JP2007048711A - Anode active material, manufacturing method of the same, and battery - Google Patents

Anode active material, manufacturing method of the same, and battery Download PDF

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Masanori Soma
正典 相馬
Yuudai Oyama
有代 大山
Haruo Watanabe
春夫 渡辺
Hideto Azuma
秀人 東
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anode active material of which chemical stability can be further improved, and manufacturing method of the same, and a battery. <P>SOLUTION: A coated layer containing at least either one of Ni or Mn is formed on Co-containing compound not containing Li (step S110), afterwards, mixed with Li compound and heat treatment is applied (step S120). By this, the surface of particles of the positive electrode active material can be covered more homogeneously with a stable complex oxide containing at least either one of Ni or Mn. Moreover, it can be synthesized by one time of heat-treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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よりな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に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material comprising composite oxide particles containing lithium (Li) and cobalt (Co), a method for producing the same, and a battery using the same.

近年、ビデオカメラあるいはノート型パソコンなどのポータブル機器の普及に伴い、小型高容量の二次電池に対する需要が高まっている。現在使用されている二次電池には、アルカリ電解液を用いたニッケル−カドミウム電池があるが、電池電圧が1.2Vと低く、エネルギー密度を向上させることが難しい。そのため、比重が0.534と固体の単体中最も軽いうえ、電位が極めて卑であり、単位質量当たりの電流容量も金属負極材料中最大であるリチウム金属を用いたいわゆるリチウム金属二次電池の開発が検討されてきた。しかし、リチウム金属二次電池では、充放電に伴い負極にリチウムが樹枝状に成長し、サイクル特性が低下したり、あるいはセパレータを突き破って内部短絡を生じてしまうなどの問題があった。そこで、コークスなどの炭素材料を負極に用い、アルカリ金属イオンを吸蔵および放出することにより充放電を繰り返す二次電池が開発され、充放電に伴う負極の劣化が改善された(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, with the widespread use of portable devices such as video cameras or laptop computers, the demand for small, high-capacity secondary batteries has increased. Currently used secondary batteries include nickel-cadmium batteries using an alkaline electrolyte, but the battery voltage is as low as 1.2 V, and it is difficult to improve the energy density. Therefore, development of a so-called lithium metal secondary battery using lithium metal having a specific gravity of 0.534, which is the lightest among solid solids, has a very low potential, and has the largest current capacity per unit mass among metal anode materials. Has been studied. However, the lithium metal secondary battery has a problem that lithium is dendriticly grown on the negative electrode with charge / discharge and cycle characteristics are deteriorated or an internal short circuit is caused by breaking through the separator. Therefore, a secondary battery that repeats charge and discharge by using a carbon material such as coke for the negative electrode and occludes and releases alkali metal ions has been developed, and deterioration of the negative electrode due to charge and discharge has been improved (for example, Patent Document 1). reference).

一方、正極活物質には、4V前後の電池電圧を得ることができるものとして、アルカリ金属を含む遷移金属カルコゲン化物が知られている。中でも、コバルト酸リチウムあるいはニッケル酸リチウムなどの複合酸化物は高電位、安定性および長寿命という点から有望であり、特に、コバルト酸リチウムは高電位を示すことから、充電電圧を高くすることによりエネルギー密度を向上させることが期待される。   On the other hand, transition metal chalcogenides containing alkali metals are known as positive electrode active materials that can obtain a battery voltage of around 4V. Among these, composite oxides such as lithium cobaltate or lithium nickelate are promising in terms of high potential, stability, and long life. In particular, lithium cobaltate exhibits high potential, so by increasing the charging voltage. It is expected to improve the energy density.

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、リチウムコバルト複合酸化物の表面に金属酸化物を乾式混合により被着し、熱処理するものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開昭62−90863号公報 特開2003−221234号公報
Conventionally, as a means for improving the stability of the positive electrode active material, it is known to form a coating layer on the surface of the composite oxide particles. As a method for forming a coating layer, a method is known in which a metal oxide is deposited on the surface of a lithium cobalt composite oxide by dry mixing and heat-treated (see, for example, Patent Document 2).
JP 62-90863 A JP 2003-221234 A

しかしながら、充電電圧を高くするには化学的安定性をより向上させる必要があり、更なる改善が求められていた。   However, in order to increase the charging voltage, it is necessary to further improve the chemical stability, and further improvement has been demanded.

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、化学的安定性をより向上させることができる正極活物質およびその製造方法、並びに電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a positive electrode active material capable of further improving chemical stability, a method for producing the same, and a battery.

本発明による正極活物質は、平均組成が化1で表される粒子状のものであって、コバルトを含みリチウムを含まないコバルト含有化合物粒子に、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方を含む被覆層を形成したのち、リチウム化合物と混合して熱処理することにより得られたものであり、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方は、粒子内部よりも粒子表面層における濃度の方が高いものである。
(化1)
Li(1+a) Co(1-x-y-z) Nix Mny z (2-b) c
(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),鉄(Fe),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。x,yおよびzは、それぞれ0≦x≦0.30、0≦y≦0.30、0≦z≦0.10の範囲内の値であり、xおよびyの少なくとも一方は零よりも大きく、a,bおよびcは、それぞれ−0.10≦a≦0.10、−0.10≦b≦0.20、0≦c≦0.10の範囲内の値である。)
The positive electrode active material according to the present invention is in the form of particles whose average composition is represented by chemical formula 1, and includes cobalt-containing compound particles containing cobalt and not containing lithium, of nickel (Ni) and manganese (Mn). It is obtained by forming a coating layer containing at least one and then heat-mixing with a lithium compound, and at least one of nickel and manganese is more concentrated in the particle surface layer than inside the particle. It is expensive.
(Chemical formula 1)
Li (1 + a) Co ( 1-xyz) Ni x Mn y M z O (2-b) F c
(In chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn ), Molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca) and strontium (Sr) X, y, and z are values within the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.30, 0 ≦ y ≦ 0.30, and 0 ≦ z ≦ 0.10, and at least one of x and y is zero. And a, b, and c are values in the ranges of −0.10 ≦ a ≦ 0.10, −0.10 ≦ b ≦ 0.20, and 0 ≦ c ≦ 0.10, respectively.

本発明による正極活物質の製造方法は、平均組成が化1で表される粒子状の正極活物質を製造するものであって、コバルトを含みリチウムを含まないコバルト含有化合物粒子に、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含む被覆層を形成したのち、リチウム化合物と混合して熱処理する工程を含むものである。
(化1)
Li(1+a) Co(1-x-y-z) Nix Mny z (2-b) c
(化1において、Mはマグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,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種である。x,yおよびzは、それぞれ0≦x≦0.30、0≦y≦0.30、0≦z≦0.10の範囲内の値であり、xおよびyの少なくとも一方は零よりも大きく、a,bおよびcは、それぞれ−0.10≦a≦0.10、−0.10≦b≦0.20、0≦c≦0.10の範囲内の値である。)
A method for producing a positive electrode active material according to the present invention is a method for producing a particulate positive electrode active material having an average composition represented by chemical formula 1, wherein cobalt-containing compound particles containing cobalt and not containing lithium are mixed with nickel and manganese. And forming a coating layer containing at least one of the above, followed by heat treatment by mixing with a lithium compound.
(Chemical formula 1)
Li (1 + a) Co ( 1-xyz) Ni x Mn y M z O (2-b) F c
(In Chemical Formula 1, M is at least one member selected from the group consisting of magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium, and strontium. X, y, and z are values within the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.30, 0 ≦ y ≦ 0.30, and 0 ≦ z ≦ 0.10, respectively, and at least one of x and y is less than zero. A, b, and c are values in the ranges of -0.10≤a≤0.10, -0.10≤b≤0.20, and 0≤c≤0.10, respectively.)

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、平均組成が化1で表される粒子状の正極活物質を含有し、正極活物質は、コバルトを含みリチウムを含まないコバルト含有化合物粒子に、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含む被覆層を形成したのち、リチウム化合物と混合して熱処理することにより得られたものであり、正極活物質におけるニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方の濃度は、粒子内部よりも粒子表面層の方が高いものである。
(化1)
Li(1+a) Co(1-x-y-z) Nix Mny z (2-b) c
(化1において、Mはマグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,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種である。x,yおよびzは、それぞれ0≦x≦0.30、0≦y≦0.30、0≦z≦0.10の範囲内の値であり、xおよびyの少なくとも一方は零よりも大きく、a,bおよびcは、それぞれ−0.10≦a≦0.10、−0.10≦b≦0.20、0≦c≦0.10の範囲内の値である。)
A battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, the positive electrode contains a particulate positive electrode active material having an average composition represented by Chemical Formula 1, and the positive electrode active material contains cobalt. It is obtained by forming a coating layer containing at least one of nickel and manganese on cobalt-containing compound particles not containing lithium, and then mixing and heat-treating with a lithium compound. The concentration of at least one of manganese is higher in the particle surface layer than in the particles.
(Chemical formula 1)
Li (1 + a) Co ( 1-xyz) Ni x Mn y M z O (2-b) F c
(In Chemical Formula 1, M is at least one member selected from the group consisting of magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium, and strontium. X, y, and z are values within the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.30, 0 ≦ y ≦ 0.30, and 0 ≦ z ≦ 0.10, respectively, and at least one of x and y is less than zero. A, b, and c are values in the ranges of -0.10≤a≤0.10, -0.10≤b≤0.20, and 0≤c≤0.10, respectively.)

本発明の正極活物質およびその製造方法によれば、コバルト含有化合物粒子に被覆層を形成したのちリチウム化合物と混合して熱処理するようにしたので、粒子表面をニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含む安定な複合酸化物により均一に覆うことができる。よって、容量を高くすることができると共に、化学的安定性をより向上させることができる。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。また、正極活物質を1回の熱処理により製造することができ、製造工程の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。   According to the positive electrode active material and the method for producing the same of the present invention, since the coating layer is formed on the cobalt-containing compound particles and then mixed with the lithium compound and heat-treated, at least one of nickel and manganese is coated on the particle surface. It can be uniformly covered with the stable complex oxide. Therefore, the capacity can be increased and the chemical stability can be further improved. 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. Further, the positive electrode active material can be manufactured by a single heat treatment, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

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、平均組成が化1で表される粒子状のものであり、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方は、粒子内部よりも粒子表面層における濃度の方が高くなっている。ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含む複合酸化物は化学的安定性が高く、かつ、充放電にも寄与するが、粒子内部まで均一に固溶させると容量が低下してしまうからである。   The positive electrode active material according to an embodiment of the present invention is a particulate material having an average composition represented by Chemical Formula 1, and at least one of nickel and manganese has a concentration in the particle surface layer that is higher than that in the particle. Is higher. This is because a composite oxide containing at least one of nickel and manganese has high chemical stability and contributes to charge / discharge, but the capacity is lowered when it is uniformly dissolved into the inside of the particles.

(化1)
Li(1+a) Co(1-x-y-z) Nix Mny z (2-b) c
化1において、Mはマグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,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種である。
(Chemical formula 1)
Li (1 + a) Co ( 1-xyz) Ni x Mn y M z O (2-b) F c
In Chemical Formula 1, M is at least one member selected from the group consisting of magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium, and strontium. .

xおよびyは、それぞれ0≦x≦0.30、0≦y≦0.30の範囲内の値であり、xおよびyの少なくとも一方は零よりも大きい。ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含むことにより、化学的安定性を向上させることができるが、その一方で、そ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。   x and y are values within the range of 0 ≦ x ≦ 0.30 and 0 ≦ y ≦ 0.30, respectively, and at least one of x and y is greater than zero. By including at least one of nickel and manganese, the chemical stability can be improved. On the other hand, if the content increases, the capacity decreases.

zは0≦z≦0.10の範囲内の値であり、元素Mは含まれていても含まれていなくてもよい。元素Mを含むことにより結晶構造を安定化させることができ、化学的安定性または熱安定性などを向上させることができるが、含有量が多くなると容量が低下してしまうからである。   z is a value within the range of 0 ≦ z ≦ 0.10, and the element M may or may not be included. By including the element M, the crystal structure can be stabilized and chemical stability or thermal stability can be improved, but the capacity decreases as the content increases.

aおよびbは、それぞれ−0.10≦a≦0.10、−0.10≦b≦0.20の範囲内の値である。これらの範囲内において高い容量を得ることができるからである。また、cは、0≦c≦0.10の範囲内であり、フッ素(F)は含まれていても含まれていなくてもよい。フッ素を含むことにより化学的安定性をより向上させることができるが、含有量が多くなると容量が低下してしまうからである。   a and b are values in the range of −0.10 ≦ a ≦ 0.10 and −0.10 ≦ b ≦ 0.20, respectively. This is because a high capacity can be obtained within these ranges. C is in the range of 0 ≦ c ≦ 0.10, and fluorine (F) may or may not be included. This is because the chemical stability can be further improved by containing fluorine, but the capacity decreases as the content increases.

この正極活物質の平均粒子径は、1.0μm以上50μm未満の範囲内であることが好ましい。1.0μm未満では、正極活物質の充填性が悪化して、容量が低下してしまい、50μm以上では、負荷特性などが悪化してしまうからである。また、正極活物質の比表面積は、0.1m2 /g以上3m2 /g未満の範囲内であることが好ましい。0.1m2 /g未満では十分な負荷特性を得ることが難しく、3m2 /g以上では熱安定性が低下してしまうからである。 The average particle size of the positive electrode active material is preferably in the range of 1.0 μm or more and less than 50 μm. If the thickness is less than 1.0 μm, the filling property of the positive electrode active material is deteriorated and the capacity is reduced, and if it is 50 μm or more, the load characteristics are deteriorated. The specific surface area of the positive electrode active material is preferably in the range of less than 0.1 m 2 / g or more 3m 2 / g. If it is less than 0.1 m 2 / g, it is difficult to obtain sufficient load characteristics, and if it is 3 m 2 / g or more, the thermal stability is lowered.

また、この正極活物質は、コバルトを含みリチウムを含まないコバルト含有化合物粒子に、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含む被覆層を形成したのち、リチウム化合物と混合して熱処理することにより得られたものである。これにより、この正極活物質では、粒子表面をニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含む安定な複合酸化物により均一に覆うことができ、化学的安定性をより向上させることができるようになっている。   Further, the positive electrode active material is obtained by forming a coating layer containing at least one of nickel and manganese on cobalt-containing compound particles containing cobalt and not containing lithium, and then mixing and heat-treating with the lithium compound. It is a thing. Thereby, in this positive electrode active material, the particle surface can be uniformly covered with a stable composite oxide containing at least one of nickel and manganese, and the chemical stability can be further improved. Yes.

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、コバルトを含みリチウムを含まないコバルト含有化合物粒子に、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含む被覆層を形成する(ステップS110)。   FIG. 1 shows a process of one manufacturing method of this positive electrode active material. First, a coating layer containing at least one of nickel and manganese is formed on cobalt-containing compound particles that contain cobalt and do not contain lithium (step S110).

コバルト含有化合物粒子には、水酸化物,酸化物およびオキシ水酸化物からなる群のうちの少なくとも1種を用いることが好ましい。不純物の少ない正極活物質を合成することができると共に、炭酸塩などの他の化合物よりも結晶性をより向上させることができ、より高い特性を得ることができるからである。また、コバルト含有化合物粒子には、コバルトに加えて、マンガン,ニッケルおよび化1に示した元素Mからなる群のうちの少なくとも1種を含むものを用いてもよい。上述したように、結晶構造を安定化させることができるからである。このようなコバルト含有化合物粒子は、共沈法などにより合成することができる。コバルト含有化合物粒子の平均粒子径は、0.5μm以上50μm以下とすることが好ましい。これにより、正極活物質の平均粒子径を上述した好ましい範囲内とすることができるからである。   For the cobalt-containing compound particles, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of hydroxides, oxides and oxyhydroxides. This is because a positive electrode active material with few impurities can be synthesized, crystallinity can be improved more than other compounds such as carbonates, and higher characteristics can be obtained. In addition to cobalt, the cobalt-containing compound particles may include those containing at least one selected from the group consisting of manganese, nickel, and element M shown in Chemical Formula 1. This is because the crystal structure can be stabilized as described above. Such cobalt-containing compound particles can be synthesized by a coprecipitation method or the like. The average particle size of the cobalt-containing compound particles is preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less. Thereby, the average particle diameter of the positive electrode active material can be within the preferable range described above.

被覆層は、水酸化物およびオキシ水酸化物からなる群のうちの少なくとも1種により形成することが好ましい。容易に均一な被膜を形成することができるからである。また、被覆層についても、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方に加えて、コバルトおよび化1に示した元素Mからなる群のうちの少なくとも1種を含むように形成してもよい。   The coating layer is preferably formed of at least one selected from the group consisting of hydroxide and oxyhydroxide. This is because a uniform film can be easily formed. The covering layer may also be formed so as to include at least one of the group consisting of cobalt and the element M shown in Chemical Formula 1 in addition to at least one of nickel and manganese.

なお、被覆層は、被覆層の成分を含むアルカリ水溶液中において形成することが好ましい。容易に均一な被膜を形成することができるからである。具体的には、例えば、コバルト含有化合物粒子をアルカリ水溶液に分散し(ステップS111)、撹拌しながらこの分散液に被覆層の成分を含む水溶液を添加して、被覆層を形成する(ステップS112)。アルカリ水溶液には、例えば、水酸化ナトリウム,水酸化リチウムおよび水酸化カリウムからなる群のうちの少なくとも1種を溶解させたものを用いる。中でも、水酸化リチウムを溶解させたものを用いることが好ましい。不純物の混入を抑制することができるからである。   The coating layer is preferably formed in an alkaline aqueous solution containing the components of the coating layer. This is because a uniform film can be easily formed. Specifically, for example, cobalt-containing compound particles are dispersed in an alkaline aqueous solution (step S111), and an aqueous solution containing the components of the coating layer is added to the dispersion while stirring to form a coating layer (step S112). . As the alkaline aqueous solution, for example, a solution in which at least one of the group consisting of sodium hydroxide, lithium hydroxide and potassium hydroxide is dissolved is used. Among these, it is preferable to use a solution in which lithium hydroxide is dissolved. This is because contamination of impurities can be suppressed.

被覆層を形成する際のアルカリ水溶液の水素イオン指数pHは、8以上14以下の範囲内とすることが好ましい。水素イオン指数pHがこれよりも低いと、マンガン成分が沈降しにくくなり、目的とする組成を得ることが難しく、水素イオン指数pHがこれにより高いと、使用するアルカリ量が多くなり、製造コストが高くなってしまうからである。   The hydrogen ion exponent pH of the alkaline aqueous solution when forming the coating layer is preferably in the range of 8 or more and 14 or less. If the hydrogen ion index pH is lower than this, the manganese component is difficult to settle, and it is difficult to obtain the target composition. If the hydrogen ion index pH is higher, the amount of alkali used is increased and the production cost is reduced. It will be expensive.

被覆層の成分を含む水溶液としては、例えば、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方の化合物を純水に溶解させたものを用い、更に化1に示した元素Mを添加する場合には、元素Mの化合物を溶解させたものを用いる。   As the aqueous solution containing the components of the coating layer, for example, a solution in which at least one of nickel and manganese is dissolved in pure water is used, and when the element M shown in Chemical Formula 1 is further added, the element M A compound in which the above compound is dissolved is used.

ニッケル化合物としては、無機系化合物であれば、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、フッ化ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、過塩素酸ニッケル、臭素酸ニッケル、ヨウ素酸ニッケル、酸化ニッケル、過酸化ニッケル、硫化ニッケル、硫酸ニッケル、硫酸水素ニッケル、窒化ニッケル、亜硝酸ニッケル、リン酸ニッケル、あるいはチオシアン酸ニッケルなどが挙げられ、有機系化合物であれば、シュウ酸ニッケルあるいは酢酸ニッケルなどが挙げられる。ニッケル化合物は、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。   As the nickel compound, if it is an inorganic compound, nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel nitrate, nickel fluoride, nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel perchlorate, nickel bromate, nickel iodate, Examples include nickel oxide, nickel peroxide, nickel sulfide, nickel sulfate, nickel hydrogen sulfate, nickel nitride, nickel nitrite, nickel phosphate, or nickel thiocyanate. For organic compounds, nickel oxalate or nickel acetate Etc. A nickel compound may be used individually by 1 type, but 2 or more types may be mixed and used for it.

マンガン化合物としては、無機系化合物であれば、水酸化マンガン、炭酸マンガン、硝酸マンガン、フッ化マンガン、塩化マンガン、臭化マンガン、ヨウ化マンガン、塩素酸マンガン、過塩素酸マンガン、臭素酸マンガン、ヨウ素酸マンガン、酸化マンガン、ホスフィン酸マンガン、硫化マンガン、硫化水素マンガン、硫酸マンガン、硫酸水素マンガン、チオシアン酸マンガン、亜硝酸マンガン、リン酸マンガン、リン酸二水素マンガン、あるいは炭酸水素マンガンなどが挙げられ、有機系化合物であれば、シュウ酸マンガンあるいは酢酸マンガンなどが挙げられる。マンガン化合物は、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。   As the manganese compound, if it is an inorganic compound, manganese hydroxide, manganese carbonate, manganese nitrate, manganese fluoride, manganese chloride, manganese bromide, manganese iodide, manganese chlorate, manganese perchlorate, manganese bromate, Examples include manganese iodate, manganese oxide, manganese phosphinate, manganese sulfide, manganese hydrogen sulfide, manganese sulfate, manganese hydrogen sulfate, manganese thiocyanate, manganese nitrite, manganese phosphate, manganese dihydrogen phosphate, or manganese hydrogen carbonate. Examples of organic compounds include manganese oxalate and manganese acetate. A manganese compound may be used individually by 1 type, but 2 or more types may be mixed and used for it.

コバルト含有化合物粒子を分散させた分散液に、被覆層の成分を含む水溶液を添加する際には、アルカリ水溶液を同時に添加し、水素イオン指数pHが所定の範囲内となるように制御することが好ましい。コバルト含有化合物粒子を分散させる際にアルカリ水溶液の水素イオン指数pHを調節しても、被覆層の成分を含む水溶液の添加により水素イオン指数pHが低下すると、被覆層の均一性が低下してしまう場合があるからである。   When adding an aqueous solution containing the components of the coating layer to the dispersion in which the cobalt-containing compound particles are dispersed, an aqueous alkaline solution may be added simultaneously to control the hydrogen ion exponent pH to be within a predetermined range. preferable. Even if the hydrogen ion exponent pH of the alkaline aqueous solution is adjusted when dispersing the cobalt-containing compound particles, if the hydrogen ion exponent pH is lowered by the addition of the aqueous solution containing the components of the coating layer, the uniformity of the coating layer is reduced. Because there are cases.

また、被覆層の成分を含む水溶液を添加する際に、錯体を形成する化合物を同時に添加するようにしてもよい。被覆層の形成をより安定化させることができるからである。錯体を形成する化合物としては、アンモニアまたはヒドラジンが好ましく、混合して用いてもよい。   Moreover, when adding the aqueous solution containing the component of a coating layer, you may make it add the compound which forms a complex simultaneously. This is because the formation of the coating layer can be further stabilized. The compound that forms the complex is preferably ammonia or hydrazine, and may be used as a mixture.

次いで、被覆層を形成したコバルト含有化合物粒子と、リチウム化合物とを混合し、熱処理を行うことにより正極活物質を合成する(ステップS120)。このようにコバルト含有化合物粒子に被覆層を形成したのち、リチウム化合物と合成するようにしたので、リチウム化合物と合成したのちに被覆層を形成する場合に比べて、容易に、粒子表面をニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含む安定な複合酸化物により均一に覆うことができる。また、1回の熱処理で正極活物質を製造することができる。   Next, the cobalt-containing compound particles on which the coating layer is formed and the lithium compound are mixed and subjected to heat treatment to synthesize a positive electrode active material (step S120). Since the coating layer is formed on the cobalt-containing compound particles in this way and then synthesized with the lithium compound, the surface of the particles can be easily formed with nickel and nickel as compared with the case where the coating layer is formed after the synthesis with the lithium compound. It can be uniformly covered with a stable complex oxide containing at least one of manganese. In addition, the positive electrode active material can be manufactured by a single heat treatment.

リチウム化合物には、水酸化リチウム,炭酸リチウム,硝酸リチウム,塩化リチウムおよびフッ化リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を用いることが好ましい。中でも、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムを用いるようにすれば、製造コストを低くすることができるので好ましい。また、フッ化リチウムを用いるようにすれば、正極活物質にフッ素を添加することができ、正極活物質の安定性をより向上させることができるので好ましい。熱処理は、例えば、酸素または空気などの酸素含有雰囲気中において、700℃以上1000℃未満の温度で行うことが好ましい。良好な正極活物質を合成することができるからである。   The lithium compound is preferably at least one selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium chloride and lithium fluoride. Among these, it is preferable to use lithium hydroxide or lithium carbonate because the manufacturing cost can be reduced. In addition, it is preferable to use lithium fluoride because fluorine can be added to the positive electrode active material and the stability of the positive electrode active material can be further improved. The heat treatment is preferably performed at a temperature of 700 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. in an oxygen-containing atmosphere such as oxygen or air. This is because a good positive electrode active material can be synthesized.

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 positive electrode 21 and strip-like negative electrode 22 are wound through a separator 23 inside a substantially hollow cylindrical battery can 11. A rotating electrode body 20 is provided. Inside the battery can 11, an electrolytic solution that is a liquid electrolyte is injected and impregnated in the separator 23. The battery can 11 is made of, for example, iron plated with nickel, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

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

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 wound electrode body 20 is wound around a center pin 24, for example. A positive electrode lead 25 made of aluminum or the like is connected to the positive electrode 21 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 26 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery lid 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

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 wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A having a pair of opposed surfaces. Although not shown, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The cathode active material layer 21B includes, for example, a particulate cathode active material according to the present embodiment, and a conductive agent such as graphite and a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary. Furthermore, you may contain the other 1 type, or 2 or more types of positive electrode active material.

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 negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22A having a pair of opposed surfaces. Although not shown, the negative electrode active material layer 22B may be provided only on one surface of the negative electrode current collector 22A. The negative electrode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil having good electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength.

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 active material layer 22B includes one or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as the negative electrode active material, and the positive electrode active material layer 21B as necessary. It is comprised including the binder similar to.

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 positive electrode 21 so that lithium metal does not deposit on the negative electrode 22 during the charge. It has become.

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 separator 23 is made of, for example, a porous film made of synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and has a structure in which two or more kinds of porous films are laminated. May be. Among these, a porous film made of polyolefin is preferable because it is excellent in short-circuit preventing effect and can improve the safety of the battery due to the shutdown effect.

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 ester, butyrate ester, 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 5 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 active material layer 21B is formed on the positive electrode current collector 21A to produce the positive electrode 21. The positive electrode active material layer 21B is prepared, for example, by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder to prepare a positive electrode mixture, and then using the positive electrode mixture in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. It is formed by dispersing to form a paste-like positive electrode mixture slurry, applying this positive electrode mixture slurry to the positive electrode current collector 21A, drying the solvent, and compression molding with a roll press or the like.

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 active material layer 22B is formed on the negative electrode current collector 22A to produce the negative electrode 22. The negative electrode active material layer 22B may be formed by, for example, any one of a vapor phase method, a liquid phase method, a baking method, and coating, or a combination of two or more thereof. As the vapor phase method, for example, a physical deposition method or a chemical deposition method can be used. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) A chemical vapor deposition method) or a plasma CVD method can be used. As the liquid phase method, a known method such as electrolytic plating or electroless plating can be used. As for the firing method, a known method can be used. For example, an atmosphere firing method, a reaction firing method, or a hot press firing method can be used. In the case of application, it can be formed in the same manner as the positive electrode 21.

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 positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the negative electrode lead 26 is attached to the negative electrode current collector 22A by welding or the like. After that, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound through the separator 23, and the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 are sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13 and stored in the battery can 11. After the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are accommodated in the battery can 11, the electrolytic solution is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat sensitive resistance element 16 are fixed to the opening end of the battery can 11 by caulking through a gasket 17. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 2 and 3 is formed.

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 active material layer 21B, and the negative electrode material that can occlude and release lithium contained in the negative electrode active material layer 22B via the electrolytic solution. Occluded. Next, when discharging is performed, lithium ions stored in the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium in the negative electrode active material layer 22B are released, and are inserted into the positive electrode active material layer 21B through the electrolytic solution. . In this embodiment, since the positive electrode active material described above is used, the chemical stability of the positive electrode 21 is high, and even if the open circuit voltage during full charge is increased, the positive electrode 21 and the electrolyte are deteriorated. The reaction is suppressed.

(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 wound electrode body 30 to which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached is accommodated in a film-like exterior member 40, and can be reduced in size, weight, and thickness. ing.

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 positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are led out from the inside of the exterior member 40 to the outside, for example, in the same direction. The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are each made of a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, and each have a thin plate shape or a mesh shape.

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 exterior member 40 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. For example, the exterior member 40 is disposed so that the polyethylene film side and the wound electrode body 30 face each other, and the outer edge portions are in close contact with each other by fusion bonding or an adhesive. An adhesive film 41 is inserted between the exterior member 40 and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 to prevent intrusion of outside air. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene.

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 exterior member 40 may be made of a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-described aluminum laminated film.

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 wound electrode body 30 shown in FIG. The wound electrode body 30 is obtained by stacking and winding a positive electrode 33 and a negative electrode 34 with a separator 35 and an electrolyte layer 36 interposed therebetween, and the outermost peripheral portion is protected by a protective tape 37.

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 positive electrode 33 has a structure in which a positive electrode active material layer 33B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 33A, and the negative electrode 34 has a structure in which a negative electrode active material layer 34B is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 34A. have. The configurations of the positive electrode current collector 33A, the positive electrode active material layer 33B, the negative electrode current collector 34A, the negative electrode active material layer 34B, and the separator 35 are respectively the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer 21B, and the negative electrode current collector 22A. The same as the negative electrode active material layer 22B and the separator 23.

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 electrolyte layer 36 includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. The gel electrolyte layer 36 is preferable because high ion conductivity can be obtained and liquid leakage can be prevented. The configuration of the electrolytic solution is the same as that of the first secondary battery. Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. , Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide is preferable.

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 positive electrode 33 and the negative electrode 34 are manufactured in the same manner as the first secondary battery, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 33 and the negative electrode 34. Then, the mixed solvent is volatilized to form the electrolyte layer 36. After that, the positive electrode lead 31 is attached to the positive electrode current collector 33A, and the negative electrode lead 32 is attached to the negative electrode current collector 34A. Next, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte layer 36 is formed are laminated via a separator 35 to form a laminated body, and then the laminated body is wound in the longitudinal direction, and a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion. Thus, the wound electrode body 30 is formed. Finally, for example, the wound electrode body 30 is sandwiched between the exterior members 40, and the outer edges of the exterior members 40 are sealed and sealed by heat fusion or the like. At that time, the adhesion film 41 is inserted between the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 and the exterior member 40. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 4 and 5 is completed.

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 positive electrode 33 and the negative electrode 34 are prepared as described above, and after the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached to the positive electrode 33 and the negative electrode 34, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are stacked via the separator 35 and wound. Rotate and adhere the protective tape 37 to the outermost periphery to form a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30. Next, the wound body is sandwiched between the exterior members 40, and the outer peripheral edge portion excluding one side is heat-sealed to form a bag shape, and is stored inside the exterior member 40. Subsequently, an electrolyte composition containing an electrolytic solution, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as required is injected into the exterior member 40. The opening of the exterior member 40 is sealed. Thereafter, heat is applied to polymerize the monomer to form a polymer compound, thereby forming a gel electrolyte layer 36, and assembling the secondary battery shown in FIGS.

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、コバルト含有化合物粒子に被覆層を形成したのちリチウム化合物と混合して熱処理するようにしたので、粒子表面をニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方を含む安定な複合酸化物により均一に覆うことができる。よって、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。また、正極活物質を1回の熱処理により製造することができ、製造工程の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the coating layer is formed on the cobalt-containing compound particles and then mixed with the lithium compound and heat-treated, the particle surface is stable including at least one of nickel and manganese. It can be uniformly covered with the composite oxide. Therefore, chemical stability can be improved, high capacity can be obtained, and charge / discharge efficiency can be improved. Further, the positive electrode active material can be manufactured by a single heat treatment, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

特に、コバルト含有化合物粒子として、水酸化物,酸化物およびオキシ水酸化物からなる群のうちの少なくとも1種を用いるようにすれば、不純物の少ない正極活物質を合成することができると共に、炭酸塩などの他の化合物よりも結晶性をより向上させることができ、より高い特性を得ることができる。   In particular, if at least one member selected from the group consisting of hydroxides, oxides and oxyhydroxides is used as the cobalt-containing compound particles, a positive electrode active material with few impurities can be synthesized, and carbonic acid can be synthesized. Crystallinity can be improved more than other compounds such as salts, and higher characteristics can be obtained.

また、被覆層を、水酸化物およびオキシ水酸化物からなる群のうちの少なくとも1種により形成するようにすれば、より均一な被膜を容易に形成することができる。   Moreover, if the coating layer is formed of at least one selected from the group consisting of hydroxide and oxyhydroxide, a more uniform film can be easily formed.

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1−1〜1−10)
実施例1−1〜1−10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 1-10)
As Examples 1-1 to 1-10 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、コバルト含有化合物粒子として、レーザー散乱法により測定した平均粒子径が7.2μmである市販の水酸化コバルトを用意し、200g/lのスラリー濃度となるように温度50℃、水素イオン指数pH10.5の水酸化ナトリウム水溶液中に分散させた(ステップS111;図1参照)。次いで、この分散液に、窒素気流中において撹拌しながら、ニッケルとマンガンとの原子比が1:1でかつ金属塩濃度が1.5mol/lの硫酸塩水溶液と、25質量%のアンモニア水溶液とを一定流量で連続的に滴下すると共に、分散液の水素イオン指数pHが10.5から11.0の間に維持されるように、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液を断続的に滴下して、ニッケルとマンガンの水酸化物よりなる被覆層を形成した(ステップS112;図1参照)。   In Example 1-1, first, commercially available cobalt hydroxide having an average particle diameter of 7.2 μm as measured by the laser scattering method is prepared as the cobalt-containing compound particles, and the temperature is set to a slurry concentration of 200 g / l. It was dispersed in an aqueous solution of sodium hydroxide having a hydrogen ion index of pH 10.5 at 50 ° C. (Step S111; see FIG. 1). Next, while stirring the dispersion in a nitrogen stream, an aqueous sulfate solution having an atomic ratio of nickel to manganese of 1: 1 and a metal salt concentration of 1.5 mol / l, an aqueous ammonia solution of 25% by mass, Is continuously dropped at a constant flow rate, and a 25% by mass aqueous sodium hydroxide solution is dropped intermittently so that the hydrogen ion exponent pH of the dispersion is maintained between 10.5 and 11.0. A coating layer made of nickel and manganese hydroxide was formed (step S112; see FIG. 1).

そののち、このスラリーを濾過、洗浄し、70℃で真空乾燥した。得られた粉末を塩酸に溶解して誘導結合高周波プラズマ(Inductively Coupled Plasma;ICP)分光分析により組成を調べたところ、Co:Ni:Mn=90:5:5と所望の原子比であることが確認された。また、レーザー散乱法により粒度分布を測定したことろ、用いた水酸化コバルトとほぼ同じ分布が観測された。更に、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)とエネルギー分散型X線分析装置(Energy Dispersive X-ray Spectrometer;EDX)とを併用して、粒子表面を定性分析したところ、コバルトとニッケルとマンガンとが均一に分布しており、ニッケルまたはマンガンが遊離した部分は見られなかった。加えて、得られた粉末をエポキシ樹脂に埋め込み、ミクロトームを用いて粒子断面を切り出したのち定性分析を行ったところ、ニッケルとマンガンとが水酸化コバルト粒子の表面を被覆するように存在していることが確認された。   Thereafter, the slurry was filtered, washed, and vacuum dried at 70 ° C. When the obtained powder was dissolved in hydrochloric acid and the composition was examined by inductively coupled plasma (ICP) spectroscopy, it was found that Co: Ni: Mn = 90: 5: 5 and the desired atomic ratio. confirmed. In addition, the particle size distribution was measured by the laser scattering method, and almost the same distribution as the cobalt hydroxide used was observed. Further, when the particle surface was qualitatively analyzed using a scanning electron microscope (SEM) and an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX), cobalt, nickel and manganese were analyzed. Were uniformly distributed, and no portion where nickel or manganese was liberated was observed. In addition, the obtained powder was embedded in an epoxy resin, and a cross section of the particle was cut out using a microtome, and then qualitative analysis was performed. As a result, nickel and manganese existed to cover the surface of the cobalt hydroxide particles. It was confirmed.

続いて、この被覆層を形成したコバルト含有化合物粒子と、市販の水酸化リチウムとを、金属元素の原子比率がLi/(Ni+Co+Mn)=1.05となるように混合し、空気気流中において950℃で8時間焼成したのち、粉砕し、篩別することにより正極活物質を得た。   Subsequently, the cobalt-containing compound particles that formed the coating layer and commercially available lithium hydroxide were mixed so that the atomic ratio of the metal element was Li / (Ni + Co + Mn) = 1.05, and 950 in an air stream. After calcining at 0 ° C. for 8 hours, the mixture was pulverized and sieved to obtain a positive electrode active material.

得られた正極活物質を塩酸に溶解してICP分光分析により組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.90:0.05:0.05と所望の原子比であることが分かった。また、レーザー散乱法により粒度分布を測定したことろ、平均粒子径は9.5μmであった。更に、SEMにより観察したところ、10μm前後の粒子の表面に、粒状の模様が全体的に均一に見られた。更に、正極活物質をエポキシ樹脂に埋め込み、ミクロトームを用いて粒子断面を切り出したのち定性分析を行ったところ、表面付近にニッケルおよびマンガンが高濃度に検出された。加えて、X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)(X線源;単色化Al−Kα線、ビーム径100μm、ステップサイズ0.2eV)により粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は75:12:13であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが分かった。   When the obtained positive electrode active material was dissolved in hydrochloric acid and the composition was examined by ICP spectroscopy, Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.90: 0.05: 0.05 and the desired atomic ratio It turns out that. Further, the particle size distribution was measured by a laser scattering method, and the average particle size was 9.5 μm. Furthermore, when observed by SEM, a granular pattern was seen uniformly on the entire surface of the particles of about 10 μm. Further, when the positive electrode active material was embedded in an epoxy resin and a particle cross section was cut out using a microtome, qualitative analysis was performed. As a result, nickel and manganese were detected in a high concentration near the surface. In addition, the element composition ratio on the particle surface was examined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (X-ray source; monochromatic Al-Kα ray, beam diameter 100 μm, step size 0.2 eV). The atomic ratio of Co: Ni: Mn was 75:12:13. That is, it was found that the concentrations of nickel and manganese were higher on the particle surface than inside the particle.

実施例1−2では、コバルト含有化合物粒子として、市販の水酸化コバルトに代えて、合成した水酸化コバルト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。水酸化コバルトは、水素イオン指数pH10.5の水酸化ナトリウム水溶液に、撹拌しながら1mol/lの硫酸コバルト水溶液と、25質量%のアンモニア水溶液とを一定流量で連続的に滴下すると共に、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液を断続的に滴下して、水素イオン指数pHを10.5から11.0の間に維持しつつ、50℃で反応させたのち、濾過、水洗し、70℃で真空乾燥することにより作製した。得られた粉末をX線回折により分析したところ、Co(OH)2 のパターンと一致することが確認された。また、レーザー散乱法により粒度分布を測定したところ、平均粒径は12μmであり、正規分布に近い分布であった。 In Example 1-2, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that synthetic cobalt hydroxide was used in place of commercially available cobalt hydroxide as the cobalt-containing compound particles. did. Cobalt hydroxide is continuously added dropwise to a sodium hydroxide aqueous solution having a hydrogen ion exponent of pH 10.5 while stirring with a 1 mol / l cobalt sulfate aqueous solution and a 25% by mass ammonia aqueous solution at a constant flow rate. % Aqueous sodium hydroxide solution was dropped intermittently to maintain the hydrogen ion exponent pH between 10.5 and 11.0 while reacting at 50 ° C., followed by filtration, washing with water, and vacuum at 70 ° C. It was produced by drying. When the obtained powder was analyzed by X-ray diffraction, it was confirmed that it coincided with the pattern of Co (OH) 2 . Further, when the particle size distribution was measured by a laser scattering method, the average particle size was 12 μm, which was a distribution close to a normal distribution.

実施例1−2の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.90:0.05:0.05の原子比であった。また、同様にして粒度分布を測定したことろ、平均粒子径は12.3μmであった。更に、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は77:9:14であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが確認された。   The composition of the positive electrode active material of Example 1-2 was examined in the same manner as in Example 1-1. As a result, Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.90: 0.05: 0.05 Of atomic ratio. Similarly, the particle size distribution was measured, and the average particle size was 12.3 μm. Further, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS in the same manner, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 77: 9: 14. That is, it was confirmed that the concentration of nickel and manganese was higher on the particle surface than inside the particle.

実施例1−3では、コバルト含有化合物粒子として、実施例1−2と同様にして作製した水酸化コバルトを用い、Co:Ni:Mn=95:2.5:2.5の原子比となるようにニッケルとマンガンの水酸化物よりなる被覆層を形成したことを除き、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, cobalt hydroxide produced in the same manner as in Example 1-2 was used as the cobalt-containing compound particles, and the atomic ratio was Co: Ni: Mn = 95: 2.5: 2.5. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1-1 except that a coating layer made of nickel and manganese hydroxide was formed.

実施例1−3の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.95:0.025:0.025の原子比であった。また、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は79:9:12であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが確認された。   The composition of the positive electrode active material of Example 1-3 was also examined in the same manner as in Example 1-1. As a result, Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.95: 0.025: 0.025 Of atomic ratio. Similarly, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 79: 9: 12. That is, it was confirmed that the concentration of nickel and manganese was higher on the particle surface than inside the particle.

実施例1−4では、コバルト含有化合物粒子として、実施例1−2と同様にして作製した水酸化コバルトを用い、Co:Ni:Mn=75:12.5:12.5の原子比となるようにニッケルとマンガンの水酸化物よりなる被覆層を形成したことを除き、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 1-4, cobalt hydroxide produced in the same manner as in Example 1-2 was used as the cobalt-containing compound particles, and the atomic ratio was Co: Ni: Mn = 75: 12.5: 12.5. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1-1 except that a coating layer made of nickel and manganese hydroxide was formed.

実施例1−4の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.75:0.125:0.125の原子比であった。また、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は58:20:22であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが確認された。   The composition of the positive electrode active material of Example 1-4 was examined in the same manner as in Example 1-1. Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.75: 0.125: 0.125 Of atomic ratio. Similarly, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 58:20:22. That is, it was confirmed that the concentration of nickel and manganese was higher on the particle surface than inside the particle.

実施例1−5では、コバルト含有化合物粒子として、実施例1−2と同様にして作製した水酸化コバルトを用い、Co:Ni:Mn=90:7:3の原子比となるようにニッケルとマンガンの水酸化物よりなる被覆層を形成したことを除き、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 1-5, cobalt hydroxide produced in the same manner as in Example 1-2 was used as the cobalt-containing compound particles, and nickel was used so as to have an atomic ratio of Co: Ni: Mn = 90: 7: 3. A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that a coating layer made of manganese hydroxide was formed.

実施例1−5の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.90:0.07:0.03の原子比であった。また、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は67:15:18であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが確認された。   The composition of the positive electrode active material of Example 1-5 was examined in the same manner as in Example 1-1. As a result, Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.90: 0.07: 0.03 Of atomic ratio. Similarly, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 67:15:18. That is, it was confirmed that the concentration of nickel and manganese was higher on the particle surface than inside the particle.

実施例1−6では、コバルト含有化合物粒子として、実施例1−2と同様にして作製した水酸化コバルトを用い、Co:Ni:Mn=90:4:6の原子比となるようにニッケルとマンガンの水酸化物よりなる被覆層を形成したことを除き、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 1-6, cobalt hydroxide produced in the same manner as in Example 1-2 was used as the cobalt-containing compound particles, and nickel was used so as to have an atomic ratio of Co: Ni: Mn = 90: 4: 6. A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that a coating layer made of manganese hydroxide was formed.

実施例1−6の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.90:0.04:0.06の原子比であった。また、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は55:20:25であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが確認された。   The composition of the positive electrode active material of Example 1-6 was examined in the same manner as in Example 1-1. As a result, Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.90: 0.04: 0.06 Of atomic ratio. Similarly, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 55:20:25. That is, it was confirmed that the concentration of nickel and manganese was higher on the particle surface than inside the particle.

実施例1−7では、コバルト含有化合物粒子として、合成したマグネシウム固溶水酸化コバルト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。マグネシウム固溶水酸化コバルトは、水素イオン指数pH10.5の水酸化ナトリウム水溶液に、撹拌しながら、コバルトとマグネシウムとの原子比が99:1でかつ金属塩濃度が1mol/lの硫酸塩水溶液と、25質量%のアンモニア水溶液とを一定流量で連続的に滴下すると共に、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液を断続的に滴下して、水素イオン指数pHを10.5から11.0の間に維持しつつ、50℃で反応させたのち、濾過、水洗し、70℃で真空乾燥することにより作製した。   In Example 1-7, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that synthesized magnesium solid solution cobalt hydroxide was used as the cobalt-containing compound particles. Magnesium solid solution cobalt hydroxide is mixed with a sodium hydroxide aqueous solution having a hydrogen ion exponent of pH 10.5 with stirring, an aqueous sulfate solution having an atomic ratio of cobalt to magnesium of 99: 1 and a metal salt concentration of 1 mol / l. 25% by mass of ammonia aqueous solution is continuously dropped at a constant flow rate, and 25% by mass of sodium hydroxide aqueous solution is intermittently dropped to adjust the hydrogen ion exponent pH between 10.5 and 11.0. While maintaining, the reaction was carried out at 50 ° C., followed by filtration, washing with water, and vacuum drying at 70 ° C.

実施例1−7の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn:Mg=1.05:0.89:0.05:0.05:0.01の原子比であった。また、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は50:23:27であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが確認された。   The composition of the positive electrode active material of Example 1-7 was examined in the same manner as in Example 1-1. As a result, Li: Co: Ni: Mn: Mg = 1.05: 0.89: 0.05: 0 .05: 0.01 atomic ratio. Similarly, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 50:23:27. That is, it was confirmed that the concentration of nickel and manganese was higher on the particle surface than inside the particle.

実施例1−8では、コバルト含有化合物粒子として、合成したアルミニウム固溶水酸化コバルト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。アルミニウム固溶水酸化コバルトは、水素イオン指数pH8の水酸化ナトリウム水溶液に、撹拌しながら、コバルトとアルミニウムとの原子比が99:1でかつ金属塩濃度が1mol/lの硫酸塩水溶液と、25質量%のアンモニア水溶液とを一定流量で連続的に滴下すると共に、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液を断続的に滴下して、水素イオン指数pHを8から10.0の間に維持しつつ、50℃で反応させたのち、濾過、水洗し、70℃で真空乾燥することにより作製した。   In Example 1-8, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that synthesized aluminum solid solution cobalt hydroxide was used as the cobalt-containing compound particles. The aluminum solid solution cobalt hydroxide is stirred in a sodium hydroxide aqueous solution having a hydrogen ion index of pH 8, while stirring, an aqueous sulfate solution having an atomic ratio of cobalt to aluminum of 99: 1 and a metal salt concentration of 1 mol / l; While continuously dropping a mass% aqueous ammonia solution at a constant flow rate and intermittently dropping a 25 mass% aqueous sodium hydroxide solution to maintain the hydrogen ion exponent pH between 8 and 10.0, After making it react at 50 degreeC, it filtered and washed with water, It produced by vacuum-drying at 70 degreeC.

実施例1−8の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn:Al=1.05:0.89:0.05:0.05:0.01の原子比であった。また、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は48:22:30であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが確認された。   The composition of the positive electrode active material of Example 1-8 was examined in the same manner as in Example 1-1. As a result, Li: Co: Ni: Mn: Al = 1.05: 0.89: 0.05: 0 .05: 0.01 atomic ratio. Similarly, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 48:22:30. That is, it was confirmed that the concentration of nickel and manganese was higher on the particle surface than inside the particle.

実施例1−9では、コバルト含有化合物粒子として、レーザー散乱法により測定した平均粒子径が6.5μmである市販の四酸化三コバルト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。   Example 1-9 was the same as Example 1-1 except that commercially available tricobalt tetroxide having an average particle size of 6.5 μm as measured by the laser scattering method was used as the cobalt-containing compound particles. Thus, a positive electrode active material was produced.

実施例1−9の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.90:0.05:0.05の原子比であった。また、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は50:24:26であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが確認された。   The composition of the positive electrode active material of Example 1-9 was also examined in the same manner as in Example 1-1. As a result, Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.90: 0.05: 0.05 Of atomic ratio. Similarly, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 50:24:26. That is, it was confirmed that the concentration of nickel and manganese was higher on the particle surface than inside the particle.

実施例1−10では、コバルト含有化合物粒子として、レーザー散乱法により測定した平均粒子径が13μmである市販のオキシ水酸化コバルト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 1-10, except that the commercially available cobalt oxyhydroxide having an average particle diameter measured by a laser scattering method of 13 μm was used as the cobalt-containing compound particles, the same as in Example 1-1. A positive electrode active material was prepared.

実施例1−10の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.90:0.05:0.05の原子比であった。また、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は51:24:25であった。すなわち、ニッケルおよびマンガンの濃度は、粒子内部よりも粒子表面において高くなっていることが確認された。   The composition of the positive electrode active material of Example 1-10 was examined in the same manner as in Example 1-1. As a result, Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.90: 0.05: 0.05 Of atomic ratio. Similarly, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 51:24:25. That is, it was confirmed that the concentration of nickel and manganese was higher on the particle surface than inside the particle.

比較例1−1では、レーザー散乱法により測定した平均粒子径が6.5μmである市販の四酸化三コバルトと、市販の水酸化リチウムとを、原子比率Li/Co=1.05となるように混合し、空気気流中において950℃で8時間焼成したのち、粉砕し、篩別することにより正極活物質を作製した。   In Comparative Example 1-1, a commercially available tricobalt tetroxide having an average particle diameter measured by a laser scattering method of 6.5 μm and a commercially available lithium hydroxide are set to have an atomic ratio of Li / Co = 1.05. The mixture was baked at 950 ° C. for 8 hours in an air stream, pulverized, and sieved to prepare a positive electrode active material.

比較例1−2では、まず、レーザー散乱法により測定した平均粒子径が13μmである市販のコバルト酸リチウムと、市販の硝酸リチウムと、市販の硝酸ニッケルと、市販の硝酸マンガンとを、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.90:0.05:0.05の原子比となるように秤量し、水を添加して撹拌しながら水分を蒸発乾固させて固形物を得た。次いで、この固形物を軽く粉砕して、金属元素の原子比率Li/(Co+Ni+Mn)=1.05となるように市販の水酸化リチウムを添加し、空気気流中において950℃で8時間焼成したのち、粉砕し、篩別することにより正極活物質を作製した。   In Comparative Example 1-2, first, a commercially available lithium cobaltate having an average particle diameter measured by a laser scattering method of 13 μm, a commercially available lithium nitrate, a commercially available nickel nitrate, and a commercially available manganese nitrate, Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.90: 0.05: 0.05 is weighed so as to have an atomic ratio, and water is evaporated to dryness while stirring by adding water to obtain a solid. It was. Next, the solid was lightly pulverized, and commercial lithium hydroxide was added so that the atomic ratio of the metal element was Li / (Co + Ni + Mn) = 1.05, followed by firing at 950 ° C. for 8 hours in an air stream. The positive electrode active material was prepared by pulverizing and sieving.

比較例1−2の正極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成を調べたところ、Li:Co:Ni:Mn=1.05:0.90:0.05:0.05の原子比であった。また、SEMにより観察したところ、コバルト酸リチウム粒子の表面に、1μm前後の微小粒子が付着したような状態であった。更に、同様にしてXPSにより粒子表面の元素組成比を調べたところ、Co:Ni:Mnの原子比は92:3:5であった。   The composition of the positive electrode active material of Comparative Example 1-2 was also examined in the same manner as in Example 1-1. As a result, Li: Co: Ni: Mn = 1.05: 0.90: 0.05: 0.05 Of atomic ratio. Moreover, when observed by SEM, it was in the state where the microparticles around 1 micrometer adhered to the surface of the lithium cobalt oxide particle. Further, when the elemental composition ratio on the particle surface was examined by XPS in the same manner, the atomic ratio of Co: Ni: Mn was 92: 3: 5.

作製した実施例1−1〜1−10および比較例1−1,1−2の正極活物質を用い、図2,3に示した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、導電剤としてグラファイト10質量%と、結着剤として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の両面に塗布して乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層21Bを形成し正極21を作製した。次いで、正極集電体21A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 1-10 and Comparative Examples 1-1 and 1-2, secondary batteries 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 are mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent. After that, it was applied to both surfaces of a positive electrode current collector 21A made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and compression-molded to form a positive electrode active material layer 21B, whereby the positive electrode 21 was produced. Next, the positive electrode lead 25 made of aluminum was attached to the positive electrode current collector 21A.

また、負極活物質として人造黒鉛粉末90質量%と、結着剤として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の両面に塗布して乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層22Bを形成し負極22を作製した。次いで、負極集電体22Aにニッケル製の負極リード26を取り付けた。その際、正極活物質と負極活物質の量を調節し、完全充電時における開回路電圧が4.40V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。   Further, 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 which is a solvent. The negative electrode current collector 22A made of a foil was applied on both sides, dried, and compression molded to form a negative electrode active material layer 22B to produce a negative electrode 22. Next, a negative electrode lead 26 made of nickel was attached to the negative electrode current collector 22A. At that time, the amount of the positive electrode active material and the negative electrode active material is adjusted, the open circuit voltage at the time of full charge is 4.40 V, and the capacity of the negative electrode 22 is expressed by the capacity component due to insertion and extraction of lithium. did.

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、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。電解液には、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを1:1の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 positive electrode 21 and negative electrode 22 were wound many times through a separator 23 made of a porous polyolefin film, to produce a wound electrode body 20. Subsequently, the wound electrode body 20 is sandwiched between the pair of insulating plates 12 and 13, the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11, and the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and is stored inside the battery can 11. did. After that, by injecting an electrolyte into the battery can 11 and caulking the battery can 11 through the gasket 17, the safety valve mechanism 15, the heat sensitive resistance element 16 and the battery lid 14 are fixed, and the outer diameter is 18 mm. A cylindrical secondary battery having a height of 65 mm was obtained. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte salt to 1.0 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used.

作製した二次電池について、23℃で充放電を行い、1サイクル目の放電容量を初期容量として求めると共に、1サイクル目に対する200サイクル目の放電容量維持率を調べた。充電は、1000mAの定電流で電池電圧が4.40Vに達するまで定電流充電を行ったのち、4.40Vの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、放電は、800mAの定電流で電池電圧が2.75Vに達するまで定電流放電を行った。得られた結果を表1に示す。   The produced secondary battery was charged and discharged at 23 ° C., and the discharge capacity at the first cycle was determined as the initial capacity, and the discharge capacity retention rate at the 200th cycle relative to the first cycle was examined. Charging is performed at a constant current of 1000 mA until the battery voltage reaches 4.40 V, and then charged at a constant voltage of 4.40 V until the total charging time is 2.5 hours. The discharge was performed at a constant current of 800 mA until the battery voltage reached 2.75V. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 2007048711
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表1に示したように、実施例1−1〜1−10によれば、コバルト酸リチウムを用いた比較例1−1、およびコバルト酸リチウムに被覆層を形成して焼成した比較例1−2に比べて、放電容量維持率を向上させることができた。すなわち、リチウムを含まないコバルト含有化合物粒子に被覆層を形成したのちリチウム化合物と混合して熱処理するようにすれば、正極活物質の化学的安定性をより向上させることができ、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、コバルト含有化合物粒子には、水酸化物,酸化物またはオキシ水酸化物のいずれを用いても好ましいことが分かった。   As shown in Table 1, according to Examples 1-1 to 1-10, Comparative Example 1-1 using lithium cobaltate and Comparative Example 1 in which a coating layer was formed and fired on lithium cobaltate Compared to 2, it was possible to improve the discharge capacity retention rate. In other words, if a coating layer is formed on cobalt-containing compound particles that do not contain lithium and then mixed with a lithium compound and heat-treated, the chemical stability of the positive electrode active material can be further improved and cycle characteristics improved. I found out that Moreover, it turned out that it is preferable to use any of hydroxide, oxide or oxyhydroxide for the cobalt-containing compound particles.

更に、実施例1−1〜1−6と実施例1−7,1−8とでは、化1に示した元素Mを含むようにした実施例1−7,1−8の方が、容量維持率をより向上させることができた。すなわち、元素Mを含むようにすれば容量維持率をより向上させることができることが分かった。   Furthermore, in Examples 1-1 to 1-6 and Examples 1-7 and 1-8, Examples 1-7 and 1-8 in which the element M shown in Chemical Formula 1 is included are larger in capacity. The maintenance rate could be further improved. That is, it has been found that the capacity maintenance rate can be further improved by including the element M.

(実施例2−1)
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2−1として、比較例1−1と同一の正極活物質、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。
(Example 2-1)
Except that the same positive electrode active material as in Example 1-1 was used and 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. A secondary battery was produced in the same manner as in 1-1. Moreover, as Comparative Example 2-1 for this example, the same positive electrode active material as in Comparative Example 1-1, lithium cobaltate was used as the positive electrode active material, and the open circuit voltage at the time of full charge was 4.2V. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material were adjusted.

作製した実施例2−1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とした。それらの結果を実施例1−1および比較例1−1の結果と共に表2に示す。   The fabricated secondary batteries of Example 2-1 and Comparative Example 2-1 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 4.2V. The results are shown in Table 2 together with the results of Example 1-1 and Comparative example 1-1.

Figure 2007048711
Figure 2007048711

表2に示したように、実施例2−1についても、実施例1−1と同様に、比較例2−1よりも容量維持率を向上させることができた。但し、その向上の程度は、電池電圧を4.4Vとした実施例1−1の方が大きかった。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 2, also in Example 2-1, the capacity retention rate could be improved as compared with Comparative Example 2-1, as in Example 1-1. However, the degree of improvement was greater in Example 1-1 where the battery voltage was 4.4V. 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.

本発明の一実施の形態に係る正極活物質の製造方法を表す流れ図である。It is a flowchart showing the manufacturing method of the positive electrode active material which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る正極活物質を用いた第1の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 1st secondary battery using the positive electrode active material which concerns on one embodiment of this invention. 図2に示した二次電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body in the secondary battery shown in FIG. 本発明の一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分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the structure of the 2nd secondary battery using the positive electrode active material which concerns on one embodiment of this invention. 図4で示した巻回電極体のI−I線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II line of the winding electrode body shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

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 (18)

平均組成が化1で表される粒子状の正極活物質であって、
コバルト(Co)を含みリチウム(Li)を含まないコバルト含有化合物粒子に、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方を含む被覆層を形成したのち、リチウム化合物と混合して熱処理することにより得られたものであり、
ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方は、粒子内部よりも粒子表面層における濃度の方が高い
ことを特徴とする正極活物質。
(化1)
Li(1+a) Co(1-x-y-z) Nix Mny z (2-b) c
(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),鉄(Fe),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。x,yおよびzは、それぞれ0≦x≦0.30、0≦y≦0.30、0≦z≦0.10の範囲内の値であり、xおよびyの少なくとも一方は零よりも大きく、a,bおよびcは、それぞれ−0.10≦a≦0.10、−0.10≦b≦0.20、0≦c≦0.10の範囲内の値である。)
A particulate positive electrode active material having an average composition represented by Chemical Formula 1,
A coating layer containing at least one of nickel (Ni) and manganese (Mn) is formed on cobalt-containing compound particles containing cobalt (Co) but not lithium (Li), and then mixed with a lithium compound and heat-treated. It was obtained by
A positive electrode active material characterized in that at least one of nickel and manganese has a higher concentration in the particle surface layer than in the particles.
(Chemical formula 1)
Li (1 + a) Co ( 1-xyz) Ni x Mn y M z O (2-b) F c
(In chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn ), Molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca) and strontium (Sr) X, y, and z are values within the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.30, 0 ≦ y ≦ 0.30, and 0 ≦ z ≦ 0.10, and at least one of x and y is zero. And a, b, and c are values in the ranges of −0.10 ≦ a ≦ 0.10, −0.10 ≦ b ≦ 0.20, and 0 ≦ c ≦ 0.10, respectively.
平均組成が化1で表される粒子状の正極活物質を製造する方法であって、
コバルト(Co)を含みリチウム(Li)を含まないコバルト含有化合物粒子に、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方を含む被覆層を形成したのち、リチウム化合物と混合して熱処理する工程を含む
ことを特徴とする正極活物質の製造方法。
(化1)
Li(1+a) Co(1-x-y-z) Nix Mny z (2-b) c
(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),鉄(Fe),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。x,yおよびzは、それぞれ0≦x≦0.30、0≦y≦0.30、0≦z≦0.10の範囲内の値であり、xおよびyの少なくとも一方は零よりも大きく、a,bおよびcは、それぞれ−0.10≦a≦0.10、−0.10≦b≦0.20、0≦c≦0.10の範囲内の値である。)
A method for producing a particulate positive electrode active material having an average composition represented by Chemical Formula 1,
A coating layer containing at least one of nickel (Ni) and manganese (Mn) is formed on cobalt-containing compound particles containing cobalt (Co) but not lithium (Li), and then mixed with a lithium compound and heat-treated. A process for producing a positive electrode active material comprising a step.
(Chemical formula 1)
Li (1 + a) Co ( 1-xyz) Ni x Mn y M z O (2-b) F c
(In chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn ), Molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca) and strontium (Sr) X, y, and z are values within the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.30, 0 ≦ y ≦ 0.30, and 0 ≦ z ≦ 0.10, and at least one of x and y is zero. And a, b, and c are values in the ranges of −0.10 ≦ a ≦ 0.10, −0.10 ≦ b ≦ 0.20, and 0 ≦ c ≦ 0.10, respectively.
前記コバルト含有化合物粒子として、水酸化物,酸化物およびオキシ水酸化物からなる群のうちの少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項2記載の正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein at least one selected from the group consisting of hydroxide, oxide and oxyhydroxide is used as the cobalt-containing compound particles. 前記コバルト含有化合物粒子として、コバルトに加えて、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,マンガン,鉄,ニッケル,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種を含むものを用いることを特徴とする請求項2記載の正極活物質の製造方法。   The cobalt-containing compound particles include, in addition to cobalt, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium, and strontium. The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein a material containing at least one member of the group is used. 前記コバルト含有化合物粒子の平均粒子径を、0.5μm以上50μm以下とすることを特徴とする請求項2記載の正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein an average particle size of the cobalt-containing compound particles is 0.5 μm or more and 50 μm or less. 前記被覆層を、水酸化物およびオキシ水酸化物からなる群のうちの少なくとも1種により形成することを特徴とする請求項2記載の正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein the coating layer is formed of at least one selected from the group consisting of hydroxide and oxyhydroxide. 前記コバルト含有化合物粒子に、ニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方に加えて、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種を含む被覆層を形成することを特徴とする請求項2記載の正極活物質の製造方法。   In addition to at least one of nickel and manganese, the cobalt-containing compound particles include magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, and niobium. The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein a coating layer containing at least one member selected from the group consisting of calcium, strontium, and calcium is formed. 前記被覆層は、前記被覆層の成分を含むアルカリ水溶液中において形成することを特徴とする請求項2記載の正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein the coating layer is formed in an alkaline aqueous solution containing a component of the coating layer. 前記被覆層を形成する際のアルカリ水溶液の水素イオン指数pHは、8以上14以下の範囲内とすることを特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。   9. The method for producing a positive electrode active material according to claim 8, wherein the hydrogen ion exponent pH of the alkaline aqueous solution when forming the coating layer is in the range of 8 or more and 14 or less. 前記アルカリ水溶液には、水酸化ナトリウム,水酸化リチウムおよび水酸化カリウムからなる群のうちの少なくとも1種を溶解させたものを用いることを特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。   9. The method for producing a positive electrode active material according to claim 8, wherein the alkaline aqueous solution is prepared by dissolving at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, lithium hydroxide and potassium hydroxide. 前記アルカリ水溶液に錯体を形成する化合物を添加することを特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material according to claim 8, wherein a compound that forms a complex is added to the alkaline aqueous solution. 錯体を形成する化合物として、アンモニアおよびヒドラジンのうちの少なくとも1種を添加することを特徴とする請求項11記載の正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material according to claim 11, wherein at least one of ammonia and hydrazine is added as a compound that forms a complex. 前記コバルト含有化合物粒子をアルカリ水溶液に分散し、この分散液に、前記被覆層の成分を含む水溶液を添加することにより、前記被覆層を形成することを特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。   9. The positive electrode active material according to claim 8, wherein the coating layer is formed by dispersing the cobalt-containing compound particles in an alkaline aqueous solution and adding an aqueous solution containing the components of the coating layer to the dispersion. Manufacturing method. 前記被覆層の成分を含む水溶液を添加する際に、アルカリ水溶液を添加して、水素イオン指数pHを制御することを特徴とする請求項13記載の正極活物質の製造方法。   14. The method for producing a positive electrode active material according to claim 13, wherein when adding the aqueous solution containing the component of the coating layer, an aqueous alkaline solution is added to control the hydrogen ion exponent pH. 前記リチウム化合物として、水酸化リチウム,炭酸リチウム,硝酸リチウム,塩化リチウムおよびフッ化リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項2記載の正極活物質の製造方法。   3. The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein at least one selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium chloride, and lithium fluoride is used as the lithium compound. 前記熱処理の温度を700℃以上1000℃未満とすることを特徴とする請求項2記載の正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein a temperature of the heat treatment is set to 700 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. 前記熱処理は、酸素含有雰囲気中において行うことを特徴とする請求項2記載の正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein the heat treatment is performed in an oxygen-containing atmosphere. 正極および負極と共に、電解質を備えた電池であって、
前記正極は、平均組成が化1で表される粒子状の正極活物質を含有し、
前記正極活物質は、コバルト(Co)を含みリチウム(Li)を含まないコバルト含有化合物粒子に、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方を含む被覆層を形成したのち、リチウム化合物と混合して熱処理することにより得られたものであり、
前記正極活物質におけるニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方の濃度は、粒子内部よりも粒子表面層の方が高い
ことを特徴とする電池。
(化1)
Li(1+a) Co(1-x-y-z) Nix Mny z (2-b) c
(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),鉄(Fe),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。x,yおよびzは、それぞれ0≦x≦0.30、0≦y≦0.30、0≦z≦0.10の範囲内の値であり、xおよびyの少なくとも一方は零よりも大きく、a,bおよびcは、それぞれ−0.10≦a≦0.10、−0.10≦b≦0.20、0≦c≦0.10の範囲内の値である。)
A battery including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The positive electrode contains a particulate positive electrode active material having an average composition represented by Chemical Formula 1,
The positive electrode active material is formed by forming a coating layer containing at least one of nickel (Ni) and manganese (Mn) on cobalt-containing compound particles containing cobalt (Co) and not containing lithium (Li), and then forming a lithium compound It was obtained by mixing and heat-treating with
The battery wherein the concentration of at least one of nickel and manganese in the positive electrode active material is higher in the particle surface layer than in the particles.
(Chemical formula 1)
Li (1 + a) Co ( 1-xyz) Ni x Mn y M z O (2-b) F c
(In chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn ), Molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca) and strontium (Sr) X, y, and z are values within the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.30, 0 ≦ y ≦ 0.30, and 0 ≦ z ≦ 0.10, and at least one of x and y is zero. And a, b, and c are values in the ranges of −0.10 ≦ a ≦ 0.10, −0.10 ≦ b ≦ 0.20, and 0 ≦ c ≦ 0.10, respectively.
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