secondary battery by the following comparative examples 1 and 2 as a comparative example A material was prepared, and the composition of each positive electrode active material was examined by an X-ray diffraction method. In addition, non-aqueous electrolyte secondary batteries including a positive electrode active material according to an example of the present invention were manufactured and characteristics were examined.
[正極活物質の作製]
(実施例)
コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをモル比1:1の割合で混合した後、ペレットに成型した。そして、実施例では、ペレットをアルゴン(Ar)雰囲気下で、800℃、5時間で熱処理することにより、正極活物質を作製した。
[Preparation of positive electrode active material]
(Example)
Lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) were mixed at a molar ratio of 1: 1 and then molded into pellets. And in the Example, the positive electrode active material was produced by heat-processing a pellet at 800 degreeC for 5 hours by argon (Ar) atmosphere.
(比較例1)
コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをモル比1:1の割合で混合した後、ペレットに成型することにより、正極活物質を作製した。つまり、この比較例1では、熱処理を行わなかった。
(Comparative Example 1)
After mixing lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) at a molar ratio of 1: 1, a positive electrode active material was produced by molding into pellets. That is, in Comparative Example 1, no heat treatment was performed.
(比較例2)
コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをモル比1:1の割合で混合した後、ペレットに成型した。そして、この比較例2では、ペレットを大気中で、800℃、5時間で熱処理することにより、正極活物質を作製した。
(Comparative Example 2)
Lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) were mixed at a molar ratio of 1: 1 and then molded into pellets. And in this comparative example 2, the positive electrode active material was produced by heat-processing a pellet in air | atmosphere at 800 degreeC for 5 hours.
[X線回折法による組成分析]
次に、実施例、比較例1および比較例2による正極活物質についてXRD(X−Ray Diffraction:X線回折法)による測定を行った結果について、図1〜図3を参照して説明する。なお、図1〜図3では、横軸に反射角2θ(度)がとられ、縦軸にX線の反射強度(cps(count per second))がとられている。cpsは、1秒あたりのX線のカウント数である。まず、図1および図2に示すように、アルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理されて作製された実施例による正極活物質は、熱処理を行わずに作製された比較例1による正極活物質とは異なる組成(結晶相)を有することが判明した。具体的には、熱処理を行わずに作製された比較例1による正極活物質では、図2に示すように、コバルト酸リチウム(LiCoO2)および硫化リチウム(Li2S)のピークが現れた。これに対して、アルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理されて作製された実施例による正極活物質では、図1に示すように、コバルト酸リチウム(LiCoO2)および硫化リチウム(Li2S)のピーク(図2参照)がほとんど現れなかった。また、実施例による正極活物質では、反射角2θが40±2度、47±2度、および、68±2度の位置に、熱処理前には存在しなかった新しいピークが現れた。これらの新しいピークは、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをアルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理することにより生成した正極活物質のピークであると考えられる。これにより、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをアルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理した場合、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)との混合物とは異なる新しい組成(結晶相)を有する物質が生成されることがわかった。
[Composition analysis by X-ray diffraction method]
Next, the results of measurement by XRD (X-Ray Diffraction: X-ray diffraction method) of the positive electrode active materials according to Examples, Comparative Examples 1 and 2 will be described with reference to FIGS. 1 to 3, the horizontal axis represents the reflection angle 2θ (degrees), and the vertical axis represents the X-ray reflection intensity (cps (count per second)). cps is the number of X-ray counts per second. First, as shown in FIGS. 1 and 2, the positive electrode active material according to the example manufactured by heat treatment in an argon (Ar) atmosphere is the positive electrode active material according to the comparative example 1 manufactured without performing the heat treatment. It was found to have a different composition (crystalline phase). Specifically, in the positive electrode active material according to Comparative Example 1 manufactured without heat treatment, peaks of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) appeared as shown in FIG. On the other hand, in the positive electrode active material according to the example manufactured by heat treatment in an argon (Ar) atmosphere, as shown in FIG. 1, the peaks of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) (Refer to FIG. 2) hardly appeared. In the positive electrode active material according to the example, new peaks that did not exist before the heat treatment appeared at positions where the reflection angle 2θ was 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees. These new peaks are considered to be peaks of a positive electrode active material generated by heat-treating lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) in an argon (Ar) atmosphere. Thus, when lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) are heat-treated in an argon (Ar) atmosphere, a mixture of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) Were found to produce substances with different new compositions (crystalline phases).
また、図2および図3に示すように、大気中で熱処理されて作製された比較例2による正極活物質は、熱処理を行わずに作製された比較例1による正極活物質とは異なる組成を有することが判明した。具体的には、上述したように、熱処理を行わずに作製された比較例1による正極活物質では、図2に示すように、コバルト酸リチウム(LiCoO2)および硫化リチウム(Li2S)のピークが現れた。これに対して、大気中で熱処理されて作製された比較例2による正極活物質では、図3に示すように、硫化リチウム(Li2S)が酸化されることにより得られる硫酸リチウム(Li2SO4)のピークが現れた。また、比較例2による正極活物質では、比較例1による正極活物質と同様、コバルト酸リチウム(LiCoO2)のピークが現れた。これにより、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とを大気中で熱処理した場合、硫化リチウム(Li2S)が酸化されることにより硫酸リチウム(Li2SO4)が生成される一方、コバルト酸リチウム(LiCoO2)には変化が起こらないことがわかった。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the positive electrode active material according to Comparative Example 2 manufactured by heat treatment in the atmosphere has a composition different from that of the positive electrode active material according to Comparative Example 1 manufactured without performing heat treatment. It turned out to have. Specifically, as described above, in the positive electrode active material according to Comparative Example 1 manufactured without performing the heat treatment, as shown in FIG. 2, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) A peak appeared. In contrast, in the cathode active material according to Comparative Example 2 which is manufactured is heat-treated in the atmosphere, as shown in FIG. 3, lithium sulfate obtained by lithium sulfide (
また、図1および図3に示すように、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをアルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理することにより生成された実施例による正極活物質は、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とを大気中で熱処理することにより生成された比較例2による正極活物質とも異なることがわかる。すなわち、実施例による正極活物質では、反射角2θが40±2度、47±2度、および、68±2度の位置にピークが現れたのに対して、比較例2による正極活物質では、硫化リチウム(Li2S)が酸化されることにより得られる硫酸リチウム(Li2SO4)のピークと、コバルト酸リチウム(LiCoO2)のピークとが現れた。 Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the positive electrode active material according to the example generated by heat-treating lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) in an argon (Ar) atmosphere is It can be seen that the positive electrode active material of Comparative Example 2 produced by heat treating lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) in the air is also different. That is, in the positive electrode active material according to the example, peaks appeared at the reflection angles 2θ of 40 ± 2 °, 47 ± 2 °, and 68 ± 2 °, whereas in the positive electrode active material according to Comparative Example 2, Then, a peak of lithium sulfate (Li 2 SO 4 ) obtained by oxidizing lithium sulfide (Li 2 S) and a peak of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) appeared.
ここで、実施例では、酸化物(コバルト酸リチウム)と硫化物(硫化リチウム)とを不活性(Ar)雰囲気下で熱処理することによって、硫化物であるリチウム含有遷移金属硫化物が生成されると考えられる。つまり、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをアルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理することにより生成された実施例による新しい結晶相を有する正極活物質は、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とを大気中で熱処理することにより生成された比較例2による正極活物質と異なり、リチウム含有遷移金属硫化物であると考えられる。 Here, in the examples, a lithium-containing transition metal sulfide that is a sulfide is generated by heat-treating an oxide (lithium cobaltate) and a sulfide (lithium sulfide) in an inert (Ar) atmosphere. it is conceivable that. That is, the positive electrode active material having a new crystal phase according to the example generated by heat-treating lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) in an argon (Ar) atmosphere includes lithium cobalt oxide ( Unlike the positive electrode active material according to Comparative Example 2 produced by heat-treating LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) in the air, it is considered to be a lithium-containing transition metal sulfide.
[正極の作製]
上記のようにして作製した実施例による正極活物質としてのリチウム含有遷移金属硫化物(80質量%)と、導電剤としてのアセチレンブラック(10質量%)と、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン(10質量%)とを混合して、プレスによる成型を行った。その後、真空下で、110℃で乾燥させることにより、正極を作製した。
[Production of positive electrode]
Lithium-containing transition metal sulfide (80% by mass) as a positive electrode active material according to the example produced as described above, acetylene black (10% by mass) as a conductive agent, and polytetrafluoroethylene as a binder (10% by mass) was mixed and molded by pressing. Then, the positive electrode was produced by making it dry at 110 degreeC under vacuum.
[非水電解質の調製]
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを3:7の体積比で混合した混合溶媒に、溶質としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/lの濃度になるように添加することにより、非水電解質を調製した。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
By adding lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a solute to a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 3: 7 to a concentration of 1.0 mol / l, A non-aqueous electrolyte was prepared.
[試験セルの作製]
図4は、実施例による非水電解質二次電池の正極の特性を調べるために作製した試験セルを示した斜視図である。図4を参照して、試験セルでは、正極1と負極2とがセパレータ3を挟んで対向するように、正極1および負極2をガラス製の試験セル容器10内に配置した。また、参照極4も試験セル容器10内に配置した。そして、試験セル容器10内に非水電解質5を注入することによって、試験セルを作製した。なお、正極1としては、上記のようにして作製した実施例による正極を用いるとともに、負極2および参照極3としては、リチウム金属を用いた。また、非水電解質5としては、上記のようにして作製した実施例による非水電解質を用いた。
[Production of test cell]
FIG. 4 is a perspective view showing a test cell prepared for examining the characteristics of the positive electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the example. Referring to FIG. 4, in the test cell,
[充放電試験]
上記のようにして作製した試験セルについて、充放電試験を行った。この充放電の条件は、0.5mA/cm2の充電電流で、4.0V(vs.Li/Li+)の充電終止電位まで充電を行った後、0.5mA/cm2の放電電流で、1.0V(vs.Li/Li+)の放電終止電位まで放電を行った。そして、この充放電を1サイクルとして、1サイクル目の充放電の容量密度を測定した。その結果を図5に示す。なお、容量密度は、以下の式によって求められる。
[Charge / discharge test]
A charge / discharge test was performed on the test cell produced as described above. The charging / discharging conditions were as follows: a charging current of 0.5 mA / cm 2 and a charging current of 4.0 V (vs. Li / Li + ) were charged to a charging end potential of 0.5 mA / cm 2. The battery was discharged to a discharge end potential of 1.0 V (vs. Li / Li + ). And this charge / discharge was made into 1 cycle, and the capacity density of the charge / discharge of the 1st cycle was measured. The result is shown in FIG. The capacity density is determined by the following formula.
容量密度(mAh/g)=流した電流(mAh)/正極活物質の質量(g) Capacity density (mAh / g) = Current flowed (mAh) / Mass of positive electrode active material (g)
図5に示すように、放電終止電位を1.0V(vs.Li/Li+)に設定した実施例では、1サイクル目の充電容量密度は、250mAh/gであり、1サイクル目の放電容量密度は、278mAh/gであった。また、1サイクル目の平均放電電位は、1.76V(vs.Li/Li+)であった。このように、実施例では、比較的高い初期(1サイクル目の)充放電容量密度を得られることが判明した。また、可逆的な充放電を行えることも判明した。 As shown in FIG. 5, in the example in which the discharge end potential was set to 1.0 V (vs. Li / Li + ), the charge capacity density in the first cycle was 250 mAh / g, and the discharge capacity in the first cycle. The density was 278 mAh / g. The average discharge potential in the first cycle was 1.76 V (vs. Li / Li + ). Thus, it was found that a relatively high initial (first cycle) charge / discharge capacity density can be obtained in the examples. It was also found that reversible charging / discharging can be performed.
上記のように、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをアルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理して作製された、40±2度、47±2度、および、68±2度に回折パターンのピーク位置の反射角2θを有する正極活物質を用いた実施例では、比較的高い初期(1サイクル目の)充放電容量密度を得ることができるとともに、充放電サイクル特性を向上させることができる。これは、以下の理由によると考えられる。すなわち、実施例では、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをアルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理することによって、新しい結晶相を有するリチウム含有遷移金属硫化物が生成されると考えられる。このリチウム含有遷移金属硫化物は、リチウムを吸蔵および放出する際に、2つの電子の出し入れが可能な硫黄の酸化還元を伴うのに対して、LiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物は、リチウムを吸蔵および放出する際に、1つの電子のみの出し入れが可能なコバルト(Co)などの遷移金属の酸化還元を伴う。このため、リチウム含有遷移金属硫化物の反応電子数(2つ)は、リチウム含有遷移金属酸化物の反応電子数(1つ)よりも多くなると考えられる。これにより、リチウム含有遷移金属硫化物を含む正極活物質は、リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質に比べて、より多くのリチウムを吸蔵および放出することができると考えられる。その結果、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをアルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理することにより生成されたリチウム含有遷移金属硫化物を含む正極活物質を用いた実施例では、単位質量当りの容量(容量密度)を高めることができたと考えられる。 As described above, 40 ± 2 °, 47 ± 2 °, and 68 ± produced by heat-treating lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) in an argon (Ar) atmosphere. In the example using the positive electrode active material having the reflection angle 2θ at the peak position of the diffraction pattern twice, a relatively high initial (first cycle) charge / discharge capacity density can be obtained, and charge / discharge cycle characteristics can be obtained. Can be improved. This is considered to be due to the following reason. That is, in the example, lithium-containing transition metal sulfide having a new crystal phase is generated by heat-treating lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) in an argon (Ar) atmosphere. it is conceivable that. This lithium-containing transition metal sulfide is accompanied by redox of sulfur capable of taking in and out two electrons when inserting and extracting lithium, whereas a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 is lithium Occlusion and release are accompanied by redox of a transition metal such as cobalt (Co) capable of taking in and out only one electron. For this reason, it is considered that the number of reaction electrons (two) of the lithium-containing transition metal sulfide is larger than the number of reaction electrons (one) of the lithium-containing transition metal oxide. Thereby, it is considered that the positive electrode active material containing lithium-containing transition metal sulfide can occlude and release more lithium than the positive electrode active material containing lithium-containing transition metal oxide. As a result, an example using a positive electrode active material containing a lithium-containing transition metal sulfide produced by heat-treating lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) in an argon (Ar) atmosphere Then, it is thought that the capacity | capacitance per unit mass (capacity density) was able to be raised.
また、実施例では、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをアルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理することにより作製された正極活物質が、層状構造を有するコバルト酸リチウム(LiCoO2)を含有しないので、充電の際に正極中に含まれるリチウムを多く引き抜いたとしても、正極活物質の構造が崩れることがないと考えられる。これにより、充放電に利用できるリチウムの量を制限する必要がなくなるので、可逆的な充放電を効率良く行うことができると考えられる。その結果、充放電容量密度を大きくするとともに、充放電サイクル特性を向上させることができたと考えられる。 In the example, the positive electrode active material manufactured by heat-treating lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) in an argon (Ar) atmosphere has a layered structure of lithium cobalt oxide ( Since it does not contain LiCoO 2 ), it is considered that the structure of the positive electrode active material does not collapse even if a large amount of lithium contained in the positive electrode is extracted during charging. This eliminates the need to limit the amount of lithium that can be used for charging and discharging, so it is considered that reversible charging and discharging can be performed efficiently. As a result, it was considered that the charge / discharge capacity density was increased and the charge / discharge cycle characteristics could be improved.
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 In addition, it should be thought that the Example disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
たとえば、上記実施例では、コバルト酸リチウムと硫化リチウムとを出発原料としてリチウム含有遷移金属硫化物を作製する例について示したが、本発明はこれに限らず、リチウム含有遷移金属硫化物を作製可能な材料であれば、コバルト酸リチウムおよび硫化リチウム以外の材料を用いてもよい。なお、出発原料としての酸化物および硫化物のうちの少なくとも一方にリチウムおよび遷移金属が含まれていれば、上記実施例による正極活物質の作製方法を用いてリチウム含有遷移金属硫化物を作製することができる。出発原料としての酸化物は、リチウムを含まない酸化物として、たとえば、酸化チタン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅および酸化モリブデンなどが挙げられる。また、リチウムを含む酸化物としては、酸化リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムおよびマンガン酸リチウムなどが挙げられる。また、出発原料としての硫化物は、リチウムを含まない硫化物として、たとえば、硫化チタン、硫化マンガン、硫化鉄、硫化コバルト、硫化ニッケル、硫化銅および硫化モリブデンなどが挙げられる。また、リチウムを含む硫化物としては、硫化リチウムが挙げられる。 For example, in the above embodiment, an example of producing a lithium-containing transition metal sulfide using lithium cobaltate and lithium sulfide as starting materials has been shown. However, the present invention is not limited thereto, and a lithium-containing transition metal sulfide can be produced. Any material other than lithium cobaltate and lithium sulfide may be used. If lithium and a transition metal are contained in at least one of an oxide and a sulfide as a starting material, a lithium-containing transition metal sulfide is produced using the method for producing a positive electrode active material according to the above example. be able to. Examples of the oxide as a starting material include titanium oxide, manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, and molybdenum oxide as oxides that do not contain lithium. Examples of the oxide containing lithium include lithium oxide, lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate. Moreover, the sulfide as a starting material includes, for example, titanium sulfide, manganese sulfide, iron sulfide, cobalt sulfide, nickel sulfide, copper sulfide, and molybdenum sulfide as sulfides that do not contain lithium. Moreover, lithium sulfide is mentioned as a sulfide containing lithium.
また、上記実施例では、正極に添加する導電剤として、炭素材料であるアセチレンブラックを用いたが、本発明はこれに限らず、アセチレンブラック以外の導電性の炭素材料などを正極に添加する導電剤として用いてもよい。この場合、正極に添加する導電剤の量が多くなると、正極における活物質の割合が少なくなるので、高いエネルギー密度を得ることが困難になる。このため、正極に添加する導電剤の割合は、0質量%以上30質量%以下であることが好ましい。なお、導電剤の割合は、0質量%以上20質量%以下であればより好ましく、0質量%以上10質量%以下であればさらに好ましい。 Further, in the above embodiment, acetylene black, which is a carbon material, is used as the conductive agent added to the positive electrode. However, the present invention is not limited to this, and a conductive carbon material other than acetylene black is added to the positive electrode. It may be used as an agent. In this case, when the amount of the conductive agent added to the positive electrode is increased, the ratio of the active material in the positive electrode is decreased, so that it is difficult to obtain a high energy density. For this reason, it is preferable that the ratio of the electrically conductive agent added to a positive electrode is 0 to 30 mass%. In addition, the ratio of the conductive agent is more preferably 0% by mass or more and 20% by mass or less, and further preferably 0% by mass or more and 10% by mass or less.
また、上記実施例では、正極に添加する結着剤として、ポリテトラフルオロエチレンを用いたが、本発明はこれに限らず、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアセテート、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、スチレン−ブタジエンラバー、カルボキシメチルセルロースからなるグループより選択される少なくとも1つの材料を用いた場合にも、同様の効果を得ることができる。 Further, in the above embodiment, polytetrafluoroethylene was used as the binder to be added to the positive electrode. However, the present invention is not limited to this, and polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyvinyl acetate, polymethacrylate. The same effect can be obtained when at least one material selected from the group consisting of polyacrylate, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, styrene-butadiene rubber, and carboxymethylcellulose is used.
また、上記実施例では、正極に添加する結着剤としてのポリテトラフルオロエチレンを10質量%の割合で混合したが、本発明はこれに限らず、正極に添加する結着剤としてのポリテトラフルオロエチレンの割合は、0.1質量%以上30質量%以下であればよい。なお、ポリテトラフルオロエチレンの割合は、0.1質量%以上20質量%以下であればより好ましく、0.1質量%以上10質量%以下であればさらに好ましい。 Moreover, in the said Example, although polytetrafluoroethylene as a binder added to a positive electrode was mixed in the ratio of 10 mass%, this invention is not limited to this, The polytetrafluoroethylene as a binder added to a positive electrode is mixed. The ratio of fluoroethylene should just be 0.1 to 30 mass%. In addition, the ratio of polytetrafluoroethylene is more preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, and further preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less.
また、上記実施例では、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒を含む非水電解質を用いたが、本発明はこれに限らず、非水電解質電池の溶媒として使用可能であれば、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒以外の溶媒を用いてもよい。なお、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒以外の溶媒としては、たとえば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、ニトリル類およびアミド類などが挙げられる。環状炭酸エステルとしては、たとえば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートおよびブチレンカーボネートなどが挙げられる。また、環状炭酸エステルの水素基の一部または全部がフッ素化されているものも使用可能であり、たとえば、トリフルオロプロピレンカーボネートおよびフルオロエチルカーボネートなどが挙げられる。また、鎖状炭酸エステルとしては、たとえば、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネートおよびメチルイソプロピルカーボネートなどが挙げられる。また、鎖状炭酸エステルの水素基の一部または全部がフッ素化されているものも使用可能である。 Further, in the above examples, a non-aqueous electrolyte containing a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used. However, the present invention is not limited to this, and if it can be used as a solvent for a non-aqueous electrolyte battery, ethylene carbonate and A solvent other than a mixed solvent with diethyl carbonate may be used. Examples of the solvent other than the mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate include cyclic carbonates, chain carbonates, esters, cyclic ethers, chain ethers, nitriles, and amides. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. Moreover, what fluorinated a part or all of the hydrogen group of cyclic carbonate can also be used, for example, trifluoropropylene carbonate, fluoroethyl carbonate, etc. are mentioned. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, and methyl isopropyl carbonate. Further, those in which some or all of the hydrogen groups of the chain carbonate ester are fluorinated can also be used.
また、エステル類としては、たとえば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルおよびγ−ブチロラクトンなどが挙げられる。また、環状エーテル類としては、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、1,4−ジオキサン、1,3,5−トリオキサン、フラン、2−メチルフラン、1,8−シネオールおよびクラウンエーテルなどが挙げられる。鎖状エーテル類としては、たとえば、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、メチルフェニルエーテル、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、ベンチルフェニルエーテル、メトキシトルエン、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、0−ジメトキシベンゼン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、1,1−ジメトキシメタン、1,1−ジエトキシエタン、トリエチレングリコールジメチルエーテルおよびテトラエチレングリコールジメチルなどが挙げられる。また、ニトリル類としては、たとえば、アセトニトリルなどが挙げられる。また、アミド類としては、たとえば、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。 Examples of the esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and γ-butyrolactone. The cyclic ethers include 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, propylene oxide, 1,2-butylene oxide, 1,4-dioxane, 1,3. , 5-trioxane, furan, 2-methylfuran, 1,8-cineole and crown ether. Examples of the chain ethers include 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, dihexyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether, methyl phenyl ether, ethyl phenyl ether, butyl phenyl ether, Benzyl phenyl ether, methoxytoluene, benzyl ethyl ether, diphenyl ether, dibenzyl ether, 0-dimethoxybenzene, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, 1,1-dimethoxymethane, 1,1-diethoxyethane, triethylene glycol dimethyl ether Such fine tetraethylene glycol dimethyl and the like. Examples of nitriles include acetonitrile. Examples of amides include dimethylformamide.
また、上記実施例では、溶質(電解質塩)としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)が溶解された非水電解質を用いたが、本発明はこれに限らず、六フッ化リン酸リチウム以外の溶質が溶解された非水電解質を用いてもよい。なお、六フッ化リン酸リチウム以外の溶質としては、たとえば、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(以下の化1の化学式によって表わされる物質)、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2およびLiN(C2F5SO2)2などが挙げられる。また、上記した溶質からなるグループから選択される2つ以上を組み合わせた混合物を溶質として用いてもよい。
In the above embodiment, the solute is used a non-aqueous electrolyte lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) was dissolved in a (electrolyte salt), the present invention is not limited thereto, lithium hexafluorophosphate A nonaqueous electrolyte in which a solute other than the above is dissolved may be used. Examples of solutes other than lithium hexafluorophosphate include, for example, lithium difluoro (oxalato) borate (a substance represented by the chemical formula of
また、上記実施例では、リチウム金属を負極として用いたが、本発明はこれに限らず、リチウムを吸蔵および放出することが可能であれば、リチウム金属以外の材料を負極活物質として用いてもよい。負極活物質として用いることが可能な材料としては、たとえば、リチウム合金、黒鉛などの炭素材料およびケイ素などが挙げられる。ここで、ケイ素(Si)は、高い容量を有するので、ケイ素からなる負極活物質を含む負極を用いれば、高エネルギー密度の非水電解質電池を得ることができる。 In the above-described embodiments, lithium metal is used as the negative electrode. However, the present invention is not limited to this, and any material other than lithium metal may be used as the negative electrode active material as long as lithium can be occluded and released. Good. Examples of materials that can be used as the negative electrode active material include lithium materials, carbon materials such as graphite, and silicon. Here, since silicon (Si) has a high capacity, a non-aqueous electrolyte battery having a high energy density can be obtained by using a negative electrode including a negative electrode active material made of silicon.
また、上記実施例では、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とをモル比1:1の割合で混合した後、熱処理することにより正極活物質を作製した例を示したが、本発明はこれに限らず、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有するような正極活物質を作製することが可能であれば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とを1:1以外の割合で混合した後、熱処理することにより正極活物質を作製してもよい。この場合、硫化リチウム(Li2S)の割合がコバルト酸リチウム(LiCoO2)の割合よりも小さくなるように混合することが好ましい。 In the above embodiment, lithium sulfide and lithium cobaltate (LiCoO 2) (Li 2 S ) and the molar ratio of 1: After mixing in a ratio of 1, an example of manufacturing a positive electrode active material by heat treatment However, the present invention is not limited to this, and a positive electrode having a reflection angle 2θ at a peak position of a diffraction pattern by an X-ray diffraction method is at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees. If it is possible to produce an active material, after mixing lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S) at a ratio other than 1: 1, a positive electrode active material is produced by heat treatment. May be. In this case, it is preferable to mix as the percentage of lithium sulfide (Li 2 S) is smaller than the ratio of lithium cobaltate (LiCoO 2).
また、上記実施例では、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)とを混合した後、アルゴン(Ar)雰囲気下で、800℃、5時間で熱処理することにより、正極活物質を作製した例を示したが、本発明はこれに限らず、コバルト酸リチウム(LiCoO2)と硫化リチウム(Li2S)との混合物を熱処理する際に、アルゴン(Ar)以外の不活性ガスを用いてもよい。また、800℃以外や、5時間以外の条件で熱処理することにより正極活物質を作製してもよい。 In the above embodiment, after mixing the lithium cobalt oxide (LiCoO 2) and lithium sulfide (Li 2 S), under argon (Ar) atmosphere, by heat treatment at 800 ° C., 5 h, the positive electrode active material However, the present invention is not limited to this, and an inert gas other than argon (Ar) is used when heat-treating a mixture of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium sulfide (Li 2 S). May be used. Moreover, you may produce a positive electrode active material by heat-processing on conditions other than 800 degreeC or 5 hours.
1 正極
2 負極
5 非水電解質
1
Claims (7)
リチウムイオンを吸蔵および放出する材料を含む負極と、
非水電解質とを備えた、非水電解質二次電池。 A positive electrode including a positive electrode active material having a reflection angle 2θ at a peak position of a diffraction pattern by an X-ray diffraction method of at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees;
A negative electrode comprising a material that occludes and releases lithium ions;
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte.
リチウムと、
コバルト、酸素および硫黄からなるグループより選択される少なくとも1つの材料とを含有する、請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The positive electrode active material is
With lithium,
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, comprising at least one material selected from the group consisting of cobalt, oxygen, and sulfur.
前記混合物を熱処理することによって、X線回折法による回折パターンのピーク位置の反射角2θを、少なくとも、40±2度と、47±2度と、68±2度とに有する正極活物質を形成する工程と、
リチウムイオンを吸蔵および放出する材料を含む負極を形成する工程とを備えた、非水電解質二次電池の製造方法。 A mixture of the oxide and the sulfide in a state where lithium is contained in at least one of the oxide and the sulfide and a transition metal is contained in at least one of the oxide and the sulfide. Forming a step;
By heat-treating the mixture, a positive electrode active material having a reflection angle 2θ at a peak position of a diffraction pattern by an X-ray diffraction method of at least 40 ± 2 degrees, 47 ± 2 degrees, and 68 ± 2 degrees is formed. And a process of
Forming a negative electrode containing a material that occludes and releases lithium ions. A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
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EP2458664A3 (en) * | 2010-11-25 | 2012-06-20 | Samsung SDI Co., Ltd. | Positive active material for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery comprising same |
JP2013164942A (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-22 | Hitachi Zosen Corp | Coated cathode active material and all-solid lithium secondary battery using the same |
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2004
- 2004-09-02 JP JP2004255866A patent/JP2006073369A/en active Pending
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