JP2007026959A - Positive electrode active substance, its manufacturing method and battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウム(Li)とコバルト(Co)とを含む複合酸化物粒子に被覆層を形成した正極活物質、およびその製造方法、並びにそれを用いた電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material in which a coating layer is formed on composite oxide particles containing lithium (Li) and cobalt (Co), a manufacturing method thereof, and a battery using the same.
近年における携帯機器の多機能化・高性能化に伴い、機器の消費電力は高まりつつあり、その電源となる電池に対して、より一層の高容量化が要求されている。中でも、経済性および機器の小型軽量化の観点から、二次電池についてその要求が大きい。このような要求に応えることができる電池としては、例えばリチウム二次電池がある。 In recent years, with the increase in functionality and performance of portable devices, the power consumption of the devices is increasing, and a further increase in capacity is required for the battery serving as the power source. Among these, from the viewpoint of economy and reduction in size and weight of equipment, there is a great demand for secondary batteries. As a battery that can meet such a demand, for example, there is a lithium secondary battery.
現在一般的に用いられているリチウム二次電池は、正極にコバルト酸リチウム、負極に炭素材料を用い、作動電圧は4.2Vから2.5Vの範囲内である。このように最大4.2Vで作動するリチウム二次電池の場合、正極に用いられるコバルト酸リチウムなどの正極活物質は、その理論容量に対して6割程度の容量を活用しているに過ぎない。このため、更に充電電圧を上げることにより残存容量を活用することが原理的には可能であり、実際に、充電時の電圧を4.25V以上にすることにより高エネルギー密度化が実現することが知られている(特許文献1参照)。特に、正極活物質としては、コバルト酸リチウムの他にも、ニッケル酸リチウム、あるいはスピネル構造を有するマンガン酸リチウムなどがあるが、コバルト酸リチウムが最も電位を高くすることができるので好ましい。 Currently used lithium secondary batteries use lithium cobaltate for the positive electrode and a carbon material for the negative electrode, and the operating voltage is in the range of 4.2V to 2.5V. Thus, in the case of a lithium secondary battery that operates at a maximum of 4.2 V, the positive electrode active material such as lithium cobaltate used for the positive electrode only uses about 60% of its theoretical capacity. . For this reason, it is theoretically possible to utilize the remaining capacity by further increasing the charging voltage, and in fact, by increasing the voltage during charging to 4.25 V or higher, a higher energy density can be realized. It is known (see Patent Document 1). In particular, examples of the positive electrode active material include lithium nickelate and lithium manganate having a spinel structure in addition to lithium cobaltate, and lithium cobaltate is preferable because it can maximize the potential.
ところが、充電電圧を高くすると正極近傍における酸化雰囲気が強くなり、電解質が酸化分解により劣化しやすくなる、または正極からコバルトが溶出しやすくなるという問題があった。その結果、充放電効率が低下し、サイクル特性が低下してしまったり、高温特性が低下してしまい、充電電圧を高くすることが難しかった。 However, when the charging voltage is increased, the oxidizing atmosphere in the vicinity of the positive electrode becomes strong, and there is a problem that the electrolyte is likely to be deteriorated by oxidative decomposition or cobalt is easily eluted from the positive electrode. As a result, the charge / discharge efficiency is lowered, the cycle characteristics are lowered, the high temperature characteristics are lowered, and it is difficult to increase the charge voltage.
なお、従来より、正極活物質の安定性を向上させる手段として、複合酸化物粒子の表面に被覆層を形成することが知られている。また、被覆層を形成する方法としては、複合酸化物粒子に被覆層を構成する酸化物を混合し、再焼成するもの(例えば、特許文献2参照)、または、複合酸化物粒子の表面に中和滴定法により金属水酸化物を被着させたのち、加熱処理するものが知られている(例えば、特許文献3,4参照)。
しかしながら、複合酸化物粒子に酸化物を混合して再焼成する方法では、被覆層を均一に形成することが難しく、しかも複合酸化物粒子と被覆層との密着性も低いという問題があった。また、中和滴定法により水酸化物を被着させたのち加熱処理する方法では、水酸化物を均一に被着させることができる点では優れているが、被覆層の組成を制御することが難しいという問題もあった。 However, the method of mixing the oxide with the composite oxide particles and re-firing has a problem that it is difficult to form the coating layer uniformly and the adhesion between the composite oxide particles and the coating layer is low. In addition, the method of heat-treatment after depositing hydroxide by neutralization titration method is excellent in that the hydroxide can be deposited uniformly, but the composition of the coating layer can be controlled. There was also a problem that it was difficult.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、被覆層の被覆性を向上させることができると共に組成を容易に制御することができる正極活物質およびその製造方法、並びにそれを用いた電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is to improve the coverage of the coating layer and easily control the composition, a method for producing the same, and a method for producing the same. It is to provide a used battery.
本発明による正極活物質は、リチウムとコバルトとを含む複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウムとニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方との被覆元素を含む酸化物の被覆層を形成したものであって、被覆層は、複合酸化物粒子に、被覆元素の水酸化物,オキシ水酸化物,炭酸塩および炭酸水素塩からなる群のうちの少なくとも1種を含む前駆体粒子を混合により被着し、加熱処理することにより形成したものである。 The positive electrode active material according to the present invention is a coating of an oxide containing a covering element of at least one of lithium, nickel (Ni) and manganese (Mn) on at least a part of a composite oxide particle containing lithium and cobalt. The coating layer is a precursor including at least one member selected from the group consisting of hydroxides, oxyhydroxides, carbonates and bicarbonates of the coating elements in the composite oxide particles. The particles are formed by adhering by mixing and heat treatment.
本発明による正極活物質の製造方法は、リチウムとコバルトとを含む複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウムとニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方との被覆元素を含む酸化物の被覆層を形成した正極活物質を製造するものであって、複合酸化物粒子の少なくとも一部に、被覆元素の水酸化物,オキシ水酸化物,炭酸塩および炭酸水素塩からなる群のうちの少なくとも1種を含む前駆体粒子を混合することにより被着する工程と、前駆体粒子を被着したのち、加熱処理することにより、被覆層を形成する工程とを含むものである。 In the method for producing a positive electrode active material according to the present invention, an oxide covering layer containing a covering element of at least one of lithium, nickel, and manganese is formed on at least part of a composite oxide particle containing lithium and cobalt. And at least a part of the composite oxide particles is coated with at least one member selected from the group consisting of hydroxide, oxyhydroxide, carbonate and bicarbonate of the covering element. It includes a step of adhering by mixing the precursor particles, and a step of forming a coating layer by applying heat treatment after depositing the precursor particles.
本発明による電池は、正極および負極と共に、電解質を備えたものであって、正極は、チウムとコバルトとを含む複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウムとニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方との被覆元素を含む酸化物の被覆層を形成した正極活物質を含有し、被覆層は、複合酸化物粒子に、被覆元素の水酸化物,オキシ水酸化物,炭酸塩および炭酸水素塩からなる群のうちの少なくとも1種を含む前駆体粒子を混合により被着し、加熱処理することにより形成したものである。 A battery according to the present invention is provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the positive electrode includes at least one of lithium, nickel, and manganese on at least a part of the composite oxide particles containing thium and cobalt. A cathode active material in which a coating layer of an oxide containing a coating element is formed, the coating layer comprising composite oxide particles, hydroxide, oxyhydroxide, carbonate and hydrogencarbonate of the coating element Precursor particles containing at least one kind in the group are deposited by mixing and formed by heat treatment.
本発明の正極活物質およびその製造方法によれば、複合酸化物粒子に、前駆体粒子を混合して被着するようにしたので、複合酸化物粒子に対する前駆体粒子の結着性を高めることができ、被覆層の被覆性を向上させることができる。また、被覆層の組成も容易に制御することができる。よって、この正極活物質を用いた本発明の電池によれば、高容量を得ることができると共に、充放電効率を向上させることができる。 According to the positive electrode active material and the manufacturing method thereof of the present invention, since the precursor particles are mixed and deposited on the composite oxide particles, the binding property of the precursor particles to the composite oxide particles is improved. And the coverage of the coating layer can be improved. Further, the composition of the coating layer can be easily controlled. Therefore, according to the battery of the present invention using this positive electrode active material, a high capacity can be obtained and the charge / discharge efficiency can be improved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の一実施の形態に係る正極活物質は、リチウムとコバルトとを含む複合酸化物粒子の少なくとも一部に被覆層が設けられたものである。複合酸化物粒子の平均組成は化1で表されることが好ましい。容量および放電電位を高くすることができるからである。 The positive electrode active material according to an embodiment of the present invention is obtained by providing a coating layer on at least a part of composite oxide particles containing lithium and cobalt. The average composition of the composite oxide particles is preferably represented by Chemical Formula 1. This is because the capacity and discharge potential can be increased.
(化1)
Li(1+x) Co(1-y) My O(2-z)
化1において、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン,鉄(Fe),ニッケル,銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),ニオブ(Nb),カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種である。
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
In the chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese, iron (Fe), nickel, copper (Cu), Of the group consisting of zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca) and strontium (Sr) At least one.
xは−0.10≦x≦0.10の範囲内の値であり、−0.08≦x≦0.08の範囲内であればより好ましく、−0.06≦x≦0.06の範囲内であれば更に好ましい。これよりも小さいと放電容量が低下してしまい、これにより大きいと被覆層を形成する際にリチウムが拡散し、工程の制御が難しくなる場合があるからである。 x is a value in the range of −0.10 ≦ x ≦ 0.10, more preferably in the range of −0.08 ≦ x ≦ 0.08, and −0.06 ≦ x ≦ 0.06. It is more preferable if it is within the range. If it is smaller than this, the discharge capacity will be reduced, and if it is larger than this, lithium will diffuse when the coating layer is formed, and it may be difficult to control the process.
yは0≦y<0.50の範囲内の値であり、0≦y<0.40の範囲内であればより好ましく、0≦y<0.30の範囲内であれば更に好ましい。すなわち、化1におけるMは必須の構成元素ではない。コバルト酸リチウムは高容量を得ることができると共に、放電電位も高いので好ましく、また、Mを含むようにすれば安定性を向上させることができるので好ましいが、Mの量が多くなるとコバルト酸リチウムの特性が損なわれ、容量および放電電位が低下してしまうからである。 y is a value within the range of 0 ≦ y <0.50, more preferably within the range of 0 ≦ y <0.40, and even more preferably within the range of 0 ≦ y <0.30. That is, M in Chemical Formula 1 is not an essential constituent element. Lithium cobalt oxide is preferable because it can obtain a high capacity and has a high discharge potential, and is preferable because it can improve stability if it contains M. However, if the amount of M increases, lithium cobalt oxide is preferable. This is because the above characteristics are impaired and the capacity and the discharge potential are lowered.
zは−0.10≦z≦0.20の範囲内の値であり、−0.08≦z≦0.18の範囲内であればより好ましく、−0.06≦z≦0.16の範囲内であれば更に好ましい。この範囲内において、放電容量をより高くすることができるからである。 z is a value in the range of −0.10 ≦ z ≦ 0.20, more preferably in the range of −0.08 ≦ z ≦ 0.18, and −0.06 ≦ z ≦ 0.16. It is more preferable if it is within the range. This is because the discharge capacity can be further increased within this range.
被覆層は、反応抑制層として機能するものであり、リチウムと、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方との被覆元素を含む酸化物により構成されている。被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比は、ニッケル:マンガンのモル比で、90:10から30:70の範囲内であることが好ましく、70:30から40:60の範囲内であればより好ましい。マンガンの量が多いと、被覆層におけるリチウムの吸蔵量が低下し、正極活物質の容量が低下してしまうと共に、電気抵抗が増大してしまうからである。また、ニッケルの量が多いと、被覆層の熱安定性が低下し、高温特性が低下してしまうからである。 The coating layer functions as a reaction suppression layer, and is composed of an oxide containing a coating element of lithium and at least one of nickel and manganese. The composition ratio of nickel and manganese in the coating layer is preferably a molar ratio of nickel: manganese within a range of 90:10 to 30:70, and more preferably within a range of 70:30 to 40:60. preferable. This is because when the amount of manganese is large, the amount of occlusion of lithium in the coating layer decreases, the capacity of the positive electrode active material decreases, and the electrical resistance increases. In addition, if the amount of nickel is large, the thermal stability of the coating layer is lowered and the high temperature characteristics are lowered.
被覆層の酸化物には、更に、マグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,コバルト,銅,亜鉛,モリブデン,スズ,タングステン,ジルコニウム,イットリウム,ニオブ,カルシウムおよびストロンチウムからなる群のうちの少なくとも1種が構成元素として含まれていてもよい。正極活物質の安定性をより向上させることができると共に、リチウムイオンの拡散性をより向上させることができるからである。この場合、これらの元素を合計した含有量は、被覆層におけるニッケルとマンガンとこれらの元素の合計に対して、40mol%以下であることが好ましく、35mol%以下であればより好ましい。これらの元素の含有量が多くなると、リチウムの吸蔵量が低下し、正極活物質の容量が低下してしまうからである。なお、これらの元素は酸化物に固溶していてもしていなくてもよい。 The oxide of the coating layer further includes magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium and strontium. May be contained as a constituent element. This is because the stability of the positive electrode active material can be further improved and the diffusibility of lithium ions can be further improved. In this case, the total content of these elements is preferably 40 mol% or less, more preferably 35 mol% or less, based on the total of nickel, manganese, and these elements in the coating layer. This is because when the content of these elements increases, the amount of occlusion of lithium decreases and the capacity of the positive electrode active material decreases. Note that these elements may or may not be dissolved in the oxide.
被覆層の量は、複合酸化物粒子の2質量%以上30質量%以下の範囲内であることが好ましく、5質量%以上20質量%以下の範囲内であればより好ましい。被覆層の量が多いと容量が低下し、少ないと安定性を十分に向上させることができないからである。また、この正極活物質におけるニッケルとマンガンとを合計した含有量、すなわち複合酸化物粒子と被覆層とを合わせたニッケルとマンガンとの合計含有量は、リチウムを除く金属元素および半金属元素の合計に対して、30mol%以下であることが好ましい。ニッケルおよびマンガンの含有量が多くなると、容量が低下してしまうからである。 The amount of the coating layer is preferably in the range of 2% by mass to 30% by mass of the composite oxide particles, and more preferably in the range of 5% by mass to 20% by mass. This is because when the amount of the coating layer is large, the capacity decreases, and when the amount is small, the stability cannot be sufficiently improved. Further, the total content of nickel and manganese in this positive electrode active material, that is, the total content of nickel and manganese combined with the composite oxide particles and the coating layer is the total of metal elements and metalloid elements excluding lithium. It is preferable that it is 30 mol% or less. This is because as the contents of nickel and manganese increase, the capacity decreases.
なお、被覆層は、正極活物質を構成する元素の表面から内部に向かう濃度変化を調べることによりに確認することができる。この濃度変化は、例えば、正極活物質をスパッタリングなどにより削りながらその組成をオージェ電子分光分析(Auger Electron Spectroscopy ;AES)あるいはSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry ;二次イオン質量分析)により測定することが可能である。また、正極活物質を酸性溶液中などでゆっくり溶解させ、その溶出分の時間変化を誘導結合高周波プラズマ(Inductively Coupled Plasma;ICP)分光分析などにより測定することも可能である。 In addition, a coating layer can be confirmed by investigating the concentration change which goes to the inside from the surface of the element which comprises a positive electrode active material. This concentration change can be measured by, for example, Auger Electron Spectroscopy (AES) or SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) while scraping the positive electrode active material by sputtering or the like. It is. It is also possible to slowly dissolve the positive electrode active material in an acidic solution or the like, and to measure the time change of the eluted portion by inductively coupled plasma (ICP) spectroscopic analysis or the like.
正極活物質の平均粒子径は、2.0μm以上50μm以下の範囲内であることが好ましい。2.0μm未満では、正極を作製する際にプレス工程において正極活物質が正極集電体から剥離しやすくなり、また、正極活物質の表面積が大きくなるので、導電剤あるいは結着剤などの添加量を増加させなければならず、単位質量当たりのエネルギー密度が小さくなってしまうからである。逆に、50μmを超えると、正極活物質がセパレータを貫通し、短絡を引き起こしてしまう可能性が高くなるからである。 The average particle diameter of the positive electrode active material is preferably in the range of 2.0 μm to 50 μm. If the thickness is less than 2.0 μm, the positive electrode active material is easily peeled off from the positive electrode current collector in the pressing step when the positive electrode is produced, and the surface area of the positive electrode active material is increased, so that a conductive agent or a binder is added. This is because the amount must be increased, and the energy density per unit mass becomes small. On the other hand, when the thickness exceeds 50 μm, there is a high possibility that the positive electrode active material penetrates the separator and causes a short circuit.
また、この正極活物質は、複合酸化物粒子に、被覆元素の水酸化物,オキシ水酸化物,炭酸塩および炭酸水素塩からなる群のうちの少なくとも1種を含む前駆体粒子を混合により被着し、加熱処理することにより被覆層を形成したものである。これにより、この正極活物質では、被覆層の被覆性が向上すると共に、被覆層の組成の制御が容易となり、化学的安定性を向上させることができるようになっている。具体的には、次のようにして製造される。 Further, the positive electrode active material is obtained by mixing precursor particles containing at least one member selected from the group consisting of hydroxides, oxyhydroxides, carbonates and hydrogencarbonates of the covering elements on the composite oxide particles. The coating layer is formed by wearing and heat treatment. Thereby, in this positive electrode active material, the covering property of the coating layer is improved, the composition of the coating layer can be easily controlled, and the chemical stability can be improved. Specifically, it is manufactured as follows.
図1はこの正極活物質の一製造方法の工程を表すものである。まず、複合酸化物粒子の少なくとも一部に、被覆元素を含む前駆体粒子を混合することにより被着する(ステップS101)。複合酸化物粒子に対する前駆体粒子の結着性を高めることができると共に、被覆元素の組成比を容易に制御することができるからである。複合酸化物粒子には、上述したように、平均組成が化1で表されるものを用いることが好ましい。 FIG. 1 shows a process of one manufacturing method of this positive electrode active material. First, it adheres by mixing the precursor particle | grains containing a covering element to at least one part of complex oxide particle (step S101). This is because the binding property of the precursor particles to the composite oxide particles can be enhanced, and the composition ratio of the covering elements can be easily controlled. As described above, it is preferable to use a composite oxide particle having an average composition represented by Chemical Formula 1.
前駆体粒子の被着は、乾式で行っても、水などの液体分を添加した湿式で行ってもよく、例えば、ボールミル、ジェットミル、擂潰機、または微粉砕機を用いて行うことができる。特に、圧縮しつつ剪断力を加えて混合することが好ましい。複合酸化物粒子に対する前駆体粒子の結着性を高めることができるからである。具体的には、メカノフュージョンなどの機械的方法が挙げられる。 The deposition of the precursor particles may be performed by a dry method or a wet method in which a liquid component such as water is added, and may be performed using, for example, a ball mill, a jet mill, a grinder, or a fine grinder. it can. In particular, it is preferable to mix by applying a shearing force while compressing. This is because the binding property of the precursor particles to the composite oxide particles can be enhanced. Specifically, a mechanical method such as mechanofusion can be used.
前駆体粒子には、被覆元素の水酸化物,オキシ水酸化物,炭酸塩および炭酸水素塩からなる群のうちの少なくとも1種を用いる。硝酸塩などの分解により強酸性の化学種が生成するものは、その強酸によって複合酸化物粒子の表面から金属成分が溶出するなど、活物質を劣化させる原因となり、また、有機酸塩などの分解により多量の炭素分が生成するものは、その還元能によってニッケルなど遷移金属の酸化数が影響を受け、充放電能力に悪影響を及ぼすので好ましくないからである。具体的には、リチウム化合物であれば、水酸化リチウム無水物、水酸化リチウム一水和物、炭酸リチウム、あるいは炭酸水素リチウムなどが挙げられ、ニッケル化合物であれば、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、あるいはオキシ水酸化ニッケルなどが挙げられ、マンガン化合物であれば、水酸化マンガン、オキシ水酸化マンガン、あるいは炭酸マンガンなどが挙げられる。 As the precursor particles, at least one selected from the group consisting of hydroxides, oxyhydroxides, carbonates and bicarbonates of the covering elements is used. Those that produce strongly acidic chemical species due to decomposition of nitrates, etc. cause degradation of the active material, such as elution of metal components from the surface of the composite oxide particles by the strong acid, and also due to decomposition of organic acid salts, etc. The reason why a large amount of carbon is generated is that it is not preferable because the oxidation number of transition metals such as nickel is affected by the reducing ability, and the charging / discharging ability is adversely affected. Specifically, if it is a lithium compound, lithium hydroxide anhydride, lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate, lithium hydrogen carbonate, etc. may be mentioned, and if it is a nickel compound, nickel hydroxide, nickel carbonate, Or nickel oxyhydroxide etc. are mentioned, If it is a manganese compound, manganese hydroxide, manganese oxyhydroxide, manganese carbonate etc. will be mentioned.
前駆体粒子には、また、上述した他の元素、マグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,コバルト,銅,亜鉛,モリブデン,スズ,タングステン,ジルコニウム,イットリウム,ニオブ,カルシウム,あるいはストロンチウムの水酸化物,オキシ水酸化物,炭酸塩または炭酸水素塩を1種以上混合してもよい。 The precursor particles may also include other elements described above, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium, or strontium. One or more of these hydroxides, oxyhydroxides, carbonates or bicarbonates may be mixed.
次いで、前駆体粒子を被着した複合酸化物粒子を加熱処理し、被覆元素とを含む酸化物の被覆層を形成する(ステップS102)。加熱処理は、空気あるいは純酸素などの酸化雰囲気中において、300℃から1000℃程度の温度で行うことが好ましい。その際、前駆体粒子の分解および複合酸化物粒子の表面での焼結を伴う拡散が起こり、被覆層の被覆性および組成の均一性が向上される。 Next, the composite oxide particles coated with the precursor particles are heat-treated to form an oxide coating layer containing a coating element (step S102). The heat treatment is preferably performed at a temperature of about 300 ° C. to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere such as air or pure oxygen. In that case, the decomposition | disassembly with the decomposition | disassembly of precursor particle | grains and the sintering on the surface of complex oxide particle | grains occurs, and the coverage of a coating layer and the uniformity of a composition are improved.
なお、複合酸化物粒子は、前駆層を形成する前に、必要に応じてボールミルあるいは擂潰機などにより二次粒子を解砕するようにしてもよい。また、被覆層を形成したのちに、必要に応じて軽い粉砕あるいは分級操作などを行い、正極活物質の粒度を調節するようにしてもよい。 In addition, before forming a precursor layer, you may make it complex oxide particle | grains crush secondary particles with a ball mill or a crusher etc. as needed. Moreover, after forming a coating layer, you may make it adjust the particle size of a positive electrode active material by performing a light grinding | pulverization or classification operation etc. as needed.
この正極活物質は、例えば、次のようにして二次電池に用いられる。 This positive electrode active material is used for a secondary battery as follows, for example.
(第1の二次電池)
図2は本実施の形態に係る正極活物質を用いた第1の二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、電極反応物質としてリチウムを用い、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池である。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、一対の帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11の内部には、液状の電解質である電解液が注入されており、セパレータ23に含浸されている。電池缶11は、例えばニッケルのめっきがされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、また、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
(First secondary battery)
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a first secondary battery using the positive electrode active material according to the present embodiment. This secondary battery is a so-called lithium ion secondary battery in which lithium is used as an electrode reactant and the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium. This secondary battery is called a so-called cylindrical type, and is a winding in which a pair of strip-like
電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
At the open end of the battery can 11, a
巻回電極体20は、例えば、センターピン24を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウムなどよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
The
図3は図2に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層21Bは、例えば、本実施の形態に係る粒子状の正極活物質と、必要に応じて黒鉛などの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んで構成されている。また、更に他の1種または2種以上の正極活物質を含有していてもよい。
FIG. 3 shows an enlarged part of the spirally
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bを設けるようにしてもよい。負極集電体22Aは、例えば、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する銅箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
The
負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層21Bと同様の結着剤を含んで構成されている。
The negative electrode
なお、この二次電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量が、正極21の充電容量よりも大きくなっており、充電の途中において負極22にリチウム金属が析出しないようになっている。
In this secondary battery, the charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is larger than the charge capacity of the
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素,易黒鉛化性炭素,黒鉛,熱分解炭素類,コークス類,ガラス状炭素類,有機高分子化合物焼成体,炭素繊維あるいは活性炭などの炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス,ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, and fired organic polymer compounds , Carbon materials such as carbon fiber or activated carbon. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body is a carbonized material obtained by firing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature, and part of it is non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as: These carbon materials are preferable because the change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small, a high charge and discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density. Further, non-graphitizable carbon is preferable because excellent cycle characteristics can be obtained. Furthermore, those having a low charge / discharge potential, specifically, those having a charge / discharge potential close to that of lithium metal are preferable because a high energy density of the battery can be easily realized.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include materials capable of inserting and extracting lithium and containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. . This is because a high energy density can be obtained by using such a material. In particular, the use with a carbon material is more preferable because a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. The negative electrode material may be a single element, alloy or compound of a metal element or metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、マグネシウム,ホウ素,アルミニウム,ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge),スズ,鉛(Pb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),銀(Ag),亜鉛,ハフニウム(Hf),ジルコニウム,イットリウム,パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。 Examples of metal elements or metalloid elements constituting the negative electrode material include magnesium, boron, aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin, lead (Pb), bismuth ( Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc, hafnium (Hf), zirconium, yttrium, palladium (Pd) or platinum (Pt). These may be crystalline or amorphous.
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。 Among these, as the negative electrode material, a material containing a 4B group metal element or a semimetal element in the short-period type periodic table as a constituent element is preferable, and at least one of silicon and tin is particularly preferable as a constituent element. This is because silicon and tin have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、酸化鉄,酸化ルテニウム,酸化モリブデン,酸化タングステン,酸化チタンあるいは酸化スズなどの酸化物、硫化ニッケルあるいは硫化モリブデンなどの硫化物、または窒化リチウムなどの窒化物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium further include other metal compounds or polymer materials. Other metal compounds include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide or tin oxide, sulfides such as nickel sulfide or molybdenum sulfide, or nitrides such as lithium nitride, Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.
セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。
The
電解液は、例えば有機溶媒などの非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、あるいはプロピオン酸エステルが挙げられる。非水溶媒は、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 The electrolytic solution includes, for example, a nonaqueous solvent such as an organic solvent and an electrolyte salt dissolved in the nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, N, N— Dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, propionitrile, anisole, acetate, butyrate, or A propionic acid ester is mentioned. One non-aqueous solvent may be used alone, or two or more non-aqueous solvents may be mixed and used.
電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、LiPF6 ,LiBF4 ,LiAsF6 ,LiClO4 ,LiB(C6 H5 )4 ,LiCH3 SO3 ,LiCF3 SO3 ,LiN(SO2 CF3 )2 ,LiC(SO2 CF3 )3 ,LiAlCl4 ,LiSiF6 ,LiCl, ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム,リチウムビスオキサレートボレート,あるいはLiBrなどが挙げられる。 As electrolyte salt, lithium salt is mentioned, for example, 1 type may be used independently, and 2 or more types may be mixed and used for it. The lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiClO 4, LiB (C 6 H 5) 4, LiCH 3 SO 3, LiCF 3 SO 3, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate, lithium bisoxalate borate, or LiBr.
なお、この二次電池の完全充電時における開回路電圧(すなわち電池電圧)は4.20Vでもよいが、4.20Vよりも高く4.25V以上4.80V以下の範囲内になるように設計されていることが好ましい。電池電圧を高くすることによりエネルギー密度を大きくすることができると共に、本実施の形態によれば、正極活物質の化学的安定性が向上されているので、電池電圧を高くしても優れたサイクル特性を得ることができるからである。その場合、電池電圧を4.20Vとする場合よりも、同じ正極活物質でも単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるので、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整される。 Note that the open circuit voltage (that is, the battery voltage) at the time of full charge of the secondary battery may be 4.20V, but it is designed to be higher than 4.20V and not lower than 4.25V and lower than 4.80V. It is preferable. The energy density can be increased by increasing the battery voltage, and according to the present embodiment, the chemical stability of the positive electrode active material is improved, so that an excellent cycle even if the battery voltage is increased. This is because characteristics can be obtained. In that case, since the amount of lithium released per unit mass increases even with the same positive electrode active material than when the battery voltage is set to 4.20 V, the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material are adjusted accordingly. .
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより形成する。
First, for example, the positive electrode
また、例えば、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。負極活物質層22Bは、例えば、気相法、液相法、焼成法、または塗布のいずれにより形成してもよく、それらの2以上を組み合わせてもよい。なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,熱CVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法あるいはプラズマCVD法等が利用可能である。液相法としては電解鍍金あるいは無電解鍍金等の公知の手法が利用可能である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法,反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が利用可能である。塗布の場合には、正極21と同様にして形成することができる。
Further, for example, the negative electrode
続いて、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。そののち、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図2,3に示した二次電池が形成される。
Subsequently, the
この二次電池では、充電を行うと、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、電解液を介して、負極活物質層22Bに含まれるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵される。次いで、放電を行うと、負極活物質層22B中のリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵されたリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。本実施の形態では、上述した正極活物質を用いているので、正極21の化学的安定性が高くなっており、完全充電時における開回路電圧を高くしても、正極21および電解液の劣化反応が抑制される。
In this secondary battery, when charged, lithium ions are released from the positive electrode
(第2の二次電池)
図4は本実施の形態に係る正極活物質を用いた第2の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものであり、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。
(Secondary secondary battery)
FIG. 4 illustrates a configuration of a second secondary battery using the positive electrode active material according to the present embodiment. In this secondary battery, a
正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
The
外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装部材40は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
The
図5は図4に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体30は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解質層36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。
FIG. 5 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally
正極33は、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有しており、負極34は、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有している。正極集電体33A,正極活物質層33B,負極集電体34A,負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、それぞれ上述した正極集電体21A,正極活物質層21B,負極集電体22A,負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。
The
電解質層36は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層36は高いイオン伝導率を得ることができると共に、漏液を防止することができるので好ましい。電解液の構成は、第1の二次電池と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル,ポリフッ化ビニリデン,フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体,ポリテトラフルオロエチレン,ポリヘキサフルオロプロピレン,ポリエチレンオキサイド,ポリプロピレンオキサイド,ポリフォスファゼン,ポリシロキサン,ポリ酢酸ビニル,ポリビニルアルコール,ポリメタクリル酸メチル,ポリアクリル酸,ポリメタクリル酸,スチレン−ブタジエンゴム,ニトリル−ブタジエンゴム,ポリスチレンあるいはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル,ポリフッ化ビニリデン,ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。
The
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、正極33および負極34を第1の二次電池と同様にして製造したのち、正極33および負極34のそれぞれに、電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。そののち、正極集電体33Aに正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を取り付ける。次いで、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回電極体30を形成する。最後に、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図4,5に示した二次電池が完成する。
First, after the
また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を外装部材40の内部に注入し、外装部材40の開口部を密封する。そののち、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成し、図4,5に示した二次電池を組み立てる。
Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the
この二次電池は、第1の二次電池と同様に作用する。 This secondary battery operates in the same manner as the first secondary battery.
このように本実施の形態によれば、複合酸化物粒子に、前駆体粒子を混合して被着するようにしたので、複合酸化物粒子に対する前駆体粒子の結着性を高めることができ、被覆層の被覆性を向上させることができる。また、被覆層の組成も容易に制御することができる。よって、正極活物質の化学的安定性を向上させることができ、高容量を得ることができると共に、充放電効率を向上させることができる。 Thus, according to the present embodiment, since the precursor particles are mixed and deposited on the composite oxide particles, the binding property of the precursor particles to the composite oxide particles can be improved, The coverage of the coating layer can be improved. Further, the composition of the coating layer can be easily controlled. Therefore, the chemical stability of the positive electrode active material can be improved, high capacity can be obtained, and charge / discharge efficiency can be improved.
特に、圧縮しつつせん断力を加えて複合酸化物粒子に前駆体粒子を被着するようにすれば、より高い効果を得ることができる。 In particular, a higher effect can be obtained if the precursor particles are deposited on the composite oxide particles by applying a shearing force while compressing.
更に、本発明の具体的な実施例について図面を参照して詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1−1〜1−3)
実施例1−1〜1−3およびこれに対する比較例1−1,1−2として、正極活物質を次のようにして作製した。
(Examples 1-1 to 1-3)
As Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2 corresponding thereto, positive electrode active materials were prepared as follows.
実施例1−1では、まず、複合酸化物粒子として、平均組成がLi1.03CoO2 であり、レーザー散乱法により測定した平均粒子径が13μmのコバルト酸リチウム粉末を用意すると共に、前駆体粒子として、炭酸リチウム粉末と、水酸化ニッケル粉末と、炭酸マンガン粉末とを、Li2 CO3 :Ni(OH)2 :MnCO3 =1.08:1:1のモル比で混合したものを用意した。次いで、この前駆体粒子を、ボールミル装置により湿式法で平均粒径が1μm以下となるまで粉砕し、70℃で減圧乾燥したのち、複合酸化物粒子100質量部に対して、Li1.08Ni0.5 Mn0.5 O2 に換算して10質量部となるように添加し、メカノフュージョン装置により1時間処理して複合酸化物粒子の表面に前駆体粒子を被着した。続いて、これを3℃/minの速度で昇温し、800℃で3時間保持したのち徐冷することにより被覆層を形成し、正極活物質を得た。 In Example 1-1, first, as the composite oxide particles, lithium cobaltate powder having an average composition of Li 1.03 CoO 2 and an average particle diameter measured by a laser scattering method of 13 μm was prepared, and as precursor particles A mixture prepared by mixing lithium carbonate powder, nickel hydroxide powder, and manganese carbonate powder at a molar ratio of Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = 1.08: 1: 1 was prepared. Then, the precursor particles, then the average particle size by a wet process is ground to a 1μm or less by ball mill, and dried under reduced pressure at 70 ° C., the composite oxide particles 100 parts by weight, Li 1.08 Ni 0.5 Mn It was added in an amount of 10 parts by weight in terms of 0.5 O 2, and the precursor particles is deposited in one hour to the surface of the composite oxide particles by mechanofusion device. Subsequently, this was heated at a rate of 3 ° C./min, held at 800 ° C. for 3 hours, and then gradually cooled to form a coating layer to obtain a positive electrode active material.
実施例1−2では、前駆体粒子として、水酸化リチウム粉末と、水酸化ニッケル粉末と、水酸化マンガン粉末とを、LiOH3 :Ni(OH)2 :Mn(OH)2 =1.08:0.5:0.5のモル比で混合したものを用いたことを除き、他は実施例1−1と同様にして正極活物質を作製した。 In Example 1-2, lithium hydroxide powder, nickel hydroxide powder, and manganese hydroxide powder were used as precursor particles, LiOH 3 : Ni (OH) 2 : Mn (OH) 2 = 1.08: A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that a mixture with a molar ratio of 0.5: 0.5 was used.
実施例1−3では、前駆体粒子として、炭酸リチウム粉末と、オキシ水酸化ニッケル粉末と、オキシ水酸化マンガン粉末とを、Li2 CO3 :NiOOH:MnOOH=1.08:1:1のモル比で混合したものを用いたことを除き、他は実施例1−1と同様にして正極活物質を作製した。 In Example 1-3, as precursor particles, lithium carbonate powder, nickel oxyhydroxide powder, and manganese oxyhydroxide powder were mixed at a molar ratio of Li 2 CO 3 : NiOOH: MnOOH = 1.08: 1: 1. A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that a mixture in a ratio was used.
作製した実施例1−1〜1−3の正極活物質を、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)とエネルギー分散型蛍光X線分析装置(Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer ;EDX)とを併用して観察したところ、複合酸化物粒子の表面に、粒径0.1μmから5μm程度のニッケルとマンガンとを含有する酸化物粒子が被着しており、ニッケルとマンガンとは複合酸化物粒子の表面にほぼ均一に存在している様子が見られた。また、正極活物質の平均粒径はいずれも約13.5μmであった。 Using the produced positive electrode active materials of Examples 1-1 to 1-3 together with a scanning electron microscope (SEM) and an energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (EDX) As a result, oxide particles containing nickel and manganese having a particle size of about 0.1 μm to 5 μm are deposited on the surface of the composite oxide particles. It was observed that it was present almost uniformly on the surface. The average particle diameter of the positive electrode active material was about 13.5 μm.
これに対して比較例1−1では、実施例1−1〜1−3で複合酸化物粒子として用いたコバルト酸リチウム粉末をそのまま正極活物質とした。比較例1−2では、まず、前駆体粒子として、硝酸リチウム粉末と、硝酸ニッケル粉末と、硝酸マンガン粉末とを、LiNO3 :Ni(NO3 )2 ・6H2 O:Mn(NO3 )2 ・6H2 O=1.08:0.5:0.5のモル比で混合したものを用意し、300質量部の純水にLi1.08Ni0.5 Mn0.5 O2 に換算して10質量部となるように添加して溶解させたのち、実施例1−1〜1−3と同一の複合酸化物粒子100質量部を添加して混合し、蒸発乾固させることにより複合酸化物粒子の表面に前駆体粒子を被着した。次いで、これを実施例1−1〜1−3と同一の条件で熱処理することにより被覆層を形成し、正極活物質を得た。 On the other hand, in Comparative Example 1-1, the lithium cobaltate powder used as the composite oxide particles in Examples 1-1 to 1-3 was used as a positive electrode active material as it was. In Comparative Example 1-2, first, lithium nitrate powder, nickel nitrate powder, and manganese nitrate powder were used as precursor particles, and LiNO 3 : Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O: Mn (NO 3 ) 2. A mixture of 6H 2 O = 1.08: 0.5: 0.5 is prepared, and 10 parts by mass in terms of Li 1.08 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 is converted into 300 parts by mass of pure water. After being added and dissolved, 100 parts by mass of the same composite oxide particles as in Examples 1-1 to 1-3 were added and mixed, and evaporated to dryness to the surface of the composite oxide particles. Precursor particles were deposited. Subsequently, this was heat-processed on the same conditions as Example 1-1 to 1-3, the coating layer was formed, and the positive electrode active material was obtained.
作製した実施例1−1〜1−3および比較例1−1,1−2の正極活物質を用い、図1,2に示したような二次電池を作製した。まず、作製した正極活物質粉末86質量%と、導電剤であるグラファイト10質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン4質量%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとしたのち、厚み20μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体21Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層21Bを形成することにより正極21を作製した。そののち、正極集電体21Aの一端にアルミニウム製の正極リード25を取り付けた。
Using the produced positive electrode active materials of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2, secondary batteries as shown in FIGS. First, 86% by mass of the prepared positive electrode active material powder, 10% by mass of graphite as a conductive agent, and 4% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was mixed. After being dispersed to form a positive electrode mixture slurry, it is uniformly coated on both surfaces of a positive electrode
また、負極活物質である人造黒鉛粉末90質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン10質量%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとしたのち、厚み10μmの帯状銅箔よりなる負極集電体22Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層22Bを形成することにより負極22を作製した。その際、正極活物質と負極活物質との量を調節し、完全充電時における開回路電圧が4.4Vであり、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるように設計した。そののち、負極集電体22Aの一端にニッケル製の負極リード26を取り付けた。
In addition, 90% by mass of artificial graphite powder as a negative electrode active material and 10% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a negative electrode mixture slurry. After that, the
次いで、作製した正極21と負極22とを、多孔性ポリオレフィンフィルムよりなるセパレータ23を介して多数回巻回し、巻回電極体20を作製した。続いて、巻回電極体20を一対の絶縁板12,13で挟み、負極リード26を電池缶11に溶接すると共に、正極リード25を安全弁機構15に溶接して、巻回電極体20をニッケルめっきした鉄製の電池缶11の内部に収納した。そののち、電池缶11の内部に電解液を注入し、ガスケット17を介して電池缶11をかしめることにより、安全弁機構15、熱感抵抗素子16および電池蓋14を固定し、外径18mm、高さ65mmの円筒型二次電池を得た。なお、電解液には、炭酸エチレンと炭酸ジメチルとを等体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を1.0mol/lとなるように溶解させたものを用いた。
Next, the produced
作製した実施例1−1〜1−3および比較例1−1,1−2の二次電池について、45℃で充放電を行い、初回容量およびサイクル特性を調べた。充電は、1000mAの定電流で電池電圧が4.4Vに達するまで定電流充電を行ったのち、定電圧で充電時間の合計が2.5時間となるまで定電圧充電を行い、完全充電状態とした。放電は、800mAの定電流で電池電圧が3.0Vに達するまで定電流放電を行い、完全放電状態とした。初回容量は1サイクル目の放電容量であり、サイクル特性は、初回容量に対する200サイクル目の放電容量の容量維持率を(200サイクル目の放電容量/初回容量)×100により求めた。得られた結果を表1に示す。 The fabricated secondary batteries of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2 were charged and discharged at 45 ° C., and the initial capacity and cycle characteristics were examined. Charging is performed at a constant current of 1000 mA until the battery voltage reaches 4.4 V, and then charged at a constant voltage until the total charging time reaches 2.5 hours. did. The discharge was performed at a constant current of 800 mA until the battery voltage reached 3.0 V, and the battery was completely discharged. The initial capacity was the discharge capacity at the first cycle, and the cycle characteristics were obtained by calculating the capacity retention ratio of the discharge capacity at the 200th cycle relative to the initial capacity by (discharge capacity at the 200th cycle / initial capacity) × 100. The obtained results are shown in Table 1.
表1に示したように、前駆体粒子をメカノフュージョンにより被着させた実施例1−1〜1−3によれば、被覆層を形成していない比較例1−1、および前駆体粒子を蒸発乾固により被着させた比較例1−2に比べて放電容量維持率を大幅に向上させることができた。すなわち、前駆体粒子を混合により被着させるようにすれば、正極活物質の化学的安定性が向上し、サイクル特性を向上させることができることが分かった。また、前駆体粒子には、水酸化物,オキシ水酸化物および炭酸塩のうちの少なくとも1種を用いるようにすれば、良好な結果が得られることも分かった。 As shown in Table 1, according to Examples 1-1 to 1-3 in which precursor particles were deposited by mechanofusion, Comparative Example 1-1 in which a coating layer was not formed, and precursor particles Compared with Comparative Example 1-2 deposited by evaporation to dryness, the discharge capacity retention rate could be greatly improved. That is, it was found that if the precursor particles are deposited by mixing, the chemical stability of the positive electrode active material is improved and the cycle characteristics can be improved. It has also been found that good results can be obtained if at least one of hydroxide, oxyhydroxide and carbonate is used for the precursor particles.
(実施例2−1,2−2)
複合酸化物粒子の平均組成を変えたことを除き、他は実施例1−1と同様にしてメカノフュージョンにより前駆体粒子を被着して正極活物質および二次電池を作製した。その際、実施例2−1では平均組成がLi1.03Co0.98Al0.01Mg0.01O2 の複合酸化物粒子を用い、実施例2−2では平均組成がLi1.03Co0.333 Ni0.333 Mn0.333 O2 の複合酸化物粒子を用いた。また、本実施例に対する比較例2−1として、平均組成がLi1.03Co0.98Al0.01Mg0.01O2 の複合酸化物粒子を用いたことを除き、比較例1−2と同様にして蒸発乾固により前駆体粒子を被着して正極活物質および二次電池を作製した。
(Examples 2-1 and 2-2)
Except that the average composition of the composite oxide particles was changed, the precursor particles were deposited by mechanofusion in the same manner as in Example 1-1 to produce a positive electrode active material and a secondary battery. At that time, in Example 2-1, composite oxide particles having an average composition of Li 1.03 Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 were used, and in Example 2-2, an average composition of Li 1.03 Co 0.333 Ni 0.333 Mn 0.333 O 2 was used. Composite oxide particles were used. Further, as Comparative Example 2-1 for this example, evaporation to dryness was performed in the same manner as Comparative Example 1-2, except that composite oxide particles having an average composition of Li 1.03 Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 were used. Thus, the precursor particles were deposited to prepare a positive electrode active material and a secondary battery.
作製した実施例2−1,2−2および比較例2−1の二次電池についても、実施例1−1と同様にして初回容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を実施例1−1および比較例1−2の結果と共に表2に示す。 For the fabricated secondary batteries of Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2-1, the initial capacity and cycle characteristics were examined in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 2 together with the results of Example 1-1 and Comparative example 1-2.
表2に示したように、実施例2−1,2−2においても、実施例1−1と同様に、蒸発乾固により前駆体粒子を被着した比較例1−2,2−1よりも容量維持率を大幅に向上させることができた。また、コバルトの一部を他の元素Mで置換した複合酸化物粒子を用いた実施例2−1,2−2の方が、コバルト酸リチウムを用いた実施例1−1よりも容量維持率をより向上させることができた。但し、他の元素Mの置換量を多くした実施例2−2では、容量の低下が見られた。すなわち、コバルトの一部を他の元素Mで置換した複合酸化物粒子を用いるようにしてもよいが、元素Mの組成比は0.5よりも小さくすることが好ましいことが分かった。 As shown in Table 2, also in Examples 2-1 and 2-2, as in Example 1-1, from Comparative Examples 1-2 and 2-1 where precursor particles were deposited by evaporation to dryness Even the capacity maintenance rate could be greatly improved. Further, Examples 2-1 and 2-2 using composite oxide particles in which a part of cobalt was substituted with another element M had a capacity retention rate higher than that of Example 1-1 using lithium cobaltate. We were able to improve more. However, in Example 2-2 in which the substitution amount of the other element M was increased, a decrease in capacity was observed. That is, composite oxide particles in which a part of cobalt is substituted with another element M may be used, but it has been found that the composition ratio of the element M is preferably smaller than 0.5.
(実施例3−1〜3−5)
前駆体粒子の組成を変えて被覆層の組成を変化させたことを除き、他は実施例1−1と同様にしてメカノフュージョンにより前駆体粒子を被着して正極活物質および二次電池を作製した。その際、実施例3−1では、炭酸リチウム粉末と、水酸化ニッケル粉末と、炭酸マンガン粉末とを、Li2 CO3 :Ni(OH)2 :MnCO3 =1.08:1.6:0.4のモル比で混合した前駆体粒子を用いた。実施例3−2では、炭酸リチウム粉末と、水酸化ニッケル粉末とを、Li2 CO3 :Ni(OH)2 =0.54:1のモル比で混合した前駆体粒子を用いた。実施例3−3では、炭酸リチウム粉末と、水酸化マンガン粉末とを、Li2 CO3 :Mn(OH)2 =0.27:1のモル比で混合した前駆体粒子を用いた。実施例3−4では、炭酸リチウム粉末と、水酸化ニッケル粉末と、炭酸マンガン粉末と、水酸化コバルト粉末とを、Li2 CO3 :Ni(OH)2 :MnCO3 :Co(OH)2 =1.06:0.333:0.333:0.333のモル比で混合した前駆体粒子を用いた。実施例3−5では、炭酸リチウム粉末と、水酸化ニッケル粉末と、炭酸マンガン粉末と、水酸化コバルト粉末とを、Li2 CO3 :Ni(OH)2 :MnCO3 :Co(OH)2 =1.06:0.5:0.3:0.2のモル比で混合した前駆体粒子を用いた。
(Examples 3-1 to 3-5)
Except that the composition of the precursor particles was changed to change the composition of the coating layer, except that the precursor particles were deposited by mechanofusion in the same manner as in Example 1-1 to obtain the positive electrode active material and the secondary battery. Produced. At that time, in Example 3-1, the lithium carbonate powder, the nickel hydroxide powder, and the manganese carbonate powder were mixed with Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = 1.08: 1.6: 0. Precursor particles mixed at a molar ratio of .4 were used. In Example 3-2, precursor particles in which lithium carbonate powder and nickel hydroxide powder were mixed at a molar ratio of Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 = 0.54: 1 were used. In Example 3-3, precursor particles in which lithium carbonate powder and manganese hydroxide powder were mixed at a molar ratio of Li 2 CO 3 : Mn (OH) 2 = 0.27: 1 were used. In Example 3-4, lithium carbonate powder, nickel hydroxide powder, manganese carbonate powder, and cobalt hydroxide powder were mixed with Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 : Co (OH) 2 = Precursor particles mixed at a molar ratio of 1.06: 0.333: 0.333: 0.333 were used. In Example 3-5, lithium carbonate powder, nickel hydroxide powder, manganese carbonate powder, and cobalt hydroxide powder were mixed with Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 : Co (OH) 2 = Precursor particles mixed at a molar ratio of 1.06: 0.5: 0.3: 0.2 were used.
作製した実施例3−1〜3−5の二次電池についても、実施例1−1と同様にして初回容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を実施例1−1および比較例1−1,1−2の結果と共に表3に示す。 For the fabricated secondary batteries of Examples 3-1 to 3-5, the initial capacity and the cycle characteristics were examined in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 3 together with the results of Example 1-1 and Comparative Examples 1-1 and 1-2.
表3に示したように、ニッケルおよびマンガンを含む被覆層を形成した実施例1−1,3−1の方が、そのいずれか一方のみを含む被覆層を形成した実施例3−2,3−3に比べて、より高い容量維持率を得ることができた。すなわち、被覆層にニッケルおよびマンガンを含むようにした方が、化学的安定性をより向上させることができ好ましいことが分かった。 As shown in Table 3, Examples 1-1 and 3-1 in which a coating layer containing nickel and manganese was formed had Examples 3-2 and 3 in which a coating layer containing only one of them was formed. Compared to -3, a higher capacity retention rate could be obtained. That is, it has been found that it is preferable to include nickel and manganese in the coating layer because the chemical stability can be further improved.
また、ニッケルおよびマンガンに加えて他の元素を添加して被覆層を形成した実施例3−4,3−5においても、実施例1−1と同様に、容量維持率を向上させることができた。すなわち、ニッケルおよびマンガン以外の他の元素を添加して被覆層を形成するようにしてもよいことが分かった。 In addition, in Examples 3-4 and 3-5 in which the coating layer is formed by adding other elements in addition to nickel and manganese, the capacity retention rate can be improved as in Example 1-1. It was. That is, it has been found that the coating layer may be formed by adding elements other than nickel and manganese.
(実施例4−1〜4−5,5−1,5−2)
複合酸化物粒子100質量部に対する前駆体粒子の添加量を、Li1.08Ni0.5 Mn0.5 O2 に換算して表4に示したように変化させたことを除き、実施例1−1または実施例2−1と同様にして、正極活物質および二次電池を作製した。その際、実施例4−1〜4−5では、実施例1−1と同様に、複合酸化物粒子にLi1.03CoO2 を用い、実施例5−1,5−2では、実施例2−1と同様に、複合酸化物粒子にLi1.03Co0.98Al0.01Mg0.01O2 を用いた。
(Examples 4-1 to 4-5, 5-1 and 5-2)
Example 1-1 or Example except that the amount of the precursor particles added to 100 parts by mass of the composite oxide particles was changed to Li 1.08 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 and changed as shown in Table 4. In the same manner as in 2-1, a positive electrode active material and a secondary battery were produced. At that time, in Examples 4-1 to 4-5, Li 1.03 CoO 2 was used for the composite oxide particles as in Example 1-1, and in Examples 5-1 and 5-2, Example 2- As in 1, Li 1.03 Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 was used for the composite oxide particles.
作製した実施例4−1〜4−5,5−1,5−2の二次電池についても、実施例1−1,2−1と同様にして初回容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を実施例1−1および実施例2−1の結果と共に表4に示す。 For the fabricated secondary batteries of Examples 4-1 to 4-5, 5-1 and 5-2, the initial capacity and cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 and 2-1. The results are shown in Table 4 together with the results of Example 1-1 and Example 2-1.
表4に示したように、被覆層の量を増加させると、容量維持率は向上するものの、容量は低下する傾向が見られた。すなわち、被覆層の量は、複合酸化物粒子の2質量%以上30質量%以下の範囲内とすることが好ましく、5質量%以上20質量%以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。 As shown in Table 4, when the amount of the coating layer was increased, the capacity retention ratio was improved, but the capacity tended to decrease. That is, the amount of the coating layer is preferably in the range of 2% by mass to 30% by mass of the composite oxide particles, and more preferably in the range of 5% by mass to 20% by mass. .
(実施例6−1〜6−3)
実施例1−1と同一の正極活物質を用い、完全充電時における開回路電圧が4.2V,4.3Vまたは4.5Vとなるように正極活物質と負極活物質との量を調節したことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。また、本実施例に対する比較例6−1〜6−3として、比較例1−1と同一の正極活物質、すなわち実施例1−1で複合酸化物粒子に用いたコバルト酸リチウムを正極活物質として用い、完全充電時における開回路電圧が4.2V,4.3Vまたは4.5Vとなるように正極活物質と負極活物質との量を調節したことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。
(Examples 6-1 to 6-3)
Using the same positive electrode active material as in Example 1-1, the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material were adjusted so that the open circuit voltage at the time of full charge was 4.2 V, 4.3 V, or 4.5 V. Except for this, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1. Further, as Comparative Examples 6-1 to 6-3 for this example, the same positive electrode active material as Comparative Example 1-1, that is, lithium cobaltate used for the composite oxide particles in Example 1-1 was used as the positive electrode active material. Example 1-1 except that the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material were adjusted so that the open circuit voltage during full charge was 4.2 V, 4.3 V, or 4.5 V. A secondary battery was fabricated in the same manner as described above.
作製した実施例6−1〜6−3および比較例6−1〜6−3の二次電池についても、実施例1−1と同様にして充放電を行い、初回容量およびサイクル特性を調べた。その際、充電電圧は4.2V,4.3Vまたは4.5Vとそれぞれ変化させた。それらの結果を表5に示す。 The fabricated secondary batteries of Examples 6-1 to 6-3 and Comparative Examples 6-1 to 6-3 were charged and discharged in the same manner as in Example 1-1, and the initial capacity and cycle characteristics were examined. . At that time, the charging voltage was changed to 4.2V, 4.3V, or 4.5V, respectively. The results are shown in Table 5.
表5に示したように、被覆層を設けていない比較例1−1,6−1〜6−3によれば、充電電圧を高くするに従い初回容量は向上するものの、容量維持率は大幅に低下した。これに対して、上述した被覆層を設けた実施例1−1,6−1〜6−3によれば、容量維持率の低下は小さく、比較例1−1,6−1〜6−3に比べて大幅に向上させることができた。また、充電電圧を高くするほどその効果は大きかった。すなわち、電池電圧を4.2Vよりも高くした場合により高い効果を得られることが分かった。 As shown in Table 5, according to Comparative Examples 1-1, 6-1 to 6-3 in which no coating layer is provided, the initial capacity is improved as the charging voltage is increased, but the capacity maintenance rate is greatly increased. Declined. On the other hand, according to Examples 1-1, 6-1 to 6-3 provided with the above-described coating layers, the decrease in the capacity retention rate is small, and Comparative Examples 1-1, 6-1 to 6-3. It was possible to improve significantly compared to. In addition, the effect was greater as the charging voltage was increased. That is, it was found that a higher effect can be obtained when the battery voltage is higher than 4.2V.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態または実施例では、液状の電解質である電解液または電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子電解質、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質、溶融塩電解質、またはこれらを混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment or example, the case of using an electrolyte solution that is a liquid electrolyte or a gel electrolyte in which an electrolyte solution is held in a polymer compound has been described. However, other electrolytes may be used. Good. Other electrolytes include, for example, a polymer electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, an inorganic solid electrolyte made of ion conductive ceramics, ion conductive glass, or ionic crystals, or a molten salt electrolyte. Or a mixture thereof.
また、上記実施の形態および実施例では、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池について説明したが、本発明は、負極活物質にリチウム金属を用い、負極の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属二次電池、または、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるようにした二次電池についても同様に適用することができる。 In the above embodiments and examples, a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium has been described. However, the present invention relates to lithium metal as the negative electrode active material. The capacity of the negative electrode used is a so-called lithium metal secondary battery whose capacity is represented by the deposition and dissolution of lithium, or the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium is more charged than the positive electrode. The same applies to a secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is expressed by the sum thereof, by reducing the capacity. be able to.
更に、上記実施の形態および実施例では、巻回構造を有する二次電池について説明したが、本発明は、正極および負極を折り畳んだりあるいは積み重ねた他の構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。加えて、いわゆるコイン型,ボタン型あるいは角型などの他の形状を有する二次電池についても適用することができる。また、二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。 Further, in the above embodiments and examples, the secondary battery having a winding structure has been described, but the present invention is similarly applied to a secondary battery having another structure in which the positive electrode and the negative electrode are folded or stacked. can do. In addition, the present invention can also be applied to secondary batteries having other shapes such as a so-called coin type, button type, or square type. Moreover, not only a secondary battery but a primary battery is applicable.
11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構,15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質層、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21, 33 ... Positive electrode, 21A, 33A ... Positive electrode current collector, 21B, 33B ... Positive electrode active material layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22A, 34A ... Negative electrode current collector, 22B, 34B ... Negative electrode active material layer, 23, 35 ... Separator , 24 ... Center pin, 25, 31 ... Positive electrode lead, 26, 32 ... Negative electrode lead, 36 ... Electrolyte layer, 37 ... Protective tape, 40 ... Exterior member, 41 ... Adhesion film.
Claims (15)
前記被覆層は、前記複合酸化物粒子に、前記被覆元素の水酸化物,オキシ水酸化物,炭酸塩および炭酸水素塩からなる群のうちの少なくとも1種を含む前駆体粒子を混合により被着し、加熱処理することにより形成した
ことを特徴とする正極活物質。 An oxide coating layer containing a coating element of at least one of lithium, nickel (Ni), and manganese (Mn) is formed on at least a part of the composite oxide particles containing lithium (Li) and cobalt (Co). A positive electrode active material formed,
The coating layer adheres the composite oxide particles by mixing precursor particles containing at least one of the group consisting of hydroxide, oxyhydroxide, carbonate and bicarbonate of the coating element. And a positive electrode active material formed by heat treatment.
(化1)
Li(1+x) Co(1-y) My O(2-z)
(化1において、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),ニオブ(Nb),カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種であり、x,yおよびzは、それぞれ−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20の範囲内の値である。) 2. The positive electrode active material according to claim 1, wherein an average composition of the composite oxide particles is represented by Chemical Formula 1. 3.
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca) and strontium (Sr) ), And x, y, and z are −0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, and −0.10 ≦ z ≦ 0.20, respectively. It is a value within the range.)
前記複合酸化物粒子の少なくとも一部に、前記被覆元素の水酸化物,オキシ水酸化物,炭酸塩および炭酸水素塩からなる群のうちの少なくとも1種を含む前駆体粒子を混合することにより被着する工程と、
前駆体粒子を被着したのち、加熱処理することにより、前記被覆層を形成する工程と
を含むことを特徴とする正極活物質の製造方法。 An oxide coating layer containing a coating element of at least one of lithium, nickel (Ni), and manganese (Mn) is formed on at least a part of the composite oxide particles containing lithium (Li) and cobalt (Co). A method for producing a formed positive electrode active material, comprising:
A mixture of precursor particles containing at least one member selected from the group consisting of hydroxide, oxyhydroxide, carbonate and bicarbonate of the covering element is mixed with at least a part of the composite oxide particles. Wearing process;
Forming a coating layer by applying a heat treatment after depositing the precursor particles.
(化1)
Li(1+x) Co(1-y) My O(2-z)
(化1において、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),ニオブ(Nb),カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種であり、x,yおよびzは、それぞれ−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20の範囲内の値である。) 8. The method for producing a positive electrode active material according to claim 7, wherein the composite oxide particles are those having an average composition represented by chemical formula (1).
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca) and strontium (Sr) ), And x, y, and z are −0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, and −0.10 ≦ z ≦ 0.20, respectively. It is a value within the range.)
前記正極は、リチウム(Li)とコバルト(Co)とを含む複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウムとニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方との被覆元素を含む酸化物の被覆層を形成した正極活物質を含有し、
前記被覆層は、前記複合酸化物粒子に、前記被覆元素の水酸化物,オキシ水酸化物,炭酸塩および炭酸水素塩からなる群のうちの少なくとも1種を含む前駆体粒子を混合により被着し、加熱処理することにより形成した
ことを特徴とする電池。 A battery including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The positive electrode includes an oxide containing a covering element of at least one of lithium, nickel (Ni), and manganese (Mn) in at least part of a composite oxide particle containing lithium (Li) and cobalt (Co). Containing a positive electrode active material with a coating layer of
The coating layer adheres the composite oxide particles by mixing precursor particles containing at least one of the group consisting of hydroxide, oxyhydroxide, carbonate and bicarbonate of the coating element. And a battery formed by heat treatment.
(化1)
Li(1+x) Co(1-y) My O(2-z)
(化1において、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),ニオブ(Nb),カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種であり、x,yおよびzは、それぞれ−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20の範囲内の値である。) The battery according to claim 10, wherein an average composition of the composite oxide particles is represented by Chemical Formula 1.
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca) and strontium (Sr) ), And x, y, and z are −0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, and −0.10 ≦ z ≦ 0.20, respectively. It is a value within the range.)
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