JP2008071623A - Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a high battery capacity at high charging voltage and suppress deterioration of capacity at repeating charge and discharge by coating a desired metal oxide uniformly and firmly in performing surface reforming of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. <P>SOLUTION: A metal hydroxide having mainly nickel (Ni) or manganese (Mn) is coated on compound oxide particles which at least contains lithium and cobalt as expressed, for example, in a chemical formula 1: Li<SB>(1+x)</SB>Co<SB>(1-y)</SB>M<SB>y</SB>O<SB>(2-z)</SB>(provided that, in the chemical formula 1, M is made of at least one kind or more of element selected from Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Mo, Sn, and W, x, y, and z is -0.01≤x≤0.10, 0≤y<0.50, -0.10≤z≤0.20) and of which the average particle size is 2.0 μm or more and 50 μm or less, and in which particles with particle size 0.5 μm or less are 0.5% or less, and is heated and dehydrated, thereby a coating layer is formed to manufacture a positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法に関する。詳しくは、リチウム(Li)とコバルト(Co)とを含む複合酸化物を含有する正極活物質に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a positive electrode active material containing a composite oxide containing lithium (Li) and cobalt (Co).

近年、ビデオカメラやノート型パソコン等のポ−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、電池電圧が約1.2Vと低く、エネルギー密度の向上は困難である。このため、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、単位重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使用するリチウム金属二次電池が検討された。   In recent years, with the widespread use of portable devices such as video cameras and notebook computers, there is an increasing demand for small and high-capacity secondary batteries. Currently used secondary batteries include nickel-cadmium batteries using an alkaline electrolyte, but the battery voltage is as low as about 1.2 V, and it is difficult to improve the energy density. For this reason, a lithium metal secondary battery using lithium metal having a specific gravity of 0.534, which is the lightest of the solid simple substance, the potential is extremely base, and the current capacity per unit weight is the largest among the metal negative electrode materials. It was done.

しかしながら、リチウム金属を負極に使用する二次電池では、充電時に負極の表面に樹枝状のリチウム(デンドライト)が析出し、充放電サイクルによってこれが成長する。このデンドライトの成長は、二次電池のサイクル特性の劣化、さらには、正極と負極が接触しないように配置された隔膜(セパレータ)を突き破って、内部短絡を生じてしまう等の問題があった。   However, in a secondary battery using lithium metal as a negative electrode, dendritic lithium (dendrites) is deposited on the surface of the negative electrode during charging and grows by charge / discharge cycles. The growth of the dendrite has problems such as deterioration of the cycle characteristics of the secondary battery, and further breaking through a diaphragm (separator) disposed so that the positive electrode and the negative electrode are not in contact with each other, thereby causing an internal short circuit.

そこで、例えば、特許文献1に記載されているように、コ−クス等の炭素質材料を負極とし、アルカリ金属イオンをド−ピング、脱ド−ピングすることにより充放電を繰り返す二次電池が提案された。これによって、上述したような充放電の繰り返しにおける負極の劣化問題を回避できることがわかった。   Therefore, for example, as described in Patent Document 1, a secondary battery that repeats charging and discharging by using a carbonaceous material such as coke as a negative electrode and doping and dedoping alkali metal ions is provided. was suggested. As a result, it has been found that the above-described problem of deterioration of the negative electrode due to repeated charge / discharge can be avoided.

特開昭62−90863号公報JP 62-90863 A

一方、正極活物質としては、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酸化物や遷移金属カルコゲンなどの無機化合物が知られている。なかでも、コバルト酸リチウム、またはニッケル酸リチウムなどのリチウム複合酸化物は、高電位、安定性、長寿命という点から最も有望である。   On the other hand, as positive electrode active materials, inorganic compounds such as transition metal oxides and transition metal chalcogens containing alkali metals are known as those capable of obtaining a battery voltage of around 4V. Among these, lithium composite oxides such as lithium cobaltate or lithium nickelate are most promising in terms of high potential, stability, and long life.

特に、コバルト酸リチウムを主体とする正極活物質は、高電位を示す正極活物質であり、充電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期待される。しかしながら、充電電圧を高くするとサイクル特性が劣化する問題があった。そこで、従来ではLiMn1/3Co1/3Ni1/32などを少量混合して用いることや、他材料を表面被覆することにより正極活物質の改質を行う方法が行われてきた。 In particular, a positive electrode active material mainly composed of lithium cobaltate is a positive electrode active material exhibiting a high potential, and is expected to increase the energy density by increasing the charging voltage. However, there is a problem that the cycle characteristics deteriorate when the charging voltage is increased. Therefore, conventionally, a method of modifying the positive electrode active material by using a small amount of LiMn 1/3 Co 1/3 Ni 1/3 O 2 or the like, or coating the surface with another material has been performed. .

ところで、上述した正極活物質の表面被覆により正極活物質の改質を行う技術は、高い被着性を達成することが課題となっている。この課題を解決するために、各種手法が提案されている。例えば、金属水酸化物により被着する方法は、被着性に優れていることが確認されており、このような方法として、例えば、特許文献2には、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)粒子の表面に、コバルト(Co)ならびにマンガン(Mn)をその水酸化物被着工程を通して被着することが開示されている。また、例えば、特許文献3には、リチウムマンガン複合酸化物の表面に、非マンガン金属をその水酸化物被着工程を通して被着することが開示されている。 By the way, the technique for modifying the positive electrode active material by the surface coating of the positive electrode active material described above has a problem of achieving high adhesion. In order to solve this problem, various methods have been proposed. For example, it has been confirmed that the method of depositing with a metal hydroxide is excellent in adherence. As such a method, for example, Patent Document 2 discloses lithium nickelate (LiNiO 2 ) particles. It is disclosed that cobalt (Co) and manganese (Mn) are deposited on the surface through a hydroxide deposition process. For example, Patent Document 3 discloses that a non-manganese metal is deposited on the surface of a lithium manganese composite oxide through a hydroxide deposition process.

特開平9−265985号公報JP-A-9-265985 特開平11−71114号公報JP-A-11-71114

しかしながら、上述のようにして改良した正極活物質を用いても、高い充電電圧で充放電を繰り返した場合に容量劣化を引き起こし、電池寿命が短くなってしまう。また、コバルト酸リチウムを主体とする正極活物質の表面改質を行うにあたり、所望の金属酸化物を均一強固に被着するための技術課題も有している。   However, even when the positive electrode active material improved as described above is used, when charging and discharging are repeated at a high charge voltage, capacity deterioration is caused and the battery life is shortened. In addition, when performing surface modification of a positive electrode active material mainly composed of lithium cobaltate, there is also a technical problem for uniformly and firmly depositing a desired metal oxide.

したがって、この発明の目的は、上記問題点を解消し、化学安定性をより向上できる非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can solve the above-described problems and can further improve chemical stability, and a method for producing the same.

上述の課題を解決するために、この発明の第1の発明は、リチウム(Li)と、コバルト(Co)とを少なくとも含み、平均粒径2.0μm以上50μm以下で、粒径0.5μm以下の粒子が0.5%以下である複合酸化物粒子を、ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物で被着し、加熱脱水することを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法である。   In order to solve the above-mentioned problems, a first invention of the present invention includes at least lithium (Li) and cobalt (Co), has an average particle size of 2.0 μm or more and 50 μm or less, and a particle size of 0.5 μm or less. The non-aqueous electrolyte 2 is characterized in that the composite oxide particles having a particle size of 0.5% or less are coated with a metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) and dehydrated by heating. It is a manufacturing method of the positive electrode active material for secondary batteries.

なお、上述の複合酸化物粒子は、化1で平均組成が表されるものであることが好ましい。
(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(但し、化1中、Mはマグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、タングステン(W)から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなり、式中x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
In addition, it is preferable that the above-mentioned composite oxide particles have an average composition represented by Chemical Formula 1.
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(However, in chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel. It consists of at least one element selected from (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), where x, y, and z are- (0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20)

この発明の第2の発明は、リチウム(Li)と、コバルト(Co)とを少なくとも含み、平均粒径2.0μm以上50μm以下で、粒径0.5μm以下の粒子が0.5%以下である複合酸化物粒子を、ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物で被着し、加熱脱水することを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質である。   A second invention of the present invention includes at least lithium (Li) and cobalt (Co), having an average particle size of 2.0 μm to 50 μm and a particle size of 0.5 μm or less of 0.5% or less. It is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that a certain composite oxide particle is deposited with a metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) and heated and dehydrated.

この発明では、複合酸化物粒子の表面に被覆層を設けることにより、活性の高いリチウムが正極活物質表面に露出するのを抑制することができる。また、粒径の小さい複合酸化物粒子の含有頻度を小さくすることで、電池容量に寄与しない被覆層の、複合酸化物粒子に対する存在比率を小さくすることができるとともに、複合酸化物粒子と被覆層との間で本来生じるべきコバルト(Co)ならびにニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)の相互拡散による濃度勾配が不明確になるのを抑制することができる。   In this invention, by providing a coating layer on the surface of the composite oxide particle, it is possible to suppress exposure of highly active lithium to the surface of the positive electrode active material. In addition, by reducing the content frequency of the composite oxide particles having a small particle diameter, the ratio of the coating layer that does not contribute to the battery capacity to the composite oxide particles can be reduced, and the composite oxide particles and the coating layer can be reduced. The concentration gradient due to interdiffusion of cobalt (Co) and nickel (Ni) and / or manganese (Mn), which should originally occur between the two, can be suppressed.

この発明によれば、非水電解質二次電池用正極活物質の化学安定性をより向上でき、
高充電電圧性とそれに伴う高エネルギー密度性とを実現でき、かつ、高充電電圧条件下で良好な充放電サイクル特性を有する非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法を実現できる。
According to this invention, the chemical stability of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be further improved,
It is possible to realize a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for producing the same, which can realize high charge voltage properties and high energy density properties associated therewith and have good charge / discharge cycle characteristics under high charge voltage conditions.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態の非水電解質二次電池は、その満充電状態における正極の充電電位が4.35V以上(Li/Li+)という高い電圧になるよう正極および負極の容量比が設定されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the following embodiment, the capacity ratio between the positive electrode and the negative electrode is set so that the charging potential of the positive electrode in a fully charged state becomes a high voltage of 4.35 V or more (Li / Li + ). ing.

この発明の一実施形態による非水電解質二次電池(以下、正極活物質と適宜称する)は、複合酸化物粒子の少なくとも一部に、ニッケル(Ni)あるいはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物で被着し、加熱脱水することにより、酸化物よりなる被覆層が設けられたものである。   A non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention (hereinafter appropriately referred to as a positive electrode active material) is a metallic water mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) in at least a part of composite oxide particles. A coating layer made of an oxide is provided by depositing with an oxide and dehydrating by heating.

まず、正極活物質を上述したような構成とする理由について説明する。コバルト酸リチウム(LiCoO2)を主体とする正極活物質は、高充電電圧性とそれに伴う高エネルギー密度性があるが、高充電電圧にて高容量での充放電サイクルを繰り返すと容量の低下が少なくない。この原因は、正極活物質粒子の表面に起因するため、正極活物質の表面処理の必要性が指摘されている。 First, the reason why the positive electrode active material is configured as described above will be described. A positive electrode active material mainly composed of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) has a high charge voltage property and a high energy density property associated therewith. However, when a charge / discharge cycle at a high capacity is repeated at a high charge voltage, the capacity decreases. Not a few. Since this cause is caused by the surface of the positive electrode active material particles, the necessity of surface treatment of the positive electrode active material has been pointed out.

したがって、各種の表面処理が提案されているが、体積または重量あたりの容量の低下を無くす、または容量の低下を最小限に留める観点から、容量の低下を抑制、または容量に貢献できる材料で表面処理を行うことにより、高充電電圧性と、これに伴う高エネルギー密度性、および高充電電圧での充放電サイクル特性に優れた正極活物質を得ることができる。   Therefore, various surface treatments have been proposed, but the surface is made of a material that can suppress or contribute to the capacity reduction from the viewpoint of eliminating the capacity reduction per volume or weight or minimizing the capacity reduction. By performing the treatment, it is possible to obtain a positive electrode active material excellent in high charge voltage property, high energy density property associated therewith, and charge / discharge cycle characteristics at a high charge voltage.

本願発明者等は、鋭意検討の結果、高充電電圧性とこれに伴う高エネルギー密度性においてやや劣るが、コバルト酸リチウム(LiCoO2)を主体とする正極活物質に、ニッケル(Ni)あるいはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物で被着し、加熱脱水して酸化物よりなる被覆層を設けることにより、高充電電圧性とこれに伴う高エネルギー密度性があり、且つ、高充電電圧条件下で、高容量の充放電サイクル特性に優れた正極活物質が得られることを見出した。 As a result of intensive studies, the inventors of the present application are slightly inferior in terms of high charging voltage and high energy density, but nickel (Ni) or manganese is used as a positive electrode active material mainly composed of lithium cobaltate (LiCoO 2 ). By applying a metal hydroxide mainly composed of (Mn) and providing a coating layer made of oxide by heat dehydration, it has high charging voltage and high energy density, and high charge. It has been found that a positive electrode active material having a high capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained under voltage conditions.

複合酸化物粒子に被覆層を設ける方法としては、リチウム(Li)の化合物と、二ッケル(Ni)の化合物および/またはマンガン(Mn)の化合物とを、複合酸化物粒子表面に、微粉砕した粒子として乾式混合し被着し焼成して、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層を、複合酸化物粒子表面に被着形成する方法、リチウム(Li)の化合物と、ニッケル(Ni)の化合物および/またはマンガン(Mn)の化合物とを、溶媒に溶解あるいは混合して、湿式にて複合酸化物粒子表面に被着し焼成して、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層を、複合酸化物粒子表面に設ける方法が提案できる。しかしながら、これらの方法では、均一性の高い被着が達成できない結果を得た。   As a method of providing a coating layer on the composite oxide particles, lithium (Li) compound, nickel (Ni) compound and / or manganese (Mn) compound were finely pulverized on the surface of the composite oxide particles. A composite oxide particle comprising a coating layer made of an oxide containing lithium (Li) and at least one of a coating element of nickel (Ni) and manganese (Mn) is dry-mixed, deposited and fired as particles. Method of depositing on the surface, lithium (Li) compound, nickel (Ni) compound and / or manganese (Mn) compound dissolved or mixed in a solvent, and mixed oxide particle surface in wet A coating layer made of an oxide containing lithium (Li) and at least one of the coating elements of nickel (Ni) and manganese (Mn) is subjected to composite oxidation. We propose a method of providing the surface of the particles. However, with these methods, results were obtained in which highly uniform deposition could not be achieved.

そこで、本願発明者等は、さらに、鋭意検討を進めたところ、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を水酸化物として複合酸化物粒子表面に被着しこれを加熱脱水して、被覆層を形成することで、均一性の高い被着が実現できることを見出した。この被着処理は、ニッケル(Ni)の化合物および/またはマンガン(Mn)の化合物を、水を主体とする溶媒系に溶解し、その後、この溶媒系に複合酸化物粒子を分散させ、この分散系に塩基を添加する等により分散系の塩基性度を高め、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を複合酸化物粒子表面に析出させる。   Accordingly, the inventors of the present application have further studied diligently. As a result, nickel (Ni) and / or manganese (Mn) was deposited as a hydroxide on the surface of the composite oxide particles, and this was heated and dehydrated, and then coated. It was found that highly uniform deposition can be realized by forming a layer. In this deposition treatment, a nickel (Ni) compound and / or a manganese (Mn) compound is dissolved in a water-based solvent system, and then the composite oxide particles are dispersed in the solvent system. The basicity of the dispersion is increased by adding a base to the system, and a hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) is precipitated on the surface of the composite oxide particles.

さらに、本願発明者等は鋭意検討を進めたところ、上述した被着処理をpH12以上の水を主体とする溶媒系で行うことで、複合酸化物粒子表面への被着の均一性をさらに向上できることを見出した。この被着処理は、pH12以上の水を主体とする溶媒系に、複合酸化物粒子を予め分散させ、この分散溶媒にニッケル(Ni)の化合物および/またはマンガン(Mn)の化合物を添加し、複合酸化物粒子表面に、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を被着させるものである。   Furthermore, the inventors of the present application have made extensive studies, and the uniformity of deposition on the surface of the composite oxide particles is further improved by performing the above-described deposition treatment in a solvent system mainly composed of water having a pH of 12 or more. I found out that I can do it. In this deposition treatment, composite oxide particles are dispersed in advance in a solvent system mainly composed of water having a pH of 12 or more, and a nickel (Ni) compound and / or a manganese (Mn) compound is added to the dispersion solvent. A hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) is deposited on the surface of the composite oxide particles.

この被着処理により、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を被着した複合酸化物粒子を、加熱脱水して、被覆層を複合酸化物粒子表面に形成すると、複合酸化物粒子表面への被着の均一性をより向上できる。   By this deposition treatment, composite oxide particles coated with a hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) are heated and dehydrated to form a coating layer on the surface of the composite oxide particles. The uniformity of deposition on the oxide particle surface can be further improved.

本発明者が、さらに検討を進めたところ、複合酸化物粒子として、粒径の極端に低い小粒径粒子、特に顕著には、0.5μm以下の小粒径粒子の存在は、本発明効果を得るのを阻害することを見出し、その存在を低減させることが本発明効果達成に有効であることを見出した。すなわち、上記小粒径粒子が存在すると、この粒子に対して、上記被着は粒子バルク体積に対して相対的に存在比率が高くなるとともに、本発明の作製プロセスにおける熱処理により、内部コバルトと被着ニッケルマンガンの相互拡散により、本来濃度勾配の生じるべきものが、濃度勾配が不明確となり、場合のよってはほぼ均一の組成の粒子を形成することとなり、本発明の目的に沿わないことになることが分かった。本発明において、小粒径粒子、特に、0.5μm以下の粒子の存在は、前記複合酸化物粒子の0.5%以下、好ましくは、0.3%以下、さらに好ましくは、0.1%であることが、本発明効果達成に有効である。   As a result of further investigation by the inventor, the presence of small particle diameter particles having extremely low particle diameters, particularly notably 0.5 μm or less, as the composite oxide particles is the effect of the present invention. And the reduction of its presence was found to be effective in achieving the effects of the present invention. That is, when the small particle size particle is present, the deposition ratio of the particle is relatively high with respect to the particle bulk volume, and the heat treatment in the manufacturing process of the present invention causes the internal cobalt and the coating particle to be coated. Due to the interdiffusion of the deposited nickel manganese, the concentration gradient that should originally occur becomes unclear, and in some cases, particles of almost uniform composition are formed, which does not meet the object of the present invention. I understood that. In the present invention, the presence of small particle size, particularly 0.5 μm or less, is 0.5% or less, preferably 0.3% or less, more preferably 0.1% of the composite oxide particles. It is effective to achieve the effect of the present invention.

このように作製された正極活物質を用いることで、高充電電圧での安定性が高く、これに伴い高エネルギー密度を向上でき、且つ、高充電電圧条件下での高容量の充放電サイクルを繰り返し性のよい正極活物質を得ることができた。   By using the positive electrode active material thus produced, the stability at a high charging voltage is high, and accordingly, a high energy density can be improved, and a high-capacity charging / discharging cycle under a high charging voltage condition can be achieved. A positive electrode active material having good repeatability could be obtained.

次に、この発明の一実施形態による正極活物質を構成する複合酸化物、被覆層について詳細に説明する。   Next, the composite oxide and the coating layer constituting the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention will be described in detail.

[複合酸化物]
複合酸化物粒子は、例えば化1で表された平均組成を有するものである。複合酸化物粒子が、化1で表された平均組成を有することにより、高容量および高い放電電位を得ることができるとともに、電気化学的な安定性を向上させることができる。なお、複合酸化物粒子の平均組成は、原子吸光分析により分析することができる。
[Composite oxide]
The composite oxide particles have, for example, an average composition represented by Chemical Formula 1. When the composite oxide particles have the average composition represented by Chemical Formula 1, high capacity and high discharge potential can be obtained, and electrochemical stability can be improved. The average composition of the composite oxide particles can be analyzed by atomic absorption analysis.

(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(但し、化1中、Mはマグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、タングステン(W)から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなり、式中x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(However, in chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel. It consists of at least one element selected from (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), where x, y, and z are- (0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20)

ここで、化1において、xの範囲は、−0.10≦x≦0.10であり、−0.08≦x≦0.08がより好ましく、さらに好ましくは−0.06≦x≦0.06である。この範囲外に値が小さくなると、放電容量が減少してしまい、この範囲外に値が大きくなると、該粒子外に拡散し、次の処理工程の塩基性度の制御の障害となると共に、最終的には、正極ペーストの混練中のゲル化促進の弊害の原因となる。   Here, in Chemical Formula 1, the range of x is −0.10 ≦ x ≦ 0.10, more preferably −0.08 ≦ x ≦ 0.08, and still more preferably −0.06 ≦ x ≦ 0. .06. When the value decreases outside this range, the discharge capacity decreases, and when the value increases outside this range, it diffuses out of the particles, hindering control of the basicity of the next processing step, and finally Specifically, this causes a harmful effect of promoting gelation during the kneading of the positive electrode paste.

yの範囲は、0≦y<0.50であり、好ましくは0≦y<0.40であり、さらに好ましくは0≦y<0.30である。この範囲外に大きくなると、LiCoO2の有する高充電電圧性とそれに伴う高エネルギー密度性が損なわれ、本発明の本来の目的を達することができない。 The range of y is 0 ≦ y <0.50, preferably 0 ≦ y <0.40, and more preferably 0 ≦ y <0.30. If it is larger than this range, the high charge voltage property and accompanying high energy density property of LiCoO 2 are impaired, and the original object of the present invention cannot be achieved.

zの範囲は、−0.10≦z≦0.20であり、−0.08≦z≦0.18がより好ましく、さらに好ましくは−0.06≦z≦0.16である。この範囲外に値が小さくなる場合と、この範囲外に値が大きくなる場合は、放電容量が減少する傾向がある。   The range of z is −0.10 ≦ z ≦ 0.20, more preferably −0.08 ≦ z ≦ 0.18, and still more preferably −0.06 ≦ z ≦ 0.16. When the value decreases outside this range, and when the value increases outside this range, the discharge capacity tends to decrease.

複合酸化物粒子は、例えばボールミルや擂潰機などを用いて二次粒子を解砕して調整したものを用いることができる。   As the composite oxide particles, for example, particles prepared by crushing secondary particles using a ball mill or a crusher can be used.

[被覆層]
被覆層は、複合酸化物粒子の少なくとも一部に設けられ、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)うちの少なくとも一方の被覆元素とを含む酸化物よりなるものである。このような被覆層は、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物で被着し、加熱脱水することにより形成することができる。この被覆層を設けることによって、高充電電圧性と、これに伴う高エネルギー密度性とを実現でき、かつ、高充電電圧条件下での充放電サイクル特性を向上できる。
[Coating layer]
The coating layer is provided on at least a part of the composite oxide particles and is made of an oxide containing lithium (Li) and at least one coating element of nickel (Ni) and manganese (Mn). Such a coating layer can be formed by depositing with a metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) and manganese (Mn) and dehydrating by heating. By providing this coating layer, it is possible to realize high charge voltage characteristics and high energy density characteristics associated therewith, and to improve charge / discharge cycle characteristics under high charge voltage conditions.

被覆層において、ニッケル(Ni)あるいはマンガン(Mn)の水酸化物を主体とする金属水酸化物のニッケル(Ni)とマンガン(Mn)の構成比は、モル比で100:0〜30:70の範囲内であることが好ましく、100:0〜40:60の範囲内であることがより好ましい。マンガン(Mn)の量がこの範囲を超えて増加すると、リチウム(Li)の吸蔵性が低下し、最終的に、正極活物質の容量の低下、および電池に用いた際の電気抵抗の増大の要因となるからである。また、このニッケル(Ni)とマンガン(Mn)の構成比の範囲は、リチウム(Li)を加えた前駆体の焼成において、粒子間の焼結の進行を抑制する、より有効性を示す範囲である。   In the coating layer, the constituent ratio of nickel (Ni) and manganese (Mn) in a metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) hydroxide is 100: 0 to 30:70 in molar ratio. Preferably, it is in the range of 100: 0 to 40:60. If the amount of manganese (Mn) increases beyond this range, the occlusion of lithium (Li) will decrease, eventually reducing the capacity of the positive electrode active material and increasing the electrical resistance when used in a battery. It is a factor. In addition, the range of the composition ratio of nickel (Ni) and manganese (Mn) is a range showing more effectiveness in suppressing the progress of sintering between particles in the firing of the precursor added with lithium (Li). is there.

また、被覆層の酸化物におけるニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、コバルト(Co)、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)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、タングステン(W)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の金属元素で置き換えることができる。   In addition, nickel (Ni) and manganese (Mn) in the oxide of the coating layer are replaced with magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), cobalt (Co), titanium (Ti), vanadium (V), chromium. (Cr), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), tungsten (W), yttrium (Y), zirconium It can be replaced with at least one metal element selected from the group consisting of (Zr).

これにより、正極活物質の安定性の向上、並びにリチウムイオンの拡散性を向上できる。なお、選択された金属元素の置換量は、例えば、被着した水酸化物のニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の総量の40モル%以下であることが好ましく、より好ましくは30モル%以下であり、さらに好ましくは20モル%以下である。この範囲以上に、選択された金属元素の置換量が増加すると、金属酸化物のリチウム(Li)の吸蔵性が低下し、正極活物質の容量の低下となるからである。   Thereby, the stability of the positive electrode active material and the diffusibility of lithium ions can be improved. The substitution amount of the selected metal element is, for example, preferably 40 mol% or less, more preferably 30 mol% or less of the total amount of nickel (Ni) and manganese (Mn) of the deposited hydroxide. More preferably, it is 20 mol% or less. This is because if the substitution amount of the selected metal element is increased beyond this range, the occlusion of lithium (Li) of the metal oxide is lowered and the capacity of the positive electrode active material is lowered.

また、ニッケル(Ni)あるいはマンガン(Mn)の水酸化物を主体とする金属水酸化物の量は、複合酸化物粒子重量に対して、例えば、0.5重量%以上50重量%以下であり、好ましくは、1.0重量%以上40重量%以下であり、より好ましくは、2.0重量%以上30重量%以下である。この範囲を超えて金属酸化物の被着重量が増加すると、正極活物質の容量の低下となるからである。この範囲より金属酸化物の被着重量が低下すると、正極活物質の安定性の低下となるからである。   Further, the amount of metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) hydroxide is, for example, 0.5 wt% or more and 50 wt% or less with respect to the weight of the composite oxide particles. Preferably, it is 1.0 to 40% by weight, and more preferably 2.0 to 30% by weight. This is because if the metal oxide deposition weight increases beyond this range, the capacity of the positive electrode active material decreases. This is because if the metal oxide deposition weight decreases from this range, the stability of the positive electrode active material decreases.

上述のように構成された正極活物質の平均粒径は、好ましくは2.0μm以上50μm以下である。平均粒径が2.0μm未満であると、正極作製時にプレスする時に剥離し、また、活物質の表面積が増えるために、導電剤や結着剤の添加量を増加する必要があり、単位重量あたりのエネルギー密度が小さくなってしまう傾向があるからである。一方、この平均粒径が50μmを超えると粒子がセパレータを貫通し、短絡を引き起こす傾向にあるからである。なお、平均粒径は、レーザ散乱法により測定することができる。   The average particle diameter of the positive electrode active material configured as described above is preferably 2.0 μm or more and 50 μm or less. If the average particle size is less than 2.0 μm, it peels off when pressed during positive electrode fabrication, and the surface area of the active material increases, so it is necessary to increase the amount of conductive agent and binder added, and the unit weight This is because the per-energy density tends to decrease. On the other hand, if the average particle size exceeds 50 μm, the particles tend to penetrate the separator and cause a short circuit. The average particle diameter can be measured by a laser scattering method.

次に、この発明の一実施形態による正極活物質の製造方法の一例について説明する。   Next, an example of a method for producing a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention will be described.

複合酸化物粒子は、種々の方法により製造することができる。例えば、炭酸リチウム(Li2CO3)、炭酸コバルト(CoCO3)等の原料を所定比で混合し、ボールミルにより混合および粉砕した後、空気中または酸素雰囲気中で焼成することにより、製造することができる。なお、原料には上述したものの他にも、各種炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、リン酸塩、酸化物あるいは水酸化物を用いることができる。 The composite oxide particles can be produced by various methods. For example, it is manufactured by mixing raw materials such as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) at a predetermined ratio, mixing and pulverizing with a ball mill, and firing in air or in an oxygen atmosphere. Can do. In addition to the materials described above, various carbonates, nitrates, oxalates, phosphates, oxides or hydroxides can be used as raw materials.

被覆層の形成工程は、複合酸化物粒子の少なくとも一部にニッケル(Ni)あるいはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物よりなる層を形成する第1の工程と、金属水酸化物よりなる層を形成したのち加熱処理することにより、複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層を形成する第2の工程と、に大別できる。   The coating layer forming step includes a first step of forming a layer made of a metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) on at least a part of the composite oxide particles, and a metal hydroxide An oxide containing lithium (Li) and at least one covering element of nickel (Ni) and manganese (Mn) in at least a part of the composite oxide particles by forming a layer to be heat-treated And a second step of forming a coating layer made of the same.

(第1の工程)
第1の工程では、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物の被着処理を行う。第1の工程では、例えば、まず、複合酸化物粒子を、ニッケル(Ni)の化合物および/またはマンガン(Mn)の化合物が溶解された水を主体とする溶媒系に分散し、この分散系に塩基を添加するなどにより分散系の塩基性度を高め、複合酸化物粒子表面に、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を析出させる。なお、複合酸化物粒子を塩基性の水を主体とする溶媒中に分散し、次いで、この水溶液にニッケル(Ni)の化合物および/またはマンガン(Mn)の化合物を添加して、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を析出させるようにしてもよい。
(First step)
In the first step, a hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) is applied. In the first step, for example, first, the composite oxide particles are dispersed in a solvent system mainly composed of water in which a nickel (Ni) compound and / or a manganese (Mn) compound is dissolved. The basicity of the dispersion is increased by adding a base and the like, and a hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) is precipitated on the surface of the composite oxide particles. The composite oxide particles are dispersed in a solvent mainly composed of basic water, and then a nickel (Ni) compound and / or a manganese (Mn) compound is added to the aqueous solution to obtain nickel (Ni). And / or a hydroxide containing manganese (Mn) may be deposited.

ニッケル(Ni)の化合物の原料としては、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、チオシアン酸ニッケルなどの無機系化合物、あるいは、シュウ酸ニッケル、酢酸ニッケルなどの有機系化合物を、そのまま、あるいは必要に応じて酸等により溶媒系に溶解可能となるよう処理して、用いることができる。   Nickel (Ni) compound raw materials include nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel nitrate, nickel fluoride, nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel perchlorate, nickel bromate, nickel iodate, oxidation Inorganic compounds such as nickel, nickel peroxide, nickel sulfide, nickel sulfate, nickel hydrogen sulfate, nickel nitride, nickel nitrite, nickel phosphate and nickel thiocyanate, or organic compounds such as nickel oxalate and nickel acetate It can be used as it is or after being treated so that it can be dissolved in a solvent system with an acid or the like as required.

また、マンガン(Mn)の化合物の原料としては、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、フォスフィン酸マンガン、硫化マンガン、硫化水素マンガン、硝酸マンガン、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、炭酸水素マンガンなどの無機系化合物、あるいは、シュウ酸マンガン、酢酸マンガンなどの有機系化合物を、そのまま、あるいは必要に応じて酸等により溶媒系に溶解可能なよう処理して、用いることができる。   Manganese (Mn) compounds include manganese hydroxide, manganese carbonate, manganese nitrate, manganese fluoride, manganese chloride, manganese bromide, manganese iodide, manganese chlorate, manganese perchlorate, manganese bromate. , Manganese iodate, manganese oxide, manganese phosphinate, manganese sulfide, manganese hydrogen sulfide, manganese nitrate, manganese hydrogen sulfate, manganese thiocyanate, manganese nitrite, manganese phosphate, manganese dihydrogen phosphate, manganese hydrogen carbonate, etc. An organic compound such as a manganese compound, or an organic compound such as manganese oxalate or manganese acetate can be used as it is or after being treated so that it can be dissolved in a solvent system with an acid or the like, if necessary.

上述した水を主体とする溶媒系のpHは、例えばpH12以上であるが、好ましくはpH13以上、さらに好ましくは、pH14以上である。上述した水を主体とする溶媒系のpHの値は、高いほど、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物の被着の均一性が良好であり、反応精度も高く、処理時間の短縮による生産性の向上、品質の向上の利点がある。また、水を主体とする溶媒系のpHは、使用するアルカリのコストとの兼合い等で決定されるものでもある。   The pH of the above-described solvent system mainly composed of water is, for example, pH 12 or more, preferably pH 13 or more, and more preferably pH 14 or more. The higher the pH value of the water-based solvent system described above, the better the uniformity of the deposition of hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn), and the higher the reaction accuracy, There are advantages in improving productivity and quality by shortening the processing time. Further, the pH of the solvent system mainly composed of water is determined by the balance with the cost of the alkali used.

また、処理分散系の温度は、例えば40℃以上であるが、好ましくは60℃以上、さらに好ましくは80℃以上である。処理分散系の温度の値は、高いほど、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物の被着の均一性は良く、且つ、反応速度も高く、処理時間の短縮による生産性の向上、品質の向上の利点がある。装置的なコストおよび生産性との兼合いで決定されるものであるが、オートクレーブを用い100℃以上で行うことも、被着の均一性の向上と反応速度の向上による処理時間の短縮による生産の観点から、推奨できる。   The temperature of the treatment dispersion is, for example, 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, and more preferably 80 ° C. or higher. The higher the value of the temperature of the treatment dispersion, the better the uniformity of the deposition of the hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn), the higher the reaction rate, and the production by shortening the treatment time. There is an advantage of improvement in quality and quality. Although it is determined in consideration of the cost and productivity of the equipment, it can be performed at 100 ° C. or higher using an autoclave, and production by shortening the processing time by improving the uniformity of deposition and improving the reaction rate. From the point of view, it can be recommended.

さらに、水を主体とする溶媒系のpHは、水を主体とする溶媒系にアルカリを溶解することで達することができる。アルカリとしては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウム、並びにこれらの混合物を挙げることができる。これらのアルカリを、適宜用いて実施することが可能であるが、最終的に得られる一実施形態による正極活物質の純度と性能の観点において、水酸化リチウムを用いることが優れている。水酸化リチウムを用いることの利点としては、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物よりなる層が形成された複合酸化物粒子を、水を主体とする溶媒系から取り出す際に、水を主体とする溶媒よりなる分散媒の付着量を制御することで、最終的に得られる一実施形態による正極活物質のリチウム量を、制御できるからである。   Furthermore, the pH of a solvent system mainly composed of water can be reached by dissolving an alkali in the solvent system mainly composed of water. Examples of the alkali include lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide, and mixtures thereof. Although these alkalis can be used as appropriate, it is excellent to use lithium hydroxide from the viewpoint of the purity and performance of the positive electrode active material according to one embodiment finally obtained. The advantage of using lithium hydroxide is that the composite oxide particles in which a layer made of a hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) is formed are taken out from a solvent system mainly composed of water. In addition, the amount of lithium in the positive electrode active material according to an embodiment finally obtained can be controlled by controlling the amount of the dispersion medium made of a solvent mainly composed of water.

(第2の工程)
第2の工程では、第1の工程によりニッケル(Ni)あるいはマンガン(Mn)を主体とする水酸化物を被着処理した複合酸化物粒子を、水を主体とする溶媒系から分離し、その後、加熱処理することにより水酸化物を脱水し、複合酸化物粒子の表面にニッケル(Ni)あるいはマンガン(Mn)を主体とする酸化物よりなる被覆層を形成する。ここで、加熱処理は、空気あるいは、純酸素などの酸化雰囲気中において、例えば300℃〜1000℃程度の温度で行うことが好ましい。
(Second step)
In the second step, the composite oxide particles deposited with the hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) in the first step are separated from the solvent system mainly composed of water, and thereafter The hydroxide is dehydrated by heat treatment, and a coating layer made of an oxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) is formed on the surface of the composite oxide particles. Here, the heat treatment is preferably performed at a temperature of, for example, about 300 ° C. to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere such as air or pure oxygen.

なお、第1の工程により被着処理を行った複合酸化物粒子を溶媒系から分離した後、必要があればリチウム量を調整するために、リチウム化合物の水溶液を含浸させて、その後、加熱処理を行ってもよい。   In addition, after separating the composite oxide particles subjected to the deposition treatment in the first step from the solvent system, if necessary, in order to adjust the amount of lithium, impregnation with an aqueous solution of a lithium compound, and then heat treatment May be performed.

リチウム化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、酸化リチウム、過酸化リチウム、硫化リチウム、硫化水素リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、窒化リチウム、アジ化リチウム、亜硝酸リチウム、リン酸リチウム、リン酸二水素リチウム、炭酸水素リチウムなどの無機系化合物、あるいは、メチルリチウム、ビニルリチウム、イソプロピルリチウム、ブチルリチウム、フェニルリチウム、シュウ酸リチウム、酢酸リチウムなどの有機化合物を用いることができる。   Examples of lithium compounds include lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, lithium chlorate, lithium perchlorate, lithium bromate, lithium iodate, lithium oxide, Inorganic compounds such as lithium peroxide, lithium sulfide, lithium hydrogen sulfide, lithium sulfate, lithium hydrogen sulfate, lithium nitride, lithium azide, lithium nitrite, lithium phosphate, lithium dihydrogen phosphate, lithium hydrogen carbonate, or Organic compounds such as methyl lithium, vinyl lithium, isopropyl lithium, butyl lithium, phenyl lithium, lithium oxalate, and lithium acetate can be used.

また焼成後、必要に応じて、軽い粉砕や分級操作などによって、粒度を調整してもよい。   Further, after firing, the particle size may be adjusted by light pulverization or classification operation, if necessary.

このような正極活物質を用いることにより、高充電電圧下で優れた安定性を得ることができ、これに伴ってエネルギー密度を向上させることができ、高い充放電容量を得ることができる。また、高充電電圧下において、高容量での充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を得ることができる。   By using such a positive electrode active material, it is possible to obtain excellent stability under a high charging voltage, and accordingly, energy density can be improved, and high charge / discharge capacity can be obtained. In addition, a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in charge / discharge cycle characteristics at a high capacity can be obtained under a high charge voltage.

次に、この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質二次電池について説明する。   Next, a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention will be described.

(1)非水電解質二次電池の第1の例
(1−1)非水電解質二次電池の構成
図1は、この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質二次電池の断面構造を表している。
(1) First Example of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery (1-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery FIG. 1 is a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention. The cross-sectional structure of is shown.

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1の内部に、帯状の正極2と帯状の負極3とがセパレータ4を介して巻回された巻回電極体20を有し、セパレータ4には電解液が含浸されている。   This secondary battery is a so-called cylindrical type, and is a wound electrode in which a strip-shaped positive electrode 2 and a strip-shaped negative electrode 3 are wound via a separator 4 inside a substantially hollow cylindrical battery can 1. The separator 20 is impregnated with an electrolytic solution.

電池缶1は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)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1の内部には、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5、6がそれぞれ配置されている。   The battery can 1 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel (Ni), and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 1, a pair of insulating plates 5 and 6 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶1の開放端部には、電池蓋7と、この電池蓋7の内側に設けられた安全弁機構8および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)9とが、ガスケット10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1の内部は密閉されている。電池蓋7は、例えば、電池缶1と同様の材料により構成されている。安全弁機構8は、熱感抵抗素子9を介して電池蓋7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11が反転して電池蓋7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9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10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 1, a battery lid 7, a safety valve mechanism 8 and a thermal resistance element (PTC element) 9 provided inside the battery lid 7 are interposed via a gasket 10. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 1 is sealed. The battery lid 7 is made of, for example, the same material as the battery can 1. The safety valve mechanism 8 is electrically connected to the battery lid 7 via a heat sensitive resistance element 9, and the disk plate 11 is reversed when the internal pressure of the battery becomes a certain level or more due to internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 7 and the wound electrode body 20 is cut off. When the temperature rises, the heat sensitive resistance element 9 limits the current by increasing the resistance value and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 10 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12を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極2には、例えばアルミニウム(Al)などよりなる正極リード13が接続されており、負極3には、例えばニッケル(Ni)などよりなる負極リード14が接続されている。正極リード13は、安全弁機構8に溶接されることにより電池蓋7と電気的に接続されており、負極リード14は、電池缶1に溶接され電気的に接続されている。   The wound electrode body 20 is wound around, for example, the center pin 12. A positive electrode lead 13 made of, for example, aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 2 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 14 made of, for example, nickel (Ni) or the like is connected to the negative electrode 3. The positive electrode lead 13 is electrically connected to the battery cover 7 by being welded to the safety valve mechanism 8, and the negative electrode lead 14 is welded and electrically connected to the battery can 1.

[正極]
図2は、図1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。図2に示すように、正極2は、例えば、導電性基材として、対向する一対の面を有する正極集電体2Aと、正極集電体2Aの両面に設けられた正極合剤層2Bとを有している。なお、正極集電体2Aの片面のみに正極合剤層2Bが設けられた領域を有するようにしてもよい。正極集電体2Aは、例えば、アルミニウム(Al)箔等の金属箔により構成されている。正極合剤層2Bは、例えば、正極活物質を含んでおり、必要に応じてグラファイトなどの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含んでいてもよい。正極活物質としては、上述した一実施形態による正極活物質を用いる。
[Positive electrode]
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the positive electrode 2 includes, for example, a positive electrode current collector 2A having a pair of opposed surfaces as a conductive base material, and a positive electrode mixture layer 2B provided on both surfaces of the positive electrode current collector 2A. have. In addition, you may make it have the area | region where the positive mix layer 2B was provided only in the single side | surface of 2 A of positive electrode collectors. The positive electrode current collector 2A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum (Al) foil. The positive electrode mixture layer 2B includes, for example, a positive electrode active material, and may include a conductive agent such as graphite and a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary. As the positive electrode active material, the positive electrode active material according to the above-described embodiment is used.

[負極]
図2に示すように、負極3は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体3Aと、負極集電体3Aの両面に設けられた負極合剤層3Bとを有している。なお、負極集電体3Aの片面のみに負極合剤層3Bが設けられた領域を有するようにしてもよい。負極集電体3Aは、例えば銅(Cu)箔などの金属箔により構成されている。負極合剤層3Bは、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。
[Negative electrode]
As shown in FIG. 2, the negative electrode 3 includes, for example, a negative electrode current collector 3A having a pair of opposed surfaces, and a negative electrode mixture layer 3B provided on both surfaces of the negative electrode current collector 3A. In addition, you may make it have the area | region in which the negative mix layer 3B was provided only in the single side | surface of 3 A of negative electrode collectors. The negative electrode current collector 3A is made of a metal foil such as a copper (Cu) foil. The negative electrode mixture layer 3B includes, for example, a negative electrode active material, and may include a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary.

負極活物質としては、リチウム(Li)を吸蔵および離脱することが可能な負極材料(以下、リチウム(Li)を吸蔵・離脱可能な負極材料と適宜称する。)を含んでいる。リチウム(Li)を吸蔵・離脱可能な負極材料としては、例えば、炭素材料、金属化合物、酸化物、硫化物、LiN3などのリチウム窒化物、リチウム金属、リチウムと合金を形成する金属、あるいは高分子材料などが挙げられる。 The negative electrode active material includes a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium (Li) (hereinafter referred to as a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium (Li) as appropriate). Examples of negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium (Li) include carbon materials, metal compounds, oxides, sulfides, lithium nitrides such as LiN 3 , lithium metals, metals that form alloys with lithium, and high Examples include molecular materials.

炭素材料としては、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。また、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等が挙げられる。   Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, and 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: Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.

このようなリチウム(Li)を吸蔵・離脱可能な負極材料のなかでも、充放電電位が比較的リチウム金属に近いものが好ましい。負極3の充放電電位が低いほど電池の高エネルギー密度化が容易となるからである。なかでも炭素材料は、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るので好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。   Among such negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium (Li), those having a charge / discharge potential relatively close to lithium metal are preferable. This is because the lower the charge / discharge potential of the negative electrode 3, the easier it is to increase the energy density of the battery. Among these, a carbon material is preferable because a change in crystal structure that occurs during charge / discharge is very small, a high charge / 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. Moreover, non-graphitizable carbon is preferable because excellent cycle characteristics can be obtained.

リチウム(Li)を吸蔵・離脱可能な負極材料としては、また、リチウム金属単体、リチウム(Li)と合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が挙げられる。これらは高いエネルギー密度を得ることができるので好ましく、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。なお、本明細書において、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からなるものも含める。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 (Li) include lithium metal alone, a metal element or metalloid element simple substance, alloy or compound capable of forming an alloy with lithium (Li). These are preferable because a high energy density can be obtained, and in particular, when used together with a carbon material, a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained, and therefore, it is more preferable. Note that in this specification, alloys include those composed of one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. The structures include solid solutions, eutectics (eutectic mixtures), intermetallic compounds, or those in which two or more of them coexist.

このような金属元素あるいは半金属元素としては、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)またはハフニウム(Hf)が挙げられる。これらの合金あるいは化合物としては、例えば、化学式MasMbtLiu、あるいは化学式MapMcqMdrで表されるものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、MbはリチウムおよびMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも1種を表し、MdはMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、s、t、u、p、qおよびrの値はそれぞれs>0、t≧0、u≧0、p>0、q>0、r≧0である。 Such metal elements or metalloid elements include tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi). ), Cadmium (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y) or hafnium (Hf) ). These alloys or compounds, for example, those represented by the chemical formula Ma s Mb t Li u or a chemical formula Ma p Mc q Md r,. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, Mb represents at least one of a metal element and a metalloid element other than lithium and Ma, Mc represents at least one of nonmetallic elements, and Md represents at least one of metallic elements and metalloid elements other than Ma. The values of s, t, u, p, q, and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧ 0, p> 0, q> 0, and r ≧ 0, respectively.

なかでも、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の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)あるいはスズ(Sn)、またはこれらの合金あるいは化合物である。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。   Among these, a simple substance, alloy or compound of Group 4B metal element or semimetal element in the short-period type periodic table is preferable, and silicon (Si) or tin (Sn), or an alloy or compound thereof is particularly preferable. These may be crystalline or amorphous.

この他、MnO2、V25、V613、NiS、MoSなど、リチウム(Li)を含まない無機化合物も、正負極のいずれかに用いることができる。 In addition, inorganic compounds that do not contain lithium (Li), such as MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , NiS, and MoS, can also be used for any of the positive and negative electrodes.

[電解液]
電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。特に、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを混合して含むようにすれば、よりサイクル特性を向上させることができるので好ましい。非水溶媒としては、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートまたはメチルプロピルカーボネート等の鎖状炭酸エステルの中から、少なくとも1種を含んでいることが好ましい。サイクル特性をより向上させることができるからである。
[Electrolyte]
As the electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent can be used. As the non-aqueous solvent, for example, it is preferable to contain at least one of ethylene carbonate and propylene carbonate. This is because the cycle characteristics can be improved. In particular, it is preferable to mix and contain ethylene carbonate and propylene carbonate because cycle characteristics can be further improved. The nonaqueous solvent preferably contains at least one of chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or methyl propyl carbonate. This is because the cycle characteristics can be further improved.

非水溶媒としては、さらに、2,4−ジフルオロアニソールおよびビニレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。2,4−ジフルオロアニソールは放電容量を改善することができ、ビニレンカーボネートはサイクル特性をより向上させることができるからである。特に、これらを混合して含んでいれば、放電容量およびサイクル特性を共に向上させることができるのでより好ましい。   The non-aqueous solvent preferably further contains at least one of 2,4-difluoroanisole and vinylene carbonate. This is because 2,4-difluoroanisole can improve discharge capacity, and vinylene carbonate can further improve cycle characteristics. In particular, it is more preferable that they are mixed and contained because both the discharge capacity and the cycle characteristics can be improved.

非水溶媒としては、さらに、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、これら化合物の水素基の一部または全部をフッ素基で置換したもの、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドあるいはリン酸トリメチル等のいずれか1種または2種以上を含んでいてもよい。   Non-aqueous solvents further include butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, those in which part or all of the hydrogen groups of these compounds are substituted with fluorine groups, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl Tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropironitrile, N, N-dimethylformamide N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide, or trimethyl phosphate may be included. Yes.

組み合わせる電極によっては、上記非水溶媒群に含まれる物質の水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換したものを用いることにより、電極反応の可逆性が向上する場合がある。したがって、これらの物質を適宜用いることも可能である。   Depending on the electrode to be combined, the reversibility of the electrode reaction may be improved by using a material in which part or all of the hydrogen atoms of the substance contained in the non-aqueous solvent group are substituted with fluorine atoms. Therefore, these substances can be used as appropriate.

電解質塩であるリチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C654、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF32、LiC(SO2CF33、LiAlCl4、LiSiF6、LiCl、LiBF2(ox)、LiBOB、あるいはLiBrが適当であり、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いることができる。なかでも、LiPF6は、高いイオン伝導性を得ることができるとともに、サイクル特性を向上できるので好ましい。 Examples of the lithium salt that is an electrolyte salt include 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, LiBF 2 (ox), LiBOB, or LiBr are suitable, and one or more of these are used in combination. be able to. Among them, LiPF 6 is preferable because it can obtain high ion conductivity and can improve cycle characteristics.

[セパレータ]
以下に、第1の実施形態に利用可能なセパレータ材料について説明する。セパレータ材料としては、従来の電池に使用されてきたものを利用することが可能である。そのなかでも、ショート防止効果に優れ、且つシャットダウン効果による電池の安全性向上が可能なポリオレフィン製微孔性フィルムを使用することが特に好ましい。例えば、ポリエチレンやポリプロピレン樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
[Separator]
Below, the separator material which can be utilized for 1st Embodiment is demonstrated. As a separator material, it is possible to use those used in conventional batteries. Among these, it is particularly preferable to use a polyolefin microporous film that is excellent in short-circuit prevention effect and can improve battery safety by a shutdown effect. For example, a microporous film made of polyethylene or polypropylene resin is preferable.

さらに、セパレータ材料としては、シャットダウン温度がより低いポリエチレンと耐酸化性に優れるポリプロピレンを積層または混合したものを用いることが、シャットダウン性能とフロート特性の両立が図れる点から、より好ましい。   Further, as the separator material, it is more preferable to use a laminate or mixture of polyethylene having a lower shutdown temperature and polypropylene having excellent oxidation resistance from the viewpoint of achieving both shutdown performance and float characteristics.

(1−2)非水電解質二次電池の製造方法
次に、非水電解質二次電池の製造方法について説明する。以下、一例として円筒型の非水電解質二次電池を挙げて、非水電解質二次電池の製造方法について説明する。
(1-2) Manufacturing Method of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery Next, a manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery will be described. Hereinafter, a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery will be described by taking a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery as an example.

正極2は、以下に述べるようにして作製する。まず、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、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正極合剤スラリーとする。   The positive electrode 2 is produced as described below. First, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to form a positive electrode mixture. Use slurry.

次に、この正極合剤スラリーを正極集電体2Aに塗布し溶剤を乾燥させた後、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極合剤層2Bを形成し、正極2を作製する。   Next, after applying this positive electrode mixture slurry to the positive electrode current collector 2A and drying the solvent, the positive electrode mixture layer 2B is formed by compression molding with a roll press or the like, and the positive electrode 2 is produced.

負極3は、以下に述べるようにして作製する。まず、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。   The negative electrode 3 is produced as described below. First, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a negative electrode mixture slurry.

次に、この負極合剤スラリーを負極集電体3Aに塗布し溶剤を乾燥させた後、ロールプレス機などにより圧縮成型して負極合剤層3Bを形成し、負極3を作製する。   Next, after applying this negative electrode mixture slurry to the negative electrode current collector 3A and drying the solvent, the negative electrode mixture layer 3B is formed by compression molding using a roll press or the like, and the negative electrode 3 is produced.

また、負極合剤層3Bは、例えば、気相法、液相法、焼成法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。   Moreover, the negative electrode mixture layer 3B may be formed by, for example, a gas phase method, a liquid phase method, or a firing method, 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), or the like. 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. A known method can also be used for the firing method, and for example, an atmosphere firing method, a reaction firing method, or a hot press firing method can be used.

次に、正極集電体2Aに正極リード13を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体3Aに負極リード14を溶接などにより取り付ける。次に、正極2と、負極3とをセパレータ4を介して巻回し、正極リード13の先端部を安全弁機構8に溶接すると共に、負極リード14の先端部を電池缶1に溶接して、巻回した正極2および負極3を一対の絶縁板5、6で挟み電池缶1の内部に収納する。   Next, the positive electrode lead 13 is attached to the positive electrode current collector 2A by welding or the like, and the negative electrode lead 14 is attached to the negative electrode current collector 3A by welding or the like. Next, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are wound through the separator 4, and the tip of the positive electrode lead 13 is welded to the safety valve mechanism 8, and the tip of the negative electrode lead 14 is welded to the battery can 1. The rotated positive electrode 2 and negative electrode 3 are sandwiched between a pair of insulating plates 5 and 6 and stored in the battery can 1.

次に、電解液を電池缶1の内部に注入し、電解液をセパレータ4に含浸させる。次に、電池缶1の開口端部に電池蓋7、安全弁機構8および熱感抵抗素子9を、ガスケット10を介してかしめることにより固定する。以上により、非水電解質二次電池が作製される。   Next, an electrolytic solution is injected into the battery can 1 and the separator 4 is impregnated with the electrolytic solution. Next, the battery lid 7, the safety valve mechanism 8, and the heat sensitive resistance element 9 are fixed to the opening end of the battery can 1 by caulking through the gasket 10. Thus, a nonaqueous electrolyte secondary battery is produced.

(2)非水電解質二次電池の第2の例
(2−1)非水電解質二次電池の構成
図3は、この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質二次電池の構造を示す。図3に示すように、この非水電解質二次電池は、電池素子30を防湿性ラミネートフィルムからなる外装材37に収容し、電池素子30の周囲を溶着することにより封止してなる。電池素子30には、正極リード32および負極リード33が備えられ、これらのリードは、外装材37に挟まれて外部へと引き出される。正極リード32および負極リード33のそれぞれの両面には、外装材37との接着性を向上させるために樹脂片34および樹脂片35が被覆されている。
(2) Second Example of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery (2-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery FIG. 3 is a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention. The structure of is shown. As shown in FIG. 3, this non-aqueous electrolyte secondary battery is sealed by housing the battery element 30 in an exterior material 37 made of a moisture-proof laminate film and welding the periphery of the battery element 30. The battery element 30 is provided with a positive electrode lead 32 and a negative electrode lead 33, and these leads are sandwiched between outer packaging materials 37 and pulled out to the outside. A resin piece 34 and a resin piece 35 are coated on both surfaces of the positive electrode lead 32 and the negative electrode lead 33 in order to improve the adhesion to the exterior material 37.

[外装材]
外装材37は、例えば、接着層、金属層、表面保護層を順次積層した積層構造を有する。接着層は高分子フィルムからなり、この高分子フィルムを構成する材料としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、無延伸ポリプロピレン(CPP)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)が挙げられる。金属層は金属箔からなり、この金属箔を構成する材料としては、例えばアルミニウム(Al)が挙げられる。また、金属箔を構成する材料としては、アルミニウム(Al)以外の金属を用いることも可能である。表面保護層を構成する材料としては、例えばナイロン(Ny)、ポリエチレンテレフタレート(PET)が挙げられる。なお、接着層側の面が、電池素子30を収納する側の収納面となる。
[Exterior material]
The packaging material 37 has, for example, a stacked structure in which an adhesive layer, a metal layer, and a surface protective layer are sequentially stacked. The adhesive layer is made of a polymer film. Examples of the material constituting the polymer film include polypropylene (PP), polyethylene (PE), unstretched polypropylene (CPP), linear low density polyethylene (LLDPE), and low density. A polyethylene (LDPE) is mentioned. The metal layer is made of a metal foil, and an example of a material constituting the metal foil is aluminum (Al). Moreover, as a material which comprises metal foil, it is also possible to use metals other than aluminum (Al). Examples of the material constituting the surface protective layer include nylon (Ny) and polyethylene terephthalate (PET). The surface on the adhesive layer side is a storage surface on the side where the battery element 30 is stored.

[電池素子]
この電池素子30は、例えば、図4に示すように、両面にゲル電解質層45が設けられた帯状の負極43と、セパレータ44と、両面にゲル電解質層45が設けられた帯状の正極42と、セパレータ44とを積層し、長手方向に巻回されてなる巻回型の電池素子30である。
[Battery element]
For example, as shown in FIG. 4, the battery element 30 includes a strip-shaped negative electrode 43 provided with a gel electrolyte layer 45 on both sides, a separator 44, and a strip-shaped positive electrode 42 provided with a gel electrolyte layer 45 on both sides. The battery element 30 is a wound type battery element 30 that is formed by laminating the separator 44 and wound in the longitudinal direction.

正極42は、帯状の正極集電体42Aと、この正極集電体42Aの両面に形成された正極合剤層42Bとからなる。正極集電体42Aは、例えばアルミニウム(Al)などからなる金属箔である。   The positive electrode 42 includes a strip-shaped positive electrode current collector 42A and a positive electrode mixture layer 42B formed on both surfaces of the positive electrode current collector 42A. The positive electrode current collector 42A is a metal foil made of, for example, aluminum (Al).

正極42の長手方向の一端部には、例えばスポット溶接または超音波溶接で接続された正極リード32が設けられている。この正極リード32の材料としては、例えばアルミニウム等の金属を用いることができる。   One end of the positive electrode 42 in the longitudinal direction is provided with a positive electrode lead 32 connected by, for example, spot welding or ultrasonic welding. As a material of the positive electrode lead 32, for example, a metal such as aluminum can be used.

負極43は、帯状の負極集電体43Aと、この負極集電体43Aの両面に形成された負極合剤層43Bとからなる。負極集電体43Aは、例えば、銅(Cu)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 43 includes a strip-shaped negative electrode current collector 43A and a negative electrode mixture layer 43B formed on both surfaces of the negative electrode current collector 43A. The negative electrode current collector 43A is made of, for example, a metal foil such as a copper (Cu) foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

また、負極43の長手方向の一端部にも正極42と同様に、例えばスポット溶接または超音波溶接で接続された負極リード33が設けられている。この負極リード33の材料としては、例えば銅(Cu)、ニッケル(Ni)等を用いることができる。   Similarly to the positive electrode 42, the negative electrode lead 33 connected by, for example, spot welding or ultrasonic welding is also provided at one end portion of the negative electrode 43 in the longitudinal direction. As a material of the negative electrode lead 33, for example, copper (Cu), nickel (Ni) or the like can be used.

ゲル電解質層45以外のことは、上述の第1の例と同様であるので、以下ではゲル電解質層45について説明する。   Since things other than the gel electrolyte layer 45 are the same as those in the first example described above, the gel electrolyte layer 45 will be described below.

ゲル電解質層45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。ゲル電解質層45は高いイオン伝導率を得ることができるとともに、電池の漏液を防止できるので好ましい。電解液の構成(すなわち液状の溶媒、電解質塩および添加剤)は、第1の実施形態と同様である。   The gel electrolyte layer 45 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 45 is preferable because it can obtain high ionic conductivity and prevent battery leakage. The configuration of the electrolytic solution (that is, the liquid solvent, the electrolyte salt, and the additive) is the same as that in the first embodiment.

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を挙げることができる。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。   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.

(2−2)非水電解質二次電池の製造方法
次に、この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質二次電池の製造方法について説明する。まず、正極42および負極43のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、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ゲル電解質層45を形成する。なお、予め正極集電体の端部に正極リード32を溶接により取り付けるとともにに、負極集電体43Aの端部に負極リード33を溶接により取り付けるようにする。
(2-2) Method for Producing Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery Next, a method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention will be described. First, a precursor solution containing a solvent, an electrolyte salt, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 42 and the negative electrode 43, and the mixed solvent is volatilized to form the gel electrolyte layer 45. In addition, the positive electrode lead 32 is attached to the end of the positive electrode current collector in advance by welding, and the negative electrode lead 33 is attached to the end of the negative electrode current collector 43A by welding.

次に、ゲル電解質層45が形成された正極42と負極43とを、セパレータ44を介して積層し積層体とした後、この積層体をその長手方向に巻回して、巻回型の電池素子30を形成する。   Next, the positive electrode 42 and the negative electrode 43 on which the gel electrolyte layer 45 is formed are laminated through a separator 44 to form a laminated body, and then the laminated body is wound in the longitudinal direction to form a wound battery element. 30 is formed.

次に、ラミネートフィルムからなる外装材37を深絞り加工することで凹部36を形成し、電池素子30をこの凹部36に挿入し、外装材37の未加工部分を凹部36上部に折り返し、凹部36の外周部分を熱溶着し密封する。以上により、非水電解質二次電池が作製される。   Next, a recess 36 is formed by deep-drawing an exterior material 37 made of a laminate film, the battery element 30 is inserted into the recess 36, and an unprocessed portion of the exterior material 37 is folded back to the upper portion of the recess 36. The outer peripheral part of is thermally welded and sealed. Thus, a nonaqueous electrolyte secondary battery is produced.

以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
まず、本実施例で用いた正極活物質の作製方法を以下に示す。
市販試薬の炭酸リチウム(Li2CO3)38.1重量部と、炭酸コバルト(CoCO3)116.5重量部と、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)7.8重量部と、炭酸マグネシウム(MgCO3)8.4重量部とをボールミルで粉砕しながら十分に混合する。次いで、この混合物を650℃にて空気中で5時間仮焼成し、さらに950℃の空気中にて20時間保持した後、毎分7℃で150℃まで冷却した。次に、室温で取り出し、粉砕して複合酸化物粒子を作製した。この複合酸化物粒子をレーザ散乱法により測定した平均粒径は、13μmであり、粒度分布測定により測定した粒径0.5μm以下の粒子の含有頻度は0.03%であり、複合酸化物粒子の平均化学組成分析値は、Li1.03Co0.98Al0.01Mg0.012.02であった。
<Example 1>
First, a method for manufacturing the positive electrode active material used in this example is described below.
Commercially available reagent lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) 38.1 parts by weight, cobalt carbonate (CoCO 3 ) 116.5 parts by weight, aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) 7.8 parts by weight, magnesium carbonate 8.4 parts by weight of (MgCO 3 ) are mixed well while being pulverized with a ball mill. The mixture was then calcined in air at 650 ° C. for 5 hours, and further kept in air at 950 ° C. for 20 hours, and then cooled to 150 ° C. at 7 ° C./min. Next, it was taken out at room temperature and pulverized to produce composite oxide particles. The average particle diameter of the composite oxide particles measured by the laser scattering method is 13 μm, the content frequency of the particles having a particle diameter of 0.5 μm or less measured by the particle size distribution measurement is 0.03%, and the composite oxide particles The average chemical composition analysis value was Li 1.03 Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2.02 .

このような複合酸化物粒子20重量部を、80℃の純水300重量部に1時間撹拌分散させた。これに、市販試薬の硝酸ニッケル(Ni(NO32・6H2O)1.60重量部と、市販試薬の硝酸マンガン(Mn(NO32・6H2O)1.65重量部とを添加した。さらに、2NのLiOH水溶液を30分間かけてpH13まで添加した後、80℃で3時間撹拌分散を続けて、放冷した。 20 parts by weight of such composite oxide particles were stirred and dispersed in 300 parts by weight of pure water at 80 ° C. for 1 hour. Thereto, and nickel nitrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O) 1.60 parts by weight of commercially available reagents, manganese nitrate commercial reagents and (Mn (NO 3) 2 · 6H 2 O) 1.65 parts by weight Was added. Further, after adding a 2N LiOH aqueous solution to pH 13 over 30 minutes, stirring and dispersion were continued at 80 ° C. for 3 hours, and the mixture was allowed to cool.

次に、この分散系をデカンテーション洗浄し、これに市販試薬のモリブデン酸アンモニウム((NH42MoO4)0.1重量部を1.0重量部の純水に溶解して添加した。さらに、デカンテーション洗浄を行い、最終的に濾過した後120℃で乾燥して前駆体試料とした。 Next, this dispersion was subjected to decantation washing, and 0.1 part by weight of a commercially available reagent ammonium molybdate ((NH 4 ) 2 MoO 4 ) was dissolved in 1.0 part by weight of pure water and added thereto. Furthermore, decantation washing was performed, and after final filtration, the precursor sample was dried at 120 ° C.

この前駆体試料10重量部に、リチウム量を調整するために、2NのLiOH水溶液2重量部を含浸し、均一に混合乾燥させ焼成前駆体を得た。この焼成前駆体を、電気炉を用いて毎分5℃の速度で昇温し、950℃で5時間保持した後に毎分7℃で150℃まで冷却し、正極活物質を得た。   In order to adjust the amount of lithium, 10 parts by weight of this precursor sample was impregnated with 2 parts by weight of a 2N LiOH aqueous solution and uniformly mixed and dried to obtain a calcined precursor. The calcined precursor was heated at a rate of 5 ° C./min using an electric furnace, held at 950 ° C. for 5 hours, and then cooled to 150 ° C. at 7 ° C./min to obtain a positive electrode active material.

以上の正極活物質として用い、以下に記すように円筒型二次電池を作製した。   Using the above positive electrode active material, a cylindrical secondary battery was produced as described below.

まず、作製した正極活物質粉末86mol%と、導電剤としてグラファイト10mol%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)4mol%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)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の両面に塗布して乾燥させ、ローラプレス機により圧縮成型して正極合剤層を形成し正極を作製した。その際、正極活物質粉末は、70μm開口篩を通るように十分に擂潰機により粉砕して用いた。また、正極合剤層の空隙は、体積比率で26%となるように調節した。次に、正極集電体にアルミニウム製の正極リードを取り付けた。   First, 86 mol% of the prepared positive electrode active material powder, 10 mol% of graphite as a conductive agent, and 4 mol% of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent is mixed. Then, it was applied to both sides of a positive electrode current collector made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and compression-molded by a roller press to form a positive electrode mixture layer to produce a positive electrode. At that time, the positive electrode active material powder was sufficiently pulverized by a pulverizer so as to pass through a 70 μm aperture sieve. Moreover, the space | gap of the positive mix layer was adjusted so that it might become 26% by volume ratio. Next, a positive electrode lead made of aluminum was attached to the positive electrode current collector.

また、負極活物質として人造黒鉛粉末90mol%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)10mol%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の両面に塗布して乾燥させ、ローラプレス機により圧縮成型して負極合剤層を形成し負極を作製した。次に、負極集電体にニッケル製の負極リードを取り付けた。   Further, 90 mol% of artificial graphite powder as a negative electrode active material and 10 mol% of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone which is a solvent, and then a strip having a thickness of 10 μm. It apply | coated on both surfaces of the negative electrode collector which consists of copper foils, it was made to dry, and it compression-molded with the roller press machine, the negative mix layer was formed, and the negative electrode was produced. Next, a negative electrode lead made of nickel was attached to the negative electrode current collector.

以上のようにして作製した帯状正極と、帯状負極とを多孔性ポリオレフィンフィルムからなるセパレータを介して積層し、多数回巻回して渦巻き型の巻回電極体を作製した。次に、この巻回電極体を鉄製の電池缶に収納し、巻回電極体の上下両面に一対の絶縁板を配置した。次に、正極リードを正極集電体から導出して、電池蓋と電気的な同通が確保された安全弁機構に溶接し、負極リードを負極集電体から導出して電池缶の底部に溶接した。   The belt-like positive electrode and the belt-like negative electrode produced as described above were laminated via a separator made of a porous polyolefin film and wound many times to produce a spiral wound electrode body. Next, this wound electrode body was accommodated in an iron battery can, and a pair of insulating plates were disposed on both the upper and lower surfaces of the wound electrode body. Next, the positive electrode lead is led out from the positive electrode current collector and welded to a safety valve mechanism that ensures electrical communication with the battery lid, and the negative electrode lead is led out from the negative electrode current collector and welded to the bottom of the battery can did.

その後、電池缶の内部に電解液を注入した。電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)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/dm3となるように溶解させたものを用いた。さらに、ガスケットを介して電池蓋をかしめることにより、安全弁機構、熱感抵抗素子および電池蓋を固定し、外径18mm、高さ65mmの円筒型二次電池を得た。 Thereafter, an electrolytic solution was injected into the battery can. In the electrolytic solution, LiPF 6 as an electrolyte salt is dissolved at 1.0 mol / dm 3 in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 1: 1. Was used. Further, the battery lid was caulked through a gasket to fix the safety valve mechanism, the heat sensitive resistance element, and the battery lid, and a cylindrical secondary battery having an outer diameter of 18 mm and a height of 65 mm was obtained.

<実施例2>
市販試薬の炭酸リチウム(Li2CO3)38.1質量部と、炭酸コバルト(CoCO3)113.0質量部と、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)23.4質量部と、炭酸マグネシウム(MgCO3)16.9質量部とを、ボールミルで粉砕しながら混合し、この混合物を空気中において650℃で5時間仮焼したのち、空気中において950℃で20時間焼成し、複合酸化物粒子を作製した。レーザ散乱法により測定した平均粒径は11μmであり、粒度分布測定により測定した粒径0.5μm以下の粒子の含有頻度は0.08%であり、複合酸化物粒子の平均組成は、Li1.03Co0.95Al0.03Mg0.022.02であった。
<Example 2>
And (2 CO 3 Li) 38.1 parts by weight lithium carbonate commercially available reagents, cobalt carbonate (CoCO 3) 113.0 parts by mass, and the aluminum hydroxide (Al (OH) 3) 23.4 parts by weight, magnesium carbonate 16.9 parts by weight of (MgCO 3 ) were mixed while being pulverized with a ball mill, and the mixture was calcined in air at 650 ° C. for 5 hours, and then calcined in air at 950 ° C. for 20 hours to obtain a composite oxide. Particles were made. The average particle diameter measured by the laser scattering method is 11 μm, the content frequency of particles having a particle diameter of 0.5 μm or less measured by particle size distribution measurement is 0.08%, and the average composition of the composite oxide particles is Li 1.03 Co 0.95 Al 0.03 Mg 0.02 O 2.02 .

この複合酸化物粒子20重量部を、80℃の2NのLiOH水溶液300重量部に2時間撹拌分散させた。次に、市販試薬の硝酸ニッケル(Ni(NO32・6H2O)1.60重量部と、市販試薬の硝酸マンガン(Mn(NO32・6H2O)1.65重量部とを添加し、純水を加えて10重量部とした溶液を作製し、上述の複合酸化物を分散させた溶液に2時間かけて添加した後、さらに80℃で1時間攪拌分散を続けて、放冷した。 20 parts by weight of the composite oxide particles were stirred and dispersed in 300 parts by weight of a 2N LiOH aqueous solution at 80 ° C. for 2 hours. Next, 1.60 parts by weight of nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a commercially available reagent and 1.65 parts by weight of manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a commercially available reagent Was added to the solution in which the above composite oxide was dispersed over 2 hours, and then stirred and dispersed at 80 ° C. for 1 hour. Allowed to cool.

次に、この分散系をデカンテーション洗浄し、これに市販試薬のモリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4)0.2重量部を2.0重量部の純水に溶解して添加した。さらに、デカンテーション洗浄を行い、最終的に濾過した後120℃で乾燥して前駆体試料とした。 Next, this dispersion was subjected to decantation washing, and 0.2 parts by weight of a commercially available reagent sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ) was dissolved in 2.0 parts by weight of pure water and added thereto. Furthermore, decantation washing was performed, and after final filtration, the precursor sample was dried at 120 ° C.

この前駆体試料を、電気炉を用いて毎分5℃の速度で昇温し、950℃で5時間保持した後に毎分7℃で150℃まで冷却し、正極活物質を得た。これ以外は実施例1と同様にして円筒型二次電池を作製した。   The precursor sample was heated at a rate of 5 ° C./min using an electric furnace, held at 950 ° C. for 5 hours, and then cooled to 150 ° C. at 7 ° C./min to obtain a positive electrode active material. Except for this, a cylindrical secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1.

<実施例3>
複合酸化物粒子を、市販試薬の炭酸リチウム(Li2CO3)37.0重量部と、炭酸コバルト(CoCO3)113.0重量部と、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)23.4質量部と、炭酸マグネシウム(MgCO3)16.9質量部とを混合して作製した後、850℃の空気中にて2時間熱処理した以外は実施例2と同様にして円筒型二次電池を作製した。なお、複合酸化物粒子を熱処理することにより比較的微細な粒子が大きい粒子に溶け込み、大きな粒子がより大きくなるともに、微細な粒子の含有量が減少する。この複合酸化物粒子をレーザ散乱法により測定した平均粒径は7μmであり、粒度分布測定により測定した粒径0.5μm以下の粒子の含有頻度は0.3%であり、複合酸化物粒子の平均組成は、Li1.00Co0.95Al0.03Mg0.022.00であった。
<Example 3>
The composite oxide particles, and (2 CO 3 Li) 37.0 parts by weight of lithium carbonate commercially available reagents, cobalt carbonate (CoCO 3) 113.0 parts by weight of aluminum hydroxide (Al (OH) 3) 23.4 A cylindrical secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 2 except that it was prepared by mixing 16.9 parts by mass of magnesium carbonate (MgCO 3 ) and then heat-treated in air at 850 ° C. for 2 hours. Produced. In addition, by heat-treating the composite oxide particles, relatively fine particles dissolve in large particles, and the larger particles become larger and the content of fine particles decreases. The average particle size of the composite oxide particles measured by the laser scattering method is 7 μm, the content frequency of particles having a particle size of 0.5 μm or less measured by particle size distribution measurement is 0.3%, The average composition was Li 1.00 Co 0.95 Al 0.03 Mg 0.02 O 2.00 .

<実施例4>
実施例2で作製した複合酸化物粒子に、さらに粉砕操作を2回行い、粉砕を進めた後、850℃の空気中にて10時間熱処理した。この複合酸化物粒子をレーザ散乱法により測定した平均粒径は11μmであり、粒度分布測定により測定した粒径0.5μm以下の粒子の含有頻度は0.01%であり、複合酸化物粒子の平均組成は、Li1.03Co0.95Al0.03Mg0.022.02であった。
<Example 4>
The composite oxide particles produced in Example 2 were further pulverized twice, followed by pulverization, and then heat-treated in air at 850 ° C. for 10 hours. The average particle diameter of the composite oxide particles measured by a laser scattering method is 11 μm, the content frequency of particles having a particle diameter of 0.5 μm or less measured by particle size distribution measurement is 0.01%, The average composition was Li 1.03 Co 0.95 Al 0.03 Mg 0.02 O 2.02 .

<実施例5>
市販試薬の炭酸リチウム(Li2CO3)38.1重量部と、炭酸コバルト(CoCO3)117.7重量部と、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)7.8重量部とを混合した以外は実施例1と同様にして複合酸化物粒子を作製した。この複合酸化物粒子をレーザ散乱法により測定した平均粒径は、12μmであり、粒度分布測定により測定した粒径0.5μm以下の粒子の含有頻度は0.03%であり、複合酸化物粒子の平均化学組成分析値は、Li1.03Co0.99Al0.012.02であった。
<Example 5>
38.1 parts by weight of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) as a commercial reagent, 117.7 parts by weight of cobalt carbonate (CoCO 3 ), and 7.8 parts by weight of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) were mixed. Except for the above, composite oxide particles were produced in the same manner as in Example 1. The average particle diameter of the composite oxide particles measured by a laser scattering method is 12 μm, the content frequency of particles having a particle diameter of 0.5 μm or less measured by particle size distribution measurement is 0.03%, and the composite oxide particles The average chemical composition analysis value was Li 1.03 Co 0.99 Al 0.01 O 2.02 .

この複合酸化物粒子20重量部を、80℃の2NのLiOH水溶液300重量部に2時間撹拌分散させた。次に、市販試薬の硝酸ニッケル(Ni(NO32・6H2O)1.60重量部と、市販試薬の硝酸マンガン(Mn(NO32・6H2O)1.65重量部とを添加し、純水を加えて10重量部とした溶液を作製し、上述の複合酸化物を分散させた溶液に30分間かけて添加した後、3時間攪拌分散を続けて、放冷した。 20 parts by weight of the composite oxide particles were stirred and dispersed in 300 parts by weight of a 2N LiOH aqueous solution at 80 ° C. for 2 hours. Next, 1.60 parts by weight of nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a commercially available reagent and 1.65 parts by weight of manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a commercially available reagent Was added to the solution in which the above composite oxide was dispersed over 30 minutes, and then stirred and dispersed for 3 hours and allowed to cool.

次に、この分散系を濾過洗浄し、120℃で乾燥した。これにより得られた、表面に被覆層を形成した複合酸化物粒子10重量部に、酸化アルミニウム微粒子0.02重量部を添加し、乾式撹拌混合を行うことにより、被覆層を形成した複合酸化物粒子の表面に酸化アルミニウム微粒子を被覆して表面層とした、流動性の良好な前駆体試料を作製した。この前駆体試料を、電気炉を用いて毎分5℃の速度で昇温し、950℃で5時間保持した後に毎分7℃で150℃まで冷却し、正極活物質を得た。これ以外は実施例1と同様にして円筒型二次電池を作製した。   Next, the dispersion was washed by filtration and dried at 120 ° C. The composite oxide having a coating layer formed by adding 0.02 part by weight of aluminum oxide fine particles to 10 parts by weight of the composite oxide particles having a coating layer formed on the surface and performing dry stirring and mixing. A precursor sample having good fluidity was prepared by coating the surface of the particles with aluminum oxide fine particles to form a surface layer. The precursor sample was heated at a rate of 5 ° C./min using an electric furnace, held at 950 ° C. for 5 hours, and then cooled to 150 ° C. at 7 ° C./min to obtain a positive electrode active material. Except for this, a cylindrical secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1.

<実施例6>
複合酸化物粒子を、市販試薬の炭酸リチウム(Li2CO3)38.1重量部と、炭酸コバルト(CoCO3)116.5重量部とをボールミルで粉砕しながら十分に混合する。次いで、この混合物にチタンエトキサイド((C25O)4Ti)45.6重量部を無水エチルアルコールに溶解添加して作製した以外は実施例2と同様にして円筒型二次電池を作製した。なお、この複合酸化物粒子をレーザ散乱法により測定した平均粒径は、15μmであり、粒度分布測定により測定した粒径0.5μm以下の粒子の含有頻度は0.02%であり、複合酸化物粒子の平均化学組成分析値は、Li1.03Co0.98Ti0.022.02であった。
<Example 6>
The composite oxide particles are sufficiently mixed while 38.1 parts by weight of commercially available reagent lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and 116.5 parts by weight of cobalt carbonate (CoCO 3 ) are pulverized with a ball mill. Next, a cylindrical secondary battery was prepared in the same manner as in Example 2 except that 45.6 parts by weight of titanium ethoxide ((C 2 H 5 O) 4 Ti) was dissolved in anhydrous ethyl alcohol. Produced. The average particle diameter of the composite oxide particles measured by the laser scattering method is 15 μm, the content frequency of particles having a particle diameter of 0.5 μm or less measured by the particle size distribution measurement is 0.02%, and the composite oxidation The average chemical composition analysis value of the physical particles was Li 1.03 Co 0.98 Ti 0.02 O 2.02 .

<比較例1>
複合酸化物粒子を、市販試薬の炭酸リチウム(Li2CO3)37.0重量部と、炭酸コバルト(CoCO3)113.0重量部と、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)23.4質量部と、炭酸マグネシウム(MgCO3)16.9質量部とを混合して作製した以外は実施例2と同様にして円筒型二次電池を作製した。なお、この複合酸化物粒子をレーザ散乱法により測定した平均粒径は6μmであり、粒度分布測定により測定した粒径0.5μm以下の粒子の含有頻度は0.6%であり、複合酸化物粒子の平均組成は、Li1.00Co0.95Al0.03Mg0.022.00であった。
<Comparative Example 1>
The composite oxide particles, and (2 CO 3 Li) 37.0 parts by weight of lithium carbonate commercially available reagents, cobalt carbonate (CoCO 3) 113.0 parts by weight of aluminum hydroxide (Al (OH) 3) 23.4 A cylindrical secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that it was produced by mixing 1 part by mass with 16.9 parts by mass of magnesium carbonate (MgCO 3 ). The average particle size of the composite oxide particles measured by the laser scattering method is 6 μm, and the content frequency of particles having a particle size of 0.5 μm or less measured by particle size distribution measurement is 0.6%. The average composition of the particles was Li 1.00 Co 0.95 Al 0.03 Mg 0.02 O 2.00 .

<比較例2>
実施例2で作製した複合酸化物粒子に、さらに粉砕操作を2回行い、粉砕を進めた。この複合酸化物粒子をレーザ散乱法により測定した平均粒径は10μmであり、粒度分布測定により測定した粒径0.5μm以下の粒子の含有頻度は0.7%であり、複合酸化物粒子の平均組成は、Li1.03Co0.95Al0.03Mg0.022.02であった。
<Comparative example 2>
The composite oxide particles produced in Example 2 were further pulverized twice to proceed pulverization. The average particle size of the composite oxide particles measured by the laser scattering method is 10 μm, the content frequency of particles having a particle size of 0.5 μm or less measured by particle size distribution measurement is 0.7%, The average composition was Li 1.03 Co 0.95 Al 0.03 Mg 0.02 O 2.02 .

[円筒型二次電池の評価]
(a)初期容量
上述のようにして作製した円筒型二次電池について、環境温度45℃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た。
[Evaluation of cylindrical secondary battery]
(A) Initial Capacity The cylindrical secondary battery produced as described above was charged and discharged at an environmental temperature of 45 ° C., and the discharge capacity at the first cycle was determined as the initial capacity.

なお、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った。また、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。   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. went. Further, the discharge was performed at a constant current of 800 mA until the battery voltage reached 2.75V.

(b)容量維持率
(a)のようにして初期容量を求めた円筒型二次電池について、同条件にて200サイクルまで充放電を行い、200サイクル目の放電容量を測定して、初期容量に対する容量維持率を{(200サイクル目の放電容量/初期容量)×100}より求めた。
(B) Capacity maintenance rate For the cylindrical secondary battery whose initial capacity was determined as in (a), charge and discharge was performed up to 200 cycles under the same conditions, and the discharge capacity at the 200th cycle was measured. The capacity retention rate with respect to was calculated from {(discharge capacity at 200th cycle / initial capacity) × 100}.

以下の表1に、評価の結果を示す。   Table 1 below shows the results of the evaluation.

Figure 2008071623
Figure 2008071623

表1から分かるように、粒径0.5μm以下の粒子が0.5%以下含有された複合酸化物粒子を、ニッケル(Ni)あるいはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物で被着し、加熱脱水して被覆層を作成した正極活物質を用いることにより、高い初期容量および容量維持率を両立することができる正極活物質を得ることができる。   As can be seen from Table 1, composite oxide particles containing 0.5% or less of particles having a particle size of 0.5 μm or less were deposited with a metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn). In addition, by using a positive electrode active material in which a coating layer is formed by heat dehydration, a positive electrode active material capable of achieving both a high initial capacity and a capacity retention rate can be obtained.

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、その形状においては、特に限定されない。円筒型、角型、コイン型、ボタン型等を呈するものであってもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiments of the present invention, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the present invention. For example, the shape is not particularly limited. It may be a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a button shape, or the like.

また、非水電解質電池の第1の例では、電解質として、電解液を有する非水電解質二次電池、非水電解質電池の第2の例では、電解質として、ゲル電解質を有する非水電解質二次電池について説明したがこれらに限定されるものではない。   In the first example of the non-aqueous electrolyte battery, the non-aqueous electrolyte secondary battery having an electrolyte as an electrolyte, and in the second example of the non-aqueous electrolyte battery, the non-aqueous electrolyte secondary having a gel electrolyte as an electrolyte. Although the battery has been described, it is not limited thereto.

例えば、電解質としては、上述したものの他にイオン伝導性高分子を利用した高分子固体電解質、またはイオン伝導性無機材料を利用した無機固体電解質なども用いることも可能であり、これらを単独あるいは他の電解質と組み合わせて用いてもよい。高分子固体電解質に用いることができる高分子化合物としては、例えばポリエーテル、ポリエステル、ポリフォスファゼン、あるいはポリシロキサンなどを挙げることができる。無機固体電解質としては、例えばイオン伝導性セラミックス、イオン伝導性結晶、あるいはイオン伝導性ガラスなどを挙げることができる。   For example, as the electrolyte, in addition to the above-described ones, a polymer solid electrolyte using an ion conductive polymer or an inorganic solid electrolyte using an ion conductive inorganic material can be used. It may be used in combination with the electrolyte. Examples of the polymer compound that can be used for the polymer solid electrolyte include polyether, polyester, polyphosphazene, and polysiloxane. Examples of the inorganic solid electrolyte include ion conductive ceramics, ion conductive crystals, and ion conductive glass.

さらに、例えば、非水電解質二次電池の電解液としては、特に限定されることなく従来の非水溶媒系電解液などが用いられる。この中で、アルカリ金属塩を含む非水電解液からなる二次電池の電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、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、ジメチルスルフォキシド、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、スルホラン、オキサゾリドン、塩化チオニル、1,2−ジメトキシエタン、ジエチレンカーボネートや、これらの誘導体や混合物などが好ましく用いられる。電解液に含まれる電解質としては、アルカリ金属、特にカルシウムのハロゲン化物、過塩素酸塩、チオシアン塩、ホウフッ化塩、リンフッ化塩、砒素フッ化塩、イットリウムフッ化塩、トリフルオロメチル硫酸塩などが好ましく用いられる。   Furthermore, for example, a conventional nonaqueous solvent-based electrolytic solution is used as the electrolytic solution of the nonaqueous electrolyte secondary battery without any particular limitation. Among these, the electrolyte solution of a secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte solution containing an alkali metal salt includes propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfate. For example, foxoxide, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, methyl formate, sulfolane, oxazolidone, thionyl chloride, 1,2-dimethoxyethane, diethylene carbonate, and derivatives and mixtures thereof are preferably used. The electrolyte contained in the electrolyte includes alkali metal, especially calcium halide, perchlorate, thiocyanate, borofluoride, phosphofluoride, arsenic fluoride, yttrium fluoride, trifluoromethylsulfate, etc. Is preferably used.

この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質二次電池の第1の例の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the 1st example of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material by one Embodiment of this invention. 図1に示した巻回電極体の一部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of a wound electrode body shown in FIG. 1. この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質二次電池の第2の例の概略図である。It is the schematic of the 2nd example of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material by one Embodiment of this invention. 図3に示した電池素子の一部の拡大断面である。FIG. 4 is an enlarged cross section of a part of the battery element shown in FIG. 3.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・電池缶
2・・・正極
2A・・・正極集電体
2B・・・正極合剤層
3A・・・負極集電体
3B・・・負極合剤層
3・・・負極
4・・・セパレータ
5,6・・・絶縁板
7・・・電池蓋
8・・・安全弁機構
9・・・熱感抵抗素子
10・・・ガスケット
11・・・ディスク板
12・・・センターピン
13・・・正極リード
14・・・負極リード
20・・・巻回電極体
30・・・電池素子
32・・・正極リード
33・・・負極リード
34,35・・・樹脂片
35・・・負極リード
36・・・凹部
37・・・外装材
42・・・正極
42A・・・正極集電体
42B・・・正極合剤層
43・・・負極
43A・・・負極集電体
43B・・・負極合剤層
44・・・セパレータ
45・・・ゲル電解質層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery can 2 ... Positive electrode 2A ... Positive electrode collector 2B ... Positive electrode mixture layer 3A ... Negative electrode collector 3B ... Negative electrode mixture layer 3 ... Negative electrode 4. .. Separator 5, 6 ... Insulating plate 7 ... Battery cover 8 ... Safety valve mechanism 9 ... Heat sensitive resistance element 10 ... Gasket 11 ... Disc plate 12 ... Center pin 13 .. Positive electrode lead 14 ... Negative electrode lead 20 ... Winding electrode body 30 ... Battery element 32 ... Positive electrode lead 33 ... Negative electrode lead 34, 35 ... Resin piece 35 ... Negative electrode lead 36 ... Recess 37 ... Exterior material 42 ... Positive electrode 42A ... Positive electrode current collector 42B ... Positive electrode mixture layer 43 ... Negative electrode 43A ... Negative electrode current collector 43B ... Negative electrode Mixture layer 44 ... Separator 45 ... Gel electrolyte layer

Claims (9)

リチウム(Li)と、コバルト(Co)とを少なくとも含み、平均粒径2.0μm以上50μm以下で、粒径0.5μm以下の粒子が0.5%以下である複合酸化物粒子を、ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物で被着し、加熱脱水することを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   Composite oxide particles containing at least lithium (Li) and cobalt (Co), having an average particle size of 2.0 μm or more and 50 μm or less, and 0.5% or less of particles having a particle size of 0.5 μm or less are formed of nickel ( A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising depositing with a metal hydroxide mainly comprising Ni) or manganese (Mn), followed by heat dehydration. 上記複合酸化物粒子は、化1で平均組成が表されるものであること
を特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(但し、化1中、Mはマグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、タングステン(W)から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなり、式中x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
2. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the composite oxide particles have an average composition represented by chemical formula (1).
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(However, in chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel. It consists of at least one element selected from (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), where x, y, and z are- (0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20)
上記ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物の被着は、pH12以上の水を主体とする溶媒系で行うことを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   The non-aqueous electrolyte secondary according to claim 1, wherein the deposition of the metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) is performed in a solvent system mainly composed of water having a pH of 12 or more. A method for producing a positive electrode active material for a battery. 上記ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物の被着は、上記複合酸化物粒子をpH12以上の水を主体とする溶媒系に分散し、これにニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)の化合物を添加して、上記複合酸化物粒子表面に、ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物を被着することを特徴とする請求項3記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   In the deposition of the metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn), the composite oxide particles are dispersed in a solvent system mainly composed of water having a pH of 12 or more, and nickel (Ni) or 4. A compound of manganese (Mn) is added, and a metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) is deposited on the surface of the composite oxide particles. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. 上記pH12以上の水を主体とする溶媒系は、水酸化リチウムを含有させたものであることを特徴とする請求項4記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   5. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the solvent system mainly composed of water having a pH of 12 or more contains lithium hydroxide. 上記ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物のニッケル(Ni)とマンガン(Mn)の構成比が、モル比で100:0から30:70であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   The constituent ratio of nickel (Ni) and manganese (Mn) of the metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) is from 100: 0 to 30:70 in molar ratio. The manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of Claim 1. 上記ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物のニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)の総量の40モル%以下を、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)、コバルト(Co)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、タングステン(W)から選ばれた少なくとも一種以上の金属元素で置換えたことを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   40 mol% or less of the total amount of nickel (Ni) or manganese (Mn) of the metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B ), Titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W The method for producing a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein at least one metal element selected from 上記ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物の被着重量が、上記複合酸化物粒子重量の0.5重量%から50重量%であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   2. The deposition weight of the metal hydroxide mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) is 0.5% by weight to 50% by weight of the composite oxide particle weight. The manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries as described. 化1で平均組成が表される、平均粒径2.0μm以上50μm以下で粒径0.5μm以下の粒子が0.5%以下である複合酸化物粒子を、ニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)を主体とする金属水酸化物で被着し、加熱脱水することを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質。
(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(但し、化1中、Mはマグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、タングステン(W)から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなり、式中x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
Compound oxide particles having an average composition represented by the chemical formula 1 and having an average particle size of 2.0 μm or more and 50 μm or less and a particle size of 0.5 μm or less of 0.5% or less are mixed with nickel (Ni) or manganese (Mn A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the positive electrode active material is deposited with a metal hydroxide mainly composed of
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(However, in chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel. It consists of at least one element selected from (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), where x, y, and z are- (0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20)
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