JP2008270201A - Positive electrode material for lithium ion battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode material for a lithium ion battery having high capacity and suppressing deterioration in charge discharge at high potential, and to provide a lithium ion battery using the same. <P>SOLUTION: In the positive electrode material for the lithium ion battery represented by general formula: xLiMO<SB>2</SB>-(1-x)Li<SB>2</SB>NO<SB>3</SB>, oxidation treatment is performed. In the formula, 0<x<1; M is one or more transition metals having an average oxidation state of 3+; N is one or more transition metals having an average oxidation state of 4+. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン電池用正極材料およびその製造方法、並びに該リチウムイオン電池用正極材料を用いたリチウムイオン電池に関する。本発明のリチウムイオン電池用正極材料及びこれを用いたリチウムイオン電池は、例えば、電気自動車、燃料電池車及びハイブリッド電気自動車等のモータ等の駆動用電源として用いられる。   The present invention relates to a positive electrode material for a lithium ion battery, a method for producing the same, and a lithium ion battery using the positive electrode material for a lithium ion battery. The positive electrode material for a lithium ion battery and the lithium ion battery using the same of the present invention are used, for example, as a driving power source for motors of electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid electric vehicles.

近年、環境・エネルギー問題の解決へ向けて、種々の電気自動車の普及が期待されている。これら電気自動車の実用化の鍵を握るモータ駆動用電源などの車載電源として、二次電池の開発が鋭意行われている。しかしながら、広く普及するためには電池を高性能にして、より安くする必要がある。また、電気自動車については、一充電走行距離をガソリンエンジン車に近づける必要があり、より高エネルギーの電池が望まれている。   In recent years, various electric vehicles are expected to be widely used for solving environmental and energy problems. Secondary batteries have been intensively developed as in-vehicle power supplies such as motor drive power supplies that hold the key to commercialization of these electric vehicles. However, in order to spread widely, it is necessary to make the battery high performance and cheaper. In addition, for electric vehicles, it is necessary to bring the distance for one charge closer to a gasoline engine vehicle, and a battery with higher energy is desired.

電池を高エネルギー密度にするためには、正極と負極の単位質量あたりの蓄えられる電気量を大きくする必要がある。この要請に応えられる可能性のある正極材料として、いわいる固溶体系正極が検討されている。なかでも、電気化学的に不活性の層状のLiMnOと、電気化学的に活性な層状のLiMO(ここでMは、Co、Niなどの遷移金属)との固溶体は、200mAh/gを超える大きな電気容量を示しうる高容量正極候補材料として期待されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−55211号公報
In order to make the battery have a high energy density, it is necessary to increase the amount of electricity stored per unit mass of the positive electrode and the negative electrode. A so-called solid solution positive electrode has been studied as a positive electrode material that can meet this demand. Among them, the solid solution of the electrochemically inactive layered Li 2 MnO 3 and the electrochemically active layered LiMO 2 (where M is a transition metal such as Co or Ni) is 200 mAh / g. Therefore, it is expected as a high-capacity positive electrode candidate material that can exhibit a large electric capacity exceeding (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-9-55211

しかしながら、上記特許文献1に記載の高容量正極候補材料であるLiMnOを用いた固溶体系の正極では、放電容量は大きいものの、充放電電位を高くして使用すると、サイクル特性が悪く充放電の繰り返しで容易に劣化してしまうという問題があった。そのため、こうした固溶体系の正極を高容量正極として用いたリチウムイオン電池でも、高容量使用条件でのサイクル耐久性が悪く、高電位にして充放電を行うとすぐに劣化してしまうという問題があった。 However, the solid solution positive electrode using Li 2 MnO 3 which is a high capacity positive electrode candidate material described in Patent Document 1 has a large discharge capacity, but if the charge / discharge potential is high, the cycle characteristics are poor. There was a problem that it deteriorated easily by repeated discharge. For this reason, even a lithium ion battery using such a solid solution positive electrode as a high-capacity positive electrode has a problem that the cycle durability under a high-capacity usage condition is poor, and it deteriorates immediately when charging / discharging at a high potential. It was.

そこで、本発明の目的は、高容量でかつ高電位での充放電での劣化を抑制したリチウムイオン電池用正極材料、およびこれを用いてなるリチウムイオン電池を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a positive electrode material for a lithium ion battery that has a high capacity and suppresses deterioration due to charging and discharging at a high potential, and a lithium ion battery using the same.

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、下記の知見を得ることで、本発明を完成するに至ったものである。即ち、正極の主要な活物質として高容量正極候補材料を酸化処理、更に詳しくは電極を形成して所定の電位を越えない電位範囲で充放電することにより、高容量使用条件でのサイクル耐久性を改善し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention by obtaining the following knowledge. In other words, the high-capacity positive electrode candidate material is oxidized as the main active material of the positive electrode, and more specifically, the electrode is formed and charged and discharged within a potential range that does not exceed a predetermined potential, thereby enabling cycle durability under high-capacity use conditions It has been found that the present invention can be improved, and the present invention has been completed.

即ち、本発明は、一般式   That is, the present invention has the general formula

で表されるリチウムイオン電池用正極材料において、酸化処理が施されていることを特徴とするリチウムイオン電池用正極材料により達成することができる。ここで、上記一般式中のxは、0<x<1を満たす数であり、Mは、平均酸化状態が3+である1つ以上の遷移金属であり、Nは、平均酸化状態が4+である1つ以上の遷移金属である。 It can achieve by the positive electrode material for lithium ion batteries represented by these, The oxidation process is given, The positive electrode material for lithium ion batteries characterized by the above-mentioned. Here, x in the above general formula is a number satisfying 0 <x <1, M is one or more transition metals having an average oxidation state of 3+, and N is an average oxidation state of 4+. One or more transition metals.

本発明のリチウムイオン電池用正極材料およびこれを用いたリチウムイオン電池では、LiMnO電気化学的不活性な層状のリチウム複合酸化物との固溶体正極の高電圧での高容量充放電でのサイクル特性が大幅に向上する。その結果、サイクル耐久性がよい高エネルギーのリチウムイオン電池を製造することができる。 In the positive electrode material for a lithium ion battery and the lithium ion battery using the same of the present invention, the Li 2 MnO 3 electrochemically inactive layered lithium composite oxide and the solid solution positive electrode with high capacity charge / discharge at high voltage Cycle characteristics are greatly improved. As a result, a high energy lithium ion battery with good cycle durability can be manufactured.

本発明リチウムイオン電池用正極材料は、一般式   The positive electrode material for the lithium ion battery of the present invention has a general formula

で表されるリチウムイオン電池用正極材料において、酸化処理が施されていることを特徴とするものである。ここで、上記一般式中のxは、0<x<1を満たす数であり、Mは、平均酸化状態が3+である1つ以上の遷移金属であり、Nは、平均酸化状態が4+である1つ以上の遷移金属である。また、本発明のリチウムイオン電池は、本発明のリチウムイオン電池用正極材料を正極の主要な活物質として用いてなることを特徴とするものである。 The positive electrode material for a lithium ion battery represented by the formula is characterized by being subjected to an oxidation treatment. Here, x in the above general formula is a number satisfying 0 <x <1, M is one or more transition metals having an average oxidation state of 3+, and N is an average oxidation state of 4+. One or more transition metals. The lithium ion battery of the present invention is characterized by using the positive electrode material for a lithium ion battery of the present invention as a main active material of the positive electrode.

このような一般式:xLiMO・(1−x)LiNOで表される、いわいる固溶体系の正極材料は、高容量材料として期待されるが、高容量を発現させるような高電位まで充電して使用すると、充放電での劣化が早いという問題点があった。これに対して、その効果のメカニズムはまだよくわからないが、酸化処理をすると当該問題点が大幅に改善されることを見出したものである。その結果、本発明の固溶体系の正極材料では、高容量でサイクル耐久性がよいリチウムイオン電池用正極材料を提供することができるものである。さらに、本発明のリチウムイオン電池では、本発明の固溶体系の正極材料を正極の主要な活物質として用いることにより、高エネルギー密度で、サイクル耐久性のよい電池を構成できる点で優れている。 A positive electrode material of the so-called solid solution system represented by such a general formula: xLiMO 2 · (1-x) Li 2 NO 3 is expected as a high-capacity material, but has a high potential that expresses a high capacity. When the battery is charged up to 2 hours, there is a problem that deterioration due to charge / discharge is quick. On the other hand, the mechanism of the effect is not yet well understood, but the present inventors have found that the problem can be greatly improved by oxidation treatment. As a result, the solid solution positive electrode material of the present invention can provide a positive electrode material for a lithium ion battery having high capacity and good cycle durability. Furthermore, the lithium ion battery of the present invention is excellent in that a battery having high energy density and good cycle durability can be formed by using the solid solution positive electrode material of the present invention as a main active material of the positive electrode.

即ち、本発明により懸案の高容量でのサイクル耐久性を大幅に改善できるようになったものである。本発明のサイクル劣化メカニズムはまだ確定できないものの、次のように考えている。初期の充電曲線に見られるプラトーの部分(後述する実施例の図を参照のこと)は、まだ明確に理解されているとはいえないが、一説によれば固溶体正極結晶内の酸素のジアニオンが酸化されるとともに、リチウムイオンが放出されるプロセスと考えられている。この反応が起こると結晶構造の大幅な変化が起こるため、その結果としてその後の充放電サイクル劣化が起こってしまうと推察される。本発明は、この結晶構造の大幅な変化を最初から引き起こすことなく、より低い電位領域で充電、充放電、充電に対応する酸化剤での酸化、レドックスメディエーターを用いての酸化などの酸化処理により構成元素のより安定配置、安定構造への穏やかな移行が進行する。かかる穏やかな移行により、さらに電圧を上げて、上記のプラトー領域を経て充電を行っても既に、構造的に安定化が済んでいるため、高容量を発現できる高電位領域を含めた充放電のサイクルに耐えられるようになるのではないかと考えている。別の考えとしては、所定の電位以下で酸化処理(充電などの)を行うことで、負極の表面保護被膜(SEI)に対応する被膜が正極活物質表面に形成される。該被膜が形成されることにより、活物質粒子表面で、上記の初期充電曲線のプラトー領域の構成元素の移動が激しい状態でも表面がこの安定被膜により、保護あるいは固定されることにより安定化すると考えることもできる。本発明(の酸化処理)は、正極活物質粉体の状態での適用、電極を構成しても適用、負極とあわせて電池を組んでからの適用でもよい。電池への適用に際しては、組み合わせる負極の電気容量の電位プロファイルを考えて、本発明の適用条件(酸化処理条件)を適用することによって実施できる。   That is, according to the present invention, the cycle durability at a high capacity of concern can be greatly improved. Although the cycle deterioration mechanism of the present invention cannot be determined yet, it is considered as follows. The portion of the plateau seen in the initial charge curve (see the example diagram below) is not yet clearly understood, but according to one theory, the dianion of oxygen in the solid solution cathode crystal It is considered a process in which lithium ions are released while being oxidized. When this reaction occurs, a significant change in the crystal structure occurs, and it is assumed that the subsequent charge / discharge cycle deterioration occurs as a result. The present invention does not cause a significant change in the crystal structure from the beginning, but is performed by oxidation treatment such as charging, charging / discharging, oxidation with an oxidizing agent corresponding to charging, oxidation using a redox mediator in a lower potential region. A gentle transition to a more stable arrangement and a stable structure of constituent elements proceeds. With this gentle transition, even if the voltage is increased further and charging is performed through the plateau region, the structure has already been stabilized, so charging / discharging including a high potential region capable of developing a high capacity is possible. I think I will be able to withstand the cycle. As another idea, a film corresponding to the surface protective film (SEI) of the negative electrode is formed on the surface of the positive electrode active material by performing an oxidation treatment (such as charging) at a predetermined potential or lower. By forming the coating, it is considered that the surface of the active material particle is stabilized by being protected or fixed by the stable coating even when the constituent elements in the plateau region of the initial charge curve are greatly moved. You can also. The present invention (of oxidation treatment) may be applied in the state of a positive electrode active material powder, applied even when an electrode is configured, or applied after a battery is assembled with a negative electrode. Application to the battery can be carried out by applying the application condition (oxidation process condition) of the present invention in consideration of the potential profile of the capacitance of the negative electrode to be combined.

以下、図面を参照しながら、本発明のリチウムイオン電池用正極材料及びこれを用いてなるリチウムイオン電池の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, embodiments of a positive electrode material for a lithium ion battery and a lithium ion battery using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. The technical scope of the present invention is based on the description of the claims. It should be defined and is not limited to the following forms. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

まず、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、高容量とできることから、車両の駆動電源用等として好適に利用できるほか、携帯電話などの携帯機器向けのリチウムイオン二次電池にも十分に適用可能である。   First, since the lithium ion secondary battery according to the present invention can have a high capacity, it can be suitably used as a drive power source for a vehicle, and can be sufficiently applied to a lithium ion secondary battery for a portable device such as a mobile phone. Is possible.

すなわち、本発明の対象となるリチウムイオン二次電池は、上記した本発明のリチウムイオン電池用正極材料を正極の主要な活物質として用いてなるものであればよく、他の構成要件に関しては、特に制限されるべきものではない。   That is, the lithium ion secondary battery that is the subject of the present invention may be any one that uses the above-described positive electrode material for a lithium ion battery of the present invention as the main active material of the positive electrode. There is no particular limitation.

例えば、上記リチウムイオン二次電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。   For example, when the lithium ion secondary battery is distinguished by form / structure, it can be applied to any conventionally known form / structure such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery. Is.

また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、上述した(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。   In addition, when viewed in terms of electrical connection (electrode structure) in a lithium ion secondary battery, it can be applied to both the above-described (internal parallel connection type) battery and bipolar (internal serial connection type) battery. It is.

リチウムイオン二次電池内の電解質層の種類で区別した場合には、電解質層に非水系の電解液等の溶液電解質を用いた溶液電解質型電池、電解質層に高分子電解質を用いたポリマー電池など従来公知のいずれの電解質層のタイプにも適用し得るものである。該ポリマー電池は、更に高分子ゲル電解質(単にゲル電解質ともいう)を用いたゲル電解質型電池、高分子固体電解質(単にポリマー電解質ともいう)を用いた固体高分子(全固体)型電池に分けられる。   When distinguished by the type of electrolyte layer in the lithium ion secondary battery, a solution electrolyte type battery using a solution electrolyte such as a nonaqueous electrolyte solution for the electrolyte layer, a polymer battery using a polymer electrolyte for the electrolyte layer, etc. It can be applied to any conventionally known electrolyte layer type. The polymer battery is further divided into a gel electrolyte type battery using a polymer gel electrolyte (also simply referred to as a gel electrolyte) and a solid polymer (all solid) type battery using a polymer solid electrolyte (also simply referred to as a polymer electrolyte). It is done.

また、積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。   In addition, by adopting a laminated (flat) battery structure, long-term reliability can be secured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability.

したがって、以下の説明では、本発明の正極材料を用いてなる(内部並列接続タイプ)リチウムイオン二次電池及び双極型(内部直列接続タイプ)のリチウムイオン二次電池につき図面を用いてごく簡単に説明するが、決してこれらに制限されるべきものではない。   Accordingly, in the following description, a lithium ion secondary battery (internal parallel connection type) and a bipolar (internal series connection type) lithium ion secondary battery using the positive electrode material of the present invention will be described with reference to the drawings. Explain, but should not be limited to these.

図1は、本発明のリチウムイオン電池の代表的な一実施形態である、扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池(以下、単に非双極型リチウムイオン二次電池、または非双極型二次電池ともいう)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。   FIG. 1 shows a flat type (stacked type) lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as a non-bipolar lithium ion secondary battery or a non-bipolar type secondary battery), which is a typical embodiment of the lithium ion battery of the present invention. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a secondary battery.

図1に示すように、本実施形態の非双極型リチウムイオン二次電池10では、電池外装材22に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素(電池要素)17を収納し密封した構成を有している。ここで発電要素17は、正極集電体11の両面に正極(正極活物質層)12が形成された正極板、電解質層13、および負極集電体14の両面(発電要素の最下層および最上層用は片面)に負極(負極活物質層)15が形成された負極板を積層した構成を有している。この際、一の正極板片面の正極(正極活物質層)12と前記一の正極板に隣接する一の負極板片面の負極(負極活物質層)15とが電解質層13を介して向き合うようにして、正極板、電解質層13、負極板の順に複数積層されている。   As shown in FIG. 1, in the non-bipolar lithium ion secondary battery 10 of this embodiment, a laminate film composed of a polymer and a metal is used for the battery exterior material 22, and the entire periphery is heat-sealed. The power generation element (battery element) 17 is housed and sealed by joining together. Here, the power generation element 17 includes a positive electrode plate having a positive electrode (positive electrode active material layer) 12 formed on both surfaces of the positive electrode current collector 11, an electrolyte layer 13, and both surfaces of the negative electrode current collector 14 (the lowermost layer and the lowermost layer of the power generation element). The upper layer has a structure in which a negative electrode plate having a negative electrode (negative electrode active material layer) 15 formed on one side is laminated. At this time, the positive electrode (positive electrode active material layer) 12 on one surface of one positive electrode plate and the negative electrode (negative electrode active material layer) 15 on one surface of one negative electrode plate adjacent to the one positive electrode plate face each other through the electrolyte layer 13. Thus, a plurality of layers of the positive electrode plate, the electrolyte layer 13, and the negative electrode plate are laminated in this order.

これにより、隣接する正極(正極活物質層)12、電解質層13、および負極(負極活物質層)15は、一つの単電池層16を構成する。従って、本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素(電池要素;積層体)17の両最外層に位置する最外層正極集電体11aには、いずれも片面のみに正極(正極活物質層)12が形成されている。なお、図1と正極板と負極板の配置を変えることで、発電要素(電池要素)17の両最外層に最外層負極集電体(図示せず)が位置するようにし、該最外層負極集電体の場合にも片面のみに負極(負極活物質層)15が形成されているようにしてもよい。   As a result, the adjacent positive electrode (positive electrode active material layer) 12, electrolyte layer 13, and negative electrode (negative electrode active material layer) 15 constitute one unit cell layer 16. Therefore, it can be said that the lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked and electrically connected in parallel. Note that the positive electrode (positive electrode active material layer) 12 is formed only on one side of the outermost layer positive electrode current collector 11 a located in both outermost layers of the power generation element (battery element; laminate) 17. In addition, by changing the arrangement of the positive electrode plate and the negative electrode plate in FIG. 1, the outermost negative electrode current collector (not shown) is positioned in both outermost layers of the power generation element (battery element) 17, and the outermost layer negative electrode Also in the case of the current collector, the negative electrode (negative electrode active material layer) 15 may be formed only on one side.

また、上記の各電極板(正極板及び負極板)と導通される正極タブ18および負極タブ19が、正極端子リード20および負極端子リード21を介して各電極板の正極集電体11及び負極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられている。これにより、正極集電体11及び負極集電体14に電気的に接続された正極タブ18および負極タブ19は、上記熱融着部に挟まれて上記の電池外装材22の外部に露出される構造を有している。   Further, the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 that are electrically connected to the respective electrode plates (positive electrode plate and negative electrode plate) are connected to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode of each electrode plate via the positive electrode terminal lead 20 and the negative electrode terminal lead 21. It is attached to the current collector 14 by ultrasonic welding or resistance welding. Accordingly, the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 that are electrically connected to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 14 are sandwiched between the heat fusion portions and exposed to the outside of the battery exterior material 22. It has a structure.

図2は、本発明のリチウムイオン電池の他の代表的な一実施形態である双極型の扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池(以下、単に双極型リチウムイオン二次電池、または双極型二次電池とも称する)の全体構造を模式的に表わした概略断面図である。   FIG. 2 shows another typical embodiment of the lithium ion battery of the present invention, a bipolar flat type (stacked type) lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as a bipolar lithium ion secondary battery, or bipolar). 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a secondary battery.

図2に示すように、本実施形態の双極型リチウムイオン二次電池30は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素(電池要素)37が、電池外装材42の内部に封止された構造を有する。図2に示すように、本実施形態の双極型二次電池30の発電要素37は、1枚または2枚以上で構成される双極型電極34で電解質層35を挟み、隣合う双極型電極34の正極(正極活物質層)32と負極(負極活物質層)33とが対向するようになっている。ここで、双極型電極34は、集電体31の片面に正極(正極活物質層)32を設け、もう一方の面に負極(負極活物質層)33を設けた構造を有している。即ち、双極型二次電池30では、集電体31の片方の面上に正極(正極活物質層)32を有し、他方の面上に負極(負極活物質層)33を有する双極型電極34を、電解質層35を介して複数枚積層した構造の発電要素(電池要素)37を具備してなるものである。   As shown in FIG. 2, in the bipolar lithium ion secondary battery 30 of the present embodiment, a substantially rectangular power generation element (battery element) 37 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside the battery exterior material 42. Has a structured. As shown in FIG. 2, the power generation element 37 of the bipolar secondary battery 30 of the present embodiment has an electrolyte layer 35 sandwiched between one or more bipolar electrodes 34, and adjacent bipolar electrodes 34. The positive electrode (positive electrode active material layer) 32 and the negative electrode (negative electrode active material layer) 33 are opposed to each other. Here, the bipolar electrode 34 has a structure in which a positive electrode (positive electrode active material layer) 32 is provided on one surface of the current collector 31 and a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 is provided on the other surface. That is, in the bipolar secondary battery 30, a bipolar electrode having a positive electrode (positive electrode active material layer) 32 on one surface of the current collector 31 and a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 on the other surface. A power generation element (battery element) 37 having a structure in which a plurality of 34 are stacked via an electrolyte layer 35 is provided.

隣接する正極(正極活物質層)32、電解質層35および負極(負極活物質層)33は、一つの単電池層(=電池単位ないし単セル)36を構成する。従って、双極型二次電池30は、単電池層36が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層35からの電解液の漏れによる液絡を防止するために単電池層36の周辺部にはシール部(絶縁層)43が配置されている。該シール部(絶縁層)43を設けることで隣接する集電体31間を絶縁し、隣接する電極(正極32及び負極33)間の接触による短絡を防止することもできる。   The adjacent positive electrode (positive electrode active material layer) 32, electrolyte layer 35, and negative electrode (negative electrode active material layer) 33 constitute one single battery layer (= battery unit or single cell) 36. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 30 has a configuration in which the single battery layers 36 are stacked. Further, a seal portion (insulating layer) 43 is disposed around the unit cell layer 36 in order to prevent liquid junction due to leakage of the electrolyte from the electrolyte layer 35. By providing the seal portion (insulating layer) 43, the adjacent current collectors 31 can be insulated and a short circuit due to contact between the adjacent electrodes (the positive electrode 32 and the negative electrode 33) can be prevented.

なお、発電要素(電池要素)37の最外層に位置する正極側電極34a及び負極側電極34bは、双極型電極構造でなくてもよい。例えば、集電体31a、31b(または端子板)に必要な片面のみの正極(正極活物質層)32または負極(負極活物質層)33を配置した構造としてもよい。発電要素(電池要素)37の最外層に位置する正極側の最外層集電体31aには、片面のみに正極(正極活物質層)32が形成されているようにしてもよい。同様に、発電要素(電池要素)37の最外層に位置する負極側の最外層集電体31bには、片面のみに負極(負極活物質層)33が形成されているようにしてもよい。また、双極型リチウムイオン二次電池30では、上下両端の正極側最外層集電体31a及び負極側最外層集電体31bにそれぞれ正極タブ38および負極タブ39が、必要に応じて正極端子リード40及び負極端子リード41を介して接合されている。但し、正極側最外層集電体31aが延長されて正極タブ38とされ、電池外装材42であるラミネートシートから導出されていてもよい。同様に、負極側最外層集電体31bが延長されて負極タブ39とされ、同様に電池外装材42であるラミネートシートから導出される構造としてもよい。   In addition, the positive electrode side electrode 34a and the negative electrode side electrode 34b located in the outermost layer of the power generation element (battery element) 37 may not have a bipolar electrode structure. For example, a structure in which the positive electrode (positive electrode active material layer) 32 or the negative electrode (negative electrode active material layer) 33 only on one side necessary for the current collectors 31a and 31b (or terminal plates) may be provided. A positive electrode (positive electrode active material layer) 32 may be formed on only one side of the positive electrode side outermost layer current collector 31 a located in the outermost layer of the power generation element (battery element) 37. Similarly, a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 may be formed only on one side of the outermost current collector 31b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element (battery element) 37. In the bipolar lithium ion secondary battery 30, the positive electrode tab 38 and the negative electrode tab 39 are provided on the positive electrode side outermost layer current collector 31 a and the negative electrode side outermost layer current collector 31 b at both the upper and lower ends, respectively. 40 and the negative terminal lead 41 are joined. However, the positive electrode side outermost layer current collector 31 a may be extended to form a positive electrode tab 38, and may be derived from a laminate sheet that is the battery exterior material 42. Similarly, the negative electrode side outermost layer current collector 31b may be extended to form a negative electrode tab 39, which may be similarly derived from a laminate sheet that is the battery outer packaging material 42.

また、双極型リチウムイオン二次電池30でも、発電要素(電池要素;積層体)37部分を電池外装材(外装パッケージ)42に減圧封入し、正極タブ38及び負極タブ39を電池外装材42の外部に取り出した構造とするのがよい。かかる構造とすることで、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止することができるためである。この双極型リチウムイオン二次電池30の基本構成は、複数積層した単電池層(単セル)36が直列に接続された構成ともいえるものである。   Also, in the bipolar lithium ion secondary battery 30, the power generation element (battery element; laminate) 37 portion is sealed in a battery exterior material (exterior package) 42, and the positive electrode tab 38 and the negative electrode tab 39 are connected to the battery exterior material 42. It is preferable to have a structure taken out to the outside. This is because such a structure can prevent external impact and environmental degradation during use. The basic configuration of the bipolar lithium ion secondary battery 30 can be said to be a configuration in which a plurality of stacked single battery layers (single cells) 36 are connected in series.

上記した通り、非双極型リチウムイオン二次電池と双極型リチウムイオン二次電池の各構成要件および製造方法に関しては、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)が異なることを除いては、基本的には同様である。よって、上記した非双極型リチウムイオン二次電池の各構成要件を中心に、以下説明するが、双極型リチウムイオン二次電池の各構成要件および製造方法に関しても、同様の構成要件及び製造方法を適宜利用して構成ないし製造することができることは言うまでもない。また、本発明の非双極型リチウムイオン二次電池および/または双極型リチウムイオン二次電池を用いて、組電池や車両を構成することもできる。   As described above, regarding each constituent requirement and manufacturing method of the non-bipolar lithium ion secondary battery and the bipolar lithium ion secondary battery, the electrical connection form (electrode structure) in the lithium ion secondary battery is different. Except for this, it is basically the same. Therefore, the following description will be made with a focus on the respective constituent requirements of the above-described non-bipolar lithium ion secondary battery, but the same constituent requirements and manufacturing method are also applied to each constituent requirement and manufacturing method of the bipolar lithium ion secondary battery. Needless to say, it can be configured or manufactured as appropriate. Moreover, an assembled battery and a vehicle can also be comprised using the non-bipolar lithium ion secondary battery and / or bipolar lithium ion secondary battery of this invention.

まず、本発明では、その特徴的な構成として、前記正極(正極活物質層)の主要な活物質として、一般式:xLiMO・(1−x)LiNOで表される、いわいる固溶体系のリチウムイオン電池用正極材料において、酸化処理が施されていることを特徴とする。 First, in the present invention, as a characteristic configuration, the main active material of the positive electrode (positive electrode active material layer) is expressed by a general formula: xLiMO 2. (1-x) Li 2 NO 3. A solid solution positive electrode material for a lithium ion battery is characterized by being subjected to an oxidation treatment.

ここで、上記式中のxは、0<x<1を満たす数であればよい。   Here, x in the above formula may be a number satisfying 0 <x <1.

また、上記一般式:xLiMO・(1−x)LiNOで表される固溶体のうちの電気化学的に活性な、LiMOのMとしては、平均酸化状態が3+である1つ以上の遷移金属であればよく、特に制限されるものではない。前記式中のMとしては、Mn、Ni、Co、Fe、V、Crから選ばれてなる1種類以上の元素であればよいが、好ましくは、Mn、Ni、CoおよびFeから選ばれてなる1種類以上の元素が望ましい。これらの遷移金属を用いる場合には、高容量でサイクル耐久性がよいリチウムイオン電池用正極を製造できるからである。 Moreover, as the M of LiMO 2 that is electrochemically active in the solid solution represented by the general formula: xLiMO 2 · (1-x) Li 2 NO 3 , one or more whose average oxidation state is 3+ The transition metal is not particularly limited. M in the above formula may be one or more elements selected from Mn, Ni, Co, Fe, V, and Cr, but preferably selected from Mn, Ni, Co, and Fe. One or more elements are desirable. This is because when these transition metals are used, a positive electrode for a lithium ion battery having a high capacity and good cycle durability can be produced.

上記一般式:xLiMO・(1−x)LiNOで表される固溶体のうちの電気化学的に不活性な、LiNOのNとしては、平均酸化状態が4+である1つ以上の遷移金属であればよく、特に制限されるものではない。前記式中のNとしては、Mn、Zr、Ti、から選ばれてなる1種類以上の元素であればよい。これらの遷移金属を用いる場合には、高容量でサイクル耐久性がよいリチウムイオン電池用正極を製造できるからである。 The general formula: xLiMO 2 · (1-x ) Li 2 NO 3 in an electrochemically inert of solid solution represented as the N of Li 2 NO 3, one average oxidation state is 4+ Any transition metal may be used as long as it is not particularly limited. N in the above formula may be one or more elements selected from Mn, Zr, and Ti. This is because when these transition metals are used, a positive electrode for a lithium ion battery having a high capacity and good cycle durability can be produced.

本発明のリチウムイオン電池用正極材料では、上記一般式:xLiMO・(1−x)LiNOで表される固溶体の正極材料において、酸化処理が施されているものである。かかる酸化処理としては、特に制限されるものではない。例えば、
(1)所定の電位範囲での充電あるいは、充放電、詳しくは上記した本発明のサイクル耐久性メカニズムの中で説明したように固溶体正極結晶構造の大幅な変化を最初から引き起こすことのない低い電位領域での充電あるいは充放電;
(2)充電に対応する酸化剤(例えば、臭素、塩素などのハロゲン)での酸化;
(3)レドックスメディエーターを用いての酸化;
などの酸化処理を挙げることができる。
In the positive electrode material for a lithium ion battery of the present invention, the solid solution positive electrode material represented by the general formula: xLiMO 2 · (1-x) Li 2 NO 3 is subjected to an oxidation treatment. Such oxidation treatment is not particularly limited. For example,
(1) Charging or charging / discharging in a predetermined potential range, specifically, a low potential that does not cause a significant change in the solid solution positive electrode crystal structure from the beginning as described in the cycle durability mechanism of the present invention described above. Charging or charging / discharging in the area;
(2) Oxidation with an oxidizing agent (for example, halogen such as bromine or chlorine) corresponding to charging;
(3) Oxidation using redox mediator;
And the like.

ここで、上記(1)の酸化処理方法に関しては、後述する本発明のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法において、詳しく説明するので、ここでの説明は省略する。   Here, the oxidation treatment method (1) will be described in detail in the oxidation treatment method for a positive electrode material for a lithium ion battery according to the present invention, which will be described later.

また、上記(2)の酸化処理方法で用いられる酸化剤としては、特に制限されるものではなく、例えば、臭素、塩素などのハロゲンなどを用いることができる。これらの酸化剤は単独であるいは併用で使用しても良い。酸化剤による酸化は、例えば、固溶体が溶解しない溶媒に固溶体微粒子を分散させて、その分散溶液に酸化剤を吹き込んで溶解させて徐々に酸化させることができる。   Further, the oxidizing agent used in the oxidation method (2) is not particularly limited, and for example, halogen such as bromine and chlorine can be used. These oxidizing agents may be used alone or in combination. Oxidation with an oxidizing agent can be gradually oxidized by dispersing solid solution fine particles in a solvent in which the solid solution does not dissolve, and blowing and dissolving the oxidizing agent into the dispersion.

さらに上記(3)の酸化処理方法で用いられるレドックスメディエーター(電子伝達剤)としては、適度な酸化還元ポテンシャルや電子移動性を有し、ラジカルを形成する化合物、あるいは電子を受容又は供与する電気化学的に活性な任意化合物とすることができる。レドックスメディエーターとしては、例えば、トリフェニルアミンのパラ位がブロックされて安定化した一連の誘導体を用いることができる。中でもパラ位、及びもしくはメタ位の水素が臭素などのハロゲンで置換されたものが好ましく使用できる。これらは、置換基の位置、種類、数により酸化還元電位を微妙に制御できるので好ましく使用できる。このほか、適当な酸化還元電位をもって安定な各種遷移金属錯体も好ましく使用できる。この例としては、ルテニウムやオスミウムなどの2,2’−ビピリジン及びその誘導体の錯体がある。その他、いわいるリチウムイオン電池の過充電を防止するためのレドックスシャトルとして使用できるもので、適当な酸化還元電位をもつものは好適に使用できる。これらのレドックスメディエーターは単独であるいは併用で使用しても良い。酸化還元電位の低いものから段階的に高いものへと段階的に使用してもよい。更に、酸化還元電位の高いものをもちいて反応量を確実に制御しながら段階的に酸化していくことも有効である。これを逆に使用して還元して、電池電極の放電に対応するプロセスを入れたり、充電(酸化)と放電(還元)に対応するプロセスを繰り返して行うことも好適である。レドックスメディエーターを用いての酸化は、例えば、作用極に白金網を用い、イオン導電性の隔膜で隔てられた対極と、必要に応じて参照電極を用いて、次のように行うことができる。即ち、レドックスメディエーターを溶解させた電解液中に固溶体を分散させて、作用極の電位を参照電極に対して制御しながらレドックスメディエーターを電極酸化して、それを用いて固溶体系の正極材料を酸化させることができる。   Further, as the redox mediator (electron transfer agent) used in the oxidation treatment method of (3) above, a compound having a suitable redox potential and electron mobility, forming a radical, or electrochemical accepting or donating electrons. Active compounds. As the redox mediator, for example, a series of derivatives in which the para-position of triphenylamine is blocked and stabilized can be used. Among them, those in which hydrogen at the para-position and / or meta-position is substituted with a halogen such as bromine can be preferably used. These can be preferably used because the oxidation-reduction potential can be finely controlled by the position, type and number of substituents. In addition, various transition metal complexes that are stable with an appropriate redox potential can also be preferably used. An example of this is a complex of 2,2'-bipyridine and its derivatives such as ruthenium and osmium. In addition, what can be used as a redox shuttle for preventing overcharge of a so-called lithium ion battery, and those having an appropriate oxidation-reduction potential can be suitably used. These redox mediators may be used alone or in combination. It may be used step by step from a low oxidation-reduction potential to a high stepwise one. Further, it is also effective to oxidize stepwise while using a high oxidation-reduction potential and controlling the reaction amount with certainty. It is also preferable to carry out reduction by using this in reverse and to put in a process corresponding to the discharge of the battery electrode or to repeat the process corresponding to charge (oxidation) and discharge (reduction). Oxidation using a redox mediator can be performed, for example, using a platinum net as a working electrode, a counter electrode separated by an ion conductive diaphragm, and a reference electrode as necessary, as follows. That is, a solid solution is dispersed in an electrolyte solution in which a redox mediator is dissolved, and the redox mediator is oxidized while the potential of the working electrode is controlled with respect to the reference electrode. Can be made.

次に、本発明のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法としては、特に制限されるものではないが、好ましくは酸化処理が、所定の電位範囲での充電あるいは、充放電であることを特徴とするものが望ましい。すなわち、本発明の固溶体系正極材料の有効な酸化処理方法として、電池を構成した状態、または電極または電極相当の構成にて、所定の最高電位を超えないようにして、充電あるいは、充放電をすることが有効である。これにより、高容量でサイクル耐久性がよいリチウムイオン電池用正極、及び高エネルギー密度の電池を製造できるためである。   Next, the oxidation treatment method for the positive electrode material for a lithium ion battery of the present invention is not particularly limited, but preferably the oxidation treatment is charging or charging / discharging within a predetermined potential range. Is desirable. That is, as an effective oxidation treatment method for the solid solution system positive electrode material of the present invention, charging or charging / discharging is performed in a state where the battery is configured or an electrode or a configuration corresponding to the electrode so as not to exceed a predetermined maximum potential. It is effective to do. This is because a positive electrode for a lithium ion battery having a high capacity and good cycle durability and a battery having a high energy density can be produced.

好ましくは、所定の電位範囲の最高の電位が、リチウム金属対極に対して3.9V以上4.6V未満、より好ましくは4.4V以上4.6V未満となる条件下で充放電を1〜30サイクル行うことが望ましい。すなわち、充放電の上限電位として、リチウム金属またはリチウム金属に換算した電位で、3.9V以上4.6V未満で、より好ましくは4.4V以上4.6V未満で、充放電を行えばよく、充放電の必要なサイクル回数は、1回から30回が効果的に適用できる。上記範囲内で充放電による酸化処理を行うことにより、高容量でサイクル耐久性がよいリチウムイオン電池用正極、及び高エネルギー密度の電池を製造できる点で優れている(詳しくは、後述する実施例を参照のこと)。特に、後述する実施例に示すように、上記酸化処理後に高容量とすべく、最高の電位を4.8V程度として充電あるいは充放電を行う場合に、特に顕著なサイクル耐久性等の効果を有効に発現することができるものである。更に、この場合には初期の所定上限電位にての充放電のあと、上限電位を徐々に(段階的に)上げていくことが耐久性向上に好ましい。   Preferably, charge / discharge is performed under the condition that the highest potential in the predetermined potential range is 3.9 V or more and less than 4.6 V, more preferably 4.4 V or more and less than 4.6 V with respect to the lithium metal counter electrode. It is desirable to carry out a cycle. That is, the upper limit potential of charging / discharging is 3.9 V or more and less than 4.6 V, more preferably 4.4 V or more and less than 4.6 V, in terms of lithium metal or a potential converted to lithium metal. The number of cycles required for charging / discharging can be effectively applied from 1 to 30 times. By performing oxidation treatment by charging / discharging within the above range, it is excellent in that a positive electrode for a lithium ion battery having a high capacity and good cycle durability and a battery having a high energy density can be produced. checking). In particular, as shown in the examples to be described later, when charging or charging / discharging with the maximum potential of about 4.8 V in order to obtain a high capacity after the oxidation treatment, particularly remarkable effects such as cycle durability are effective. It can be expressed in Furthermore, in this case, it is preferable to increase the upper limit potential gradually (stepwise) after the charge / discharge at the initial predetermined upper limit potential in order to improve durability.

上記したように、本発明では、上記所定の電位範囲の最高の電位を、リチウム金属対極に対して4.4V以上4.6V未満となる条件下で充放電を1〜30サイクル行ったあとさらに、充放電の所定の電位範囲の最高の電位を段階的に上げていくのが望ましい。特に、4.7V、4.8Vvs.Liという高電位の容量分まで使用(高容量使用)する場合において、上記の如く酸化処理での充放電電位の最高電位を段階的に上げていくことで、短時間の酸化処理でも電極の耐久性を改善することができる点で優れている(後述する実施例参照のこと)。   As described above, in the present invention, after the charge and discharge are performed for 1 to 30 cycles under the condition that the maximum potential in the predetermined potential range is 4.4 V or more and less than 4.6 V with respect to the lithium metal counter electrode, It is desirable to gradually increase the maximum potential in a predetermined potential range of charge / discharge. In particular, 4.7V, 4.8Vvs. When using up to the high potential capacity of Li (use of high capacity), the maximum potential of the charge / discharge potential in the oxidation treatment is increased stepwise as described above, so that the durability of the electrode can be maintained even in a short oxidation treatment. It is excellent in that the property can be improved (see Examples described later).

ここで、充放電の所定の電位範囲の最高電位(上限電位)を段階的に上げていく際の各段階ごとの充放電に必要なサイクル回数は、1回から10回の範囲内が効果的である。但し、上記範囲に制限されるものではなく、上記効果を奏することができるものであれば、より多くのサイクル回数であってもよい。また、充放電の所定の電位範囲の最高電位(上限電位)を段階的に上げていく際の酸化処理工程を通じた充放電サイクル回数(各段階ごとの充放電に必要なサイクル回数を足し合わせた回数)は、4回〜20回の範囲内が効果的である。但し、上記範囲に制限されるものではなく、上記効果を奏することができるものであれば、より多くのサイクル回数であってもよいし、より少ないサイクル回数であってもよい。   Here, the number of cycles required for charging / discharging at each stage when the maximum potential (upper limit potential) in a predetermined potential range of charging / discharging is increased in stages is effectively in the range of 1 to 10 times. It is. However, the number of cycles may be larger as long as the above effect can be achieved without being limited to the above range. In addition, the number of charge / discharge cycles through the oxidation process when increasing the maximum potential (upper limit potential) in a predetermined potential range of charge / discharge in stages (the number of cycles required for charge / discharge at each stage was added. The number of times is effectively in the range of 4 to 20 times. However, the number of cycles is not limited to the above range, and may be a larger number of cycles or a smaller number of cycles as long as the above effect can be achieved.

また、充放電の所定の電位範囲の最高電位(上限電位)を段階的に上げていく際の各回の電位の上げ幅(上げ代)は、0.05V〜0.1Vが効果的である。但し、上記範囲に制限されるものではなく、上記効果を奏することができるものであれば、より大きな電位の上げ幅(上げ代)で行ってもよいし、より小さな電位の上げ幅(上げ代)で行ってもよい。   In addition, 0.05 V to 0.1 V is effective as the potential increase (increase) for each time when the maximum potential (upper limit potential) in a predetermined charge / discharge potential range is increased stepwise. However, the present invention is not limited to the above range, and may be performed with a larger potential increase width (raising allowance) or with a smaller potential increase width (raising allowance) as long as the above effect can be achieved. You may go.

充放電の所定の電位範囲の最高電位(上限電位)を段階的に上げていく際の最終的な最高電位(終止最高電位)は、4.6V〜4.9Vとするのが効果的である。但し、上記範囲に制限されるものではなく、上記効果を奏することができるものであれば、より高い終止最高電位まで酸化処理を行ってもよい。   It is effective that the final maximum potential (end maximum potential) when increasing the maximum potential (upper limit potential) in a predetermined potential range of charge / discharge stepwise is 4.6V to 4.9V. . However, the oxidation treatment is not limited to the above range, and the oxidation treatment may be performed up to a higher termination maximum potential as long as the above effects can be achieved.

ただし、本発明では、上記した所定の電位範囲での充電を行うだけでもよい。この際の所定の電位範囲の最高の電位に関しても、上記したようにリチウム金属対極に対して3.9V以上4.6V未満、より好ましくは4.4V以上4.6V未満となる条件下で充電を行うことが望ましい。   However, in the present invention, it is only necessary to perform charging in the predetermined potential range described above. The maximum potential in the predetermined potential range at this time is also charged under the condition of 3.9 V or more and less than 4.6 V, more preferably 4.4 V or more and less than 4.6 V with respect to the lithium metal counter electrode as described above. It is desirable to do.

なお、所定の電位範囲の最低の電位は、特に制限されるものではなく、リチウム金属対極に対して2V以上3.5V未満、より好ましくは2V以上3V未満となる条件下で充放電を1〜30サイクル行うことが望ましい。上記範囲内で充電あるいは充放電による酸化処理を行うことにより、高容量でサイクル耐久性がよいリチウムイオン電池用正極、及び高エネルギー密度の電池を製造できる点で優れている(詳しくは、後述する実施例を参照のこと)。   Note that the minimum potential in the predetermined potential range is not particularly limited, and charging / discharging is performed under conditions of 2 V or more and less than 3.5 V, more preferably 2 V or more and less than 3 V with respect to the lithium metal counter electrode. It is desirable to perform 30 cycles. By performing the oxidation treatment by charging or charging / discharging within the above range, it is excellent in that a positive electrode for a lithium ion battery having a high capacity and good cycle durability and a battery having a high energy density can be produced (details will be described later). See Examples).

なお、上記充放電の電位(V)は、単電池(単セル)当たりの電位を指すものとする。   The charge / discharge potential (V) refers to a potential per unit cell (unit cell).

また、本発明のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法では、上記酸化処理として充放電する電極材料の温度としては、本発明の作用効果を損なわない範囲内であれば、任意に設定することができる。具体的には、室温下で行ってもよいし、室温より高い温度で行ってもよいし、室温より低い温度で行ってもよい。   Moreover, in the oxidation treatment method of the positive electrode material for lithium ion batteries of the present invention, the temperature of the electrode material charged and discharged as the oxidation treatment is arbitrarily set as long as it does not impair the effects of the present invention. Can do. Specifically, it may be performed at room temperature, may be performed at a temperature higher than room temperature, or may be performed at a temperature lower than room temperature.

経済性の観点からは、特段の加熱冷却を要しない室温下で行うのが望ましい(後述する実施例1〜5などを参照)。   From the economical viewpoint, it is desirable to carry out at room temperature that does not require special heating and cooling (see Examples 1 to 5 and the like described later).

また、より大きな容量を発現でき、なおかつ短時間の充放電処理によりサイクル耐久性が向上し得る点からは、室温より高い温度で行うのが望ましい(後述する実施例6〜8と、実施例1〜5を対比参照のこと)。この際の、上記酸化処理として充放電する電極材料の温度としては、室温より高い温度であればよいが、35℃以上80℃以下が好ましく、より好ましくは40〜60℃の範囲である。なお、ここでいう室温は、特段の加熱冷却を行っていない状態での温度をいうものであるが、概ね15℃以上35℃未満といえる範囲である。ただし、上記範囲を外れる場合であっても、特段の加熱冷却を行っていない状態での温度であれば、室温下での実施ともいえる。   Moreover, it is desirable to perform at higher temperature than room temperature from the point which can express a bigger capacity | capacitance and can improve cycling durability by short-time charging / discharging process (Examples 6-8 mentioned later and Example 1). (See -5 for comparison). In this case, the temperature of the electrode material charged and discharged as the oxidation treatment may be higher than room temperature, but is preferably 35 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and more preferably in the range of 40 to 60 ° C. The room temperature here means a temperature in a state where no special heating / cooling is performed, and it is in a range that can be said to be approximately 15 ° C. or more and less than 35 ° C. However, even if the temperature is out of the above range, it can be said that the temperature is at room temperature as long as the temperature is not in the state of special heating and cooling.

上記本発明のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法を適用する工程(時期)としては、特に制限されるものではない。例えば、かかる酸化処理は、上記したように、電池を構成した状態、または電極または電極相当の構成にて、行うことができる。即ち、正極活物質粉体の状態での適用、電極を構成しての適用、負極とあわせて電池を組んでからの適用のいずれであってもよい。電池への適用に際しては、組み合わせる負極の電気容量の電位プロファイルを考えて、本発明の適用条件(酸化処理条件)を適用することによって実施できる。ここで、電池を構成した状態の場合には、個々の電極または電極相当の構成ごとに行うよりも、一度にまとめて多くの電極の酸化処理が行える点で優れている。一方、個々の電極または電極相当の構成ごとに行う場合には、電池を構成した状態よりも、酸化電位等の条件の制御が容易であるほか、個々の電極への酸化の度合いのバラツキが生じにくい点で優れている。   The step (time) for applying the oxidation treatment method for a positive electrode material for a lithium ion battery of the present invention is not particularly limited. For example, as described above, the oxidation treatment can be performed in a state where a battery is configured, or in a configuration corresponding to an electrode or an electrode. That is, any of the application in the state of the positive electrode active material powder, the application by constituting the electrode, and the application after assembling the battery together with the negative electrode may be used. Application to the battery can be carried out by applying the application condition (oxidation process condition) of the present invention in consideration of the potential profile of the capacitance of the negative electrode to be combined. Here, in the case where the battery is configured, it is superior in that the oxidation treatment of a large number of electrodes can be performed at a time, rather than the individual electrodes or the respective configurations corresponding to the electrodes. On the other hand, when it is performed for each individual electrode or each electrode-corresponding configuration, it is easier to control conditions such as the oxidation potential than the state in which the battery is configured, and variations in the degree of oxidation to individual electrodes occur. It is excellent in a difficult point.

また、酸化処理前の上記一般式:xLiMO・(1−x)LiNOで表される固溶体の作製方法としては、特に制限されるものではなく、従来公知の作製方法を適宜利用して行うことができる。例えば、実施例に示すように、複合炭酸塩法を用い以下のように行うことができる。即ち、上記式中のM及びNに相当する金属元素の各硫酸金属塩、硝酸金属塩など、例えば、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンを所定量秤量し、これらの混合溶液を調製する。これにアンモニア水をpH7になるまで滴下して、さらにNaCO溶液を滴下して、Ni−Co−Mnの複合炭酸塩(ただし、上記式中のM及びNの組み合わせにより当該M−Nの金属複合炭酸塩の種類は異なる)を沈殿させる。その後、吸引ろ過した後、水洗して、所定の温度、時間で(例えば、120℃にて5時間)乾燥する。これを所定の温度、時間で(例えば、500℃にて5時間)仮焼成する。これに小過剰のLiOH・HOを加えて、自動乳鉢で所定時間(例えば、30分間)混合した。このあと、所定の温度、時間で(例えば、900℃にて12時間)本焼成してから、液体窒素を用い急速冷却することで、酸化処理前の上記一般式:xLiMO・(1−x)LiNOで表される固溶体を作製することができる。なお、最後の液体窒素を用いた急速冷却は、特に必要ないが、かかる処理を行うことで、固溶体状態が非常に綺麗なものを作製することができる点で有用な処理操作と言えるものである。 In addition, the method for producing the solid solution represented by the general formula: xLiMO 2 · (1-x) Li 2 NO 3 before the oxidation treatment is not particularly limited, and a conventionally known production method is appropriately used. Can be done. For example, as shown in the Examples, the composite carbonate method can be used as follows. That is, a predetermined amount of, for example, nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate, such as metal sulfate salts and metal nitrate salts of metal elements corresponding to M and N in the above formula, is prepared to prepare a mixed solution thereof. Ammonia water was added dropwise to this until pH 7 was reached, and a Na 2 CO 3 solution was further added dropwise to form a composite carbonate of Ni—Co—Mn (however, the M—N by the combination of M and N in the above formula). Different types of metal complex carbonates). Then, after suction filtration, it is washed with water and dried at a predetermined temperature and time (for example, at 120 ° C. for 5 hours). This is calcined at a predetermined temperature and time (for example, at 500 ° C. for 5 hours). A small excess of LiOH.H 2 O was added thereto and mixed for a predetermined time (for example, 30 minutes) in an automatic mortar. Thereafter, the main calcination is performed at a predetermined temperature and time (for example, at 900 ° C. for 12 hours), followed by rapid cooling using liquid nitrogen, whereby the above-described general formula: xLiMO 2 · (1-x ) A solid solution represented by Li 2 NO 3 can be produced. The last rapid cooling using liquid nitrogen is not particularly necessary, but can be said to be a useful processing operation in that a solid solution can be produced with a very beautiful state by performing such processing. .

なお、酸化処理前の上記一般式:xLiMO・(1−x)LiNOで表される固溶体の同定は、後述する実施例で行ったような、X線回折(XRD)、誘導結合プラズマ(ICP)元素分析を用いて分析することができる。 In addition, the identification of the solid solution represented by the above general formula: xLiMO 2 · (1-x) Li 2 NO 3 before the oxidation treatment is performed by X-ray diffraction (XRD), inductive coupling, as performed in Examples described later. It can be analyzed using plasma (ICP) elemental analysis.

以上が、本発明のリチウムイオン電池の特徴的な構成要件に関する説明であり、他の構成要件に関しては特に制限されるものではない。よって、以下では、本発明のリチウムイオン電池の特徴的な構成要件以外の他の構成要件に関し、図1及び図2に示す非双極型及び双極型リチウムイオン二次電池に関し、非双極型リチウムイオン二次電池を中心に説明する。ただし、本発明は、がこれらに制限されるものではない。   The above is the description regarding the characteristic structural requirements of the lithium ion battery of the present invention, and the other structural requirements are not particularly limited. Therefore, in the following, regarding the other constituent elements other than the characteristic constituent elements of the lithium ion battery of the present invention, the non-bipolar lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 and FIG. A description will be given focusing on the secondary battery. However, the present invention is not limited to these.

[集電体]
集電体は、非双極型及び双極型リチウムイオン二次電池のいずれに関しても、特に制限されるものではない。具体的には、集電体として、鉄、クロム、ニッケル、マンガン、チタン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、銅、銀、金、白金およびカーボンよりなる群から選ばれてなる少なくとも1種類の集電体材料で構成された集電体を用いることができる。また本発明では、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの集電体材料の組み合わせのめっき材なども好ましく使える。また、上記集電体材料である金属(アルミニウムを除く)表面に、他の集電体材料であるアルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。また、場合によっては、2つ以上の上記集電体材料である金属箔を張り合わせた集電体を用いてもよい。集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は1〜100μm程度である。
[Current collector]
The current collector is not particularly limited with respect to any of the non-bipolar type and the bipolar type lithium ion secondary battery. Specifically, the current collector is at least one type of current selected from the group consisting of iron, chromium, nickel, manganese, titanium, molybdenum, vanadium, niobium, aluminum, copper, silver, gold, platinum, and carbon. A current collector made of a current material can be used. In the present invention, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these current collector materials can be preferably used. Further, a current collector in which the surface of a metal (excluding aluminum) as the current collector material is coated with aluminum as another current collector material may be used. Moreover, you may use the electrical power collector which bonded together the metal foil which is two or more said electrical power collector materials depending on the case. Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is about 1-100 micrometers.

[電極(正極及び負極)]
正極(正極活物質層)および負極(負極活物質層)の構成は、非双極型及び双極型リチウムイオン二次電池のいずれに関しても、特に限定されず、公知の正極および負極が適用可能である。電極には、電極が正極であれば正極活物質、電極が負極であれば負極活物質が含まれる。
[Electrodes (positive electrode and negative electrode)]
The configurations of the positive electrode (positive electrode active material layer) and the negative electrode (negative electrode active material layer) are not particularly limited for both non-bipolar and bipolar lithium ion secondary batteries, and known positive electrodes and negative electrodes are applicable. . The electrode includes a positive electrode active material if the electrode is a positive electrode and a negative electrode active material if the electrode is a negative electrode.

正極活物質および負極活物質の材料(材質)としては、本発明のリチウムイオン電池の特徴的な構成要件を具備するものであればよく、特に制限されるものではなく、電池の種類に応じて適宜選択すればよい。   The material (material) of the positive electrode active material and the negative electrode active material is not particularly limited as long as it has the characteristic constituent requirements of the lithium ion battery of the present invention, and depends on the type of battery. What is necessary is just to select suitably.

具体的には、正極活物質としては、上記一般式;xLiMO・(1−x)LiNOで表される本発明のリチウムイオン電池用正極材料を正極の主要な活物質として用いるものである。 Specifically, as the positive electrode active material, the positive electrode material for a lithium ion battery of the present invention represented by the above general formula; xLiMO 2 · (1-x) Li 2 NO 3 is used as the main active material of the positive electrode. It is.

正極活物質としては、上記一般式;xLiMO・(1−x)LiNOで表される本発明のリチウムイオン電池用正極材料を単独で使用してもよいほか、さらに必要に応じて、従来公知の他の正極活物質を併用してもよい。 As the positive electrode active material, the positive electrode material for a lithium ion battery of the present invention represented by the above general formula; xLiMO 2 · (1-x) Li 2 NO 3 may be used alone, and further as necessary. Other conventionally known positive electrode active materials may be used in combination.

負極活物質としては、通常リチウムイオン二次電池に用いられている負極活物質なら何でもよく、具体的には、カーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物を好適に用いることができる。上記負極活物質材料であるカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物としては、特に制限されるものではなく、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、活性炭、カーボンファイバ、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン(難黒鉛化炭素材料)などの結晶性炭素材や非結晶性炭素材等のカーボン;リチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、さらにこれらに他の元素を添加したリチウム合金;リチウム−チタン複合酸化物(チタン酸リチウム:LiTi12)などのリチウム−移金属複合酸化物などが挙げられるが、これらに何ら制限されるものではない。これらは1種単独で使用しても良いし、2種以上を併用しても良い。 As the negative electrode active material, any negative electrode active material usually used in a lithium ion secondary battery may be used. Specifically, carbon or a lithium-transition metal composite oxide can be suitably used. The carbon or lithium-transition metal composite oxide that is the negative electrode active material is not particularly limited, and natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, hard Carbon such as carbon (non-graphitizable carbon material), carbon such as crystalline carbon material and non-crystalline carbon material; lithium-tin alloy, lithium-silicon alloy, and lithium alloy with other elements added thereto; lithium-titanium composite Examples thereof include lithium-transfer metal composite oxides such as oxides (lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ), but are not limited thereto. These may be used alone or in combination of two or more.

物質それぞれの固有の効果を発現する上で最適な粒径が異なる場合には、それぞれの固有の効果を発現する上で最適な粒径同士をブレンドして用いればよく、全ての活物質の粒径を必ずしも均一化させる必要はない。   When the optimum particle size is different for expressing the unique effect of each substance, the optimum particle size for expressing each unique effect may be blended and used. It is not always necessary to make the diameter uniform.

正極(正極活物質層:片面)の厚さは、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して適宜決定すればよく、通常1〜500μm程度である。   The thickness of the positive electrode (positive electrode active material layer: one side) may be appropriately determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, energy, etc.) and ion conductivity, and is usually about 1 to 500 μm.

負極(負極活物質層:片面)の厚さは、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して適宜決定すればよく、通常1〜500μm程度である。   The thickness of the negative electrode (negative electrode active material layer: one side) may be determined as appropriate in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, energy, etc.) and ion conductivity, and is usually about 1 to 500 μm.

負極(負極活物質層)は、通常のスラリーを塗布(コーティング)する方法のほか、混練法、スパッタ、蒸着、CVD、PVD、イオンプレーティングおよび溶射のいずれかの方法によっても形成することもできる。こうした形成法に適した負極活物質としては、チタン酸リチウムのほか、カーボン、リチウム金属、リチウムアルミ合金、リチウムスズ合金、リチウムケイ素合金などが好適に利用可能である。   The negative electrode (negative electrode active material layer) can be formed by any method of kneading, sputtering, vapor deposition, CVD, PVD, ion plating and thermal spraying in addition to a method of applying (coating) a normal slurry. . As the negative electrode active material suitable for such a forming method, carbon, lithium metal, lithium aluminum alloy, lithium tin alloy, lithium silicon alloy and the like can be suitably used in addition to lithium titanate.

電極(正極および負極)は、電子伝導性を高めるための導電材(以下、導電助剤とも称する)、バインダ、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性高分子、電解液など)、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩(リチウム塩)などが含まれ得る。   Electrode (positive electrode and negative electrode) is a conductive material (hereinafter also referred to as a conductive additive), binder, electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.) for enhancing electronic conductivity, and ion conductivity. For example, an electrolyte supporting salt (lithium salt) may be included.

上記導電材としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などが挙げられる。導電助剤を含ませることによって、電極で発生した電子の伝導性を高めて、電池性能を向上させることができる。   Examples of the conductive material include acetylene black, carbon black, graphite, and carbon fiber. By including a conductive additive, the conductivity of electrons generated at the electrode can be increased, and the battery performance can be improved.

上記バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム、ポリイミドなどが挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene butadiene rubber, and polyimide. However, it is not necessarily limited to these.

また、上記導電材とバインダの機能を併せ持つ導電性結着剤をこれら導電材とバインダに代えて用いてもよいし、あるいはこれら導電材とバインダの一方ないし双方と併用してもよい。導電性結着剤としては、既に市販のTAB−2(宝泉株式会社製)などを用いることができる。   The conductive binder having the functions of the conductive material and the binder may be used in place of the conductive material and the binder, or may be used in combination with one or both of the conductive material and the binder. Commercially available TAB-2 (manufactured by Hosen Co., Ltd.) or the like can be used as the conductive binder.

電解質としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、それらの共重合体などのリチウム塩を含むイオン伝導性高分子(固体高分子電解質)などが挙げられる。   Examples of the electrolyte include ion conductive polymers (solid polymer electrolytes) including lithium salts such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.

使用されるリチウム塩は、電池の種類に応じて選択すればよい。電解質支持塩(リチウム塩)としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。 What is necessary is just to select the lithium salt used according to the kind of battery. The electrolyte supporting salt (lithium salt), LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, LiCF 3 SO 3, Li ( CF Organic acid anion salts such as 3 SO 2 ) 2 N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.

活物質、導電材、バインダ、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性高分子、電解液など)、電解質支持塩(リチウム塩)等の電極の構成材料の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定することが好ましい。   Active material, conductive material, binder, electrolyte (polymer matrix, ion-conducting polymer, electrolyte, etc.), the amount of electrode constituent materials such as electrolyte support salt (lithium salt), etc. It is preferable to determine in consideration of ionic conductivity.

[電解質層]
電解質層は、非双極型及び双極型リチウムイオン二次電池のいずれに関しても、液体、ゲル、固体のいずれの相であってもよい。電池が破損した際の安全性や液絡の防止を考慮すると、電解質層は、ゲルポリマー電解質層、全固体電解質層のような固体電解質を用いることが好ましい。電解質層として固体電解質(詳しくは、後述するが、高分子ゲル電解質、固体高分子型電解質、無機固体型電解質すべてを含めるものとする)を用いることにより漏液を防止することが可能となり、液絡を防ぎ信頼性の高いリチウムイオン電池を構成できるからである。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer may be in a liquid, gel, or solid phase for any of the non-bipolar and bipolar lithium ion secondary batteries. In consideration of safety when the battery is damaged and prevention of liquid junction, the electrolyte layer is preferably a solid electrolyte such as a gel polymer electrolyte layer or an all-solid electrolyte layer. By using a solid electrolyte (which will be described later in detail, including a polymer gel electrolyte, a solid polymer electrolyte, and an inorganic solid electrolyte) as the electrolyte layer, it becomes possible to prevent liquid leakage. This is because it is possible to construct a lithium ion battery with high reliability that prevents tangling.

電解質層としてゲルポリマー電解質層(高分子ゲル電解質)を用いることで、電解質の流動性がなくなり、集電体への電解質の流出をおさえ、各層間のイオン伝導性を遮断することが可能になる。ゲル電解質のホストポリマーとしては、PEO、PPO、PVdF、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVdF−HFP)、PAN、PMA、PMMAなどが挙げられる。また、可塑剤としては通常リチウムイオン電池に用いられる電解液を用いることが可能である。   By using a gel polymer electrolyte layer (polymer gel electrolyte) as the electrolyte layer, the fluidity of the electrolyte is lost, the electrolyte is prevented from flowing out to the current collector, and the ionic conductivity between the layers can be blocked. . Examples of the gel electrolyte host polymer include PEO, PPO, PVdF, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), PAN, PMA, and PMMA. Moreover, as a plasticizer, it is possible to use the electrolyte solution normally used for a lithium ion battery.

上記ゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)は、PEO、PPOなどの全固体型高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含ませることにより作製される。PVdF、PAN、PMMAなど、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、電解液を保持させたものもゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)にあたる。ゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)を構成するポリマーと電解液との比率は、特に限定されず、ポリマー100%を全固体高分子電解質、電解液100%を液体電解質とすると、その中間体はすべてゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)の概念に含まれる。また、セラミックなどの無機固体などイオン伝導性を持つ無機固体型電解質も全固体型電解質にあたる。よって、上記高分子ゲル電解質、固体高分子型電解質、無機固体型電解質すべてを含めて固体電解質とする。   The gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte) is produced by including an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery in an all solid polymer electrolyte such as PEO or PPO. PVdF, PAN, PMMA, and the like, in which the electrolyte solution is held in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity, also corresponds to the gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte). The ratio of the polymer constituting the gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte) and the electrolytic solution is not particularly limited. When 100% of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% of the electrolytic solution is a liquid electrolyte, the intermediate is All are included in the concept of gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte). An inorganic solid electrolyte having ion conductivity such as an inorganic solid such as ceramic corresponds to the all solid electrolyte. Therefore, the polymer gel electrolyte, the solid polymer electrolyte, and the inorganic solid electrolyte are all included in the solid electrolyte.

電解質層としては、従来公知の材料を用いることができる。具体的には、(a)高分子ゲル電解質(ゲルポリマー電解質)、(b)全固体高分子電解質(高分子固体電解質、無機固体型電解質)、(c)液体電解質(電解液)または(d)これら電解質を含浸させたセパレータ(不織布セパレータを含む)を用いることができる。   As the electrolyte layer, a conventionally known material can be used. Specifically, (a) polymer gel electrolyte (gel polymer electrolyte), (b) all solid polymer electrolyte (polymer solid electrolyte, inorganic solid electrolyte), (c) liquid electrolyte (electrolyte) or (d ) Separators (including non-woven fabric separators) impregnated with these electrolytes can be used.

(a)ゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)
ゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)とは、ポリマーマトリックス中に電解液を保持させたものをいう。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、導電性高分子膜などの集電体層への電解質の流出をおさえ、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる点で優れている。
(A) Gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte)
The gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte) refers to an electrolyte solution held in a polymer matrix. By using a gel polymer electrolyte as the electrolyte, the fluidity of the electrolyte is lost, and it is easy to cut off the ionic conductivity between each layer by suppressing the outflow of the electrolyte to the current collector layer such as a conductive polymer film. Is excellent.

高分子ゲル電解質として用いるポリマーマトリックス(高分子)ないしゲル電解質のホストポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PEO)、ポリプロピレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVdF−HFP)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)およびそれらの共重合体が望ましく、中でもPEO、PPOおよびそれらの共重合体、あるいは、PVdF−HFPを用いることが望ましい。また、可塑剤としては通常リチウムイオン電池に用いられる電解液を用いることが可能である。かかる電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものであり、電解質としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種が、溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)およびそれらの混合物が望ましい。 Examples of the polymer matrix (polymer) or the gel electrolyte host polymer used as the polymer gel electrolyte include polymers having polyethylene oxide in the main chain or side chain (PEO), polymers having polypropylene oxide in the main chain or side chain ( PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), poly (methyl methacrylate) ( PMMA) and copolymers thereof are desirable, and among them, PEO, PPO and copolymers thereof, or PVdF-HFP is desirably used. Moreover, as a plasticizer, it is possible to use the electrolyte solution normally used for a lithium ion battery. And such electrolyte, which electrolyte salt dissolved in a solvent, as the electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anions such as As a solvent, at least one selected from organic acid anion salts such as ionic salt, LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, etc. Ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) and mixtures thereof are preferred.

本発明におけるゲル電解質中の電解液の割合としては、特に制限されるべきものではないが、イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度とするのが望ましい。本発明では、電解液の割合が70質量%以上の、電解液が多いゲル電解質について、特に効果がある。   The ratio of the electrolytic solution in the gel electrolyte in the present invention is not particularly limited, but is preferably about several mass% to 98 mass% from the viewpoint of ionic conductivity. The present invention is particularly effective for a gel electrolyte having a large amount of electrolytic solution in which the proportion of the electrolytic solution is 70% by mass or more.

(b)全固体型電解質(全固体高分子電解質、高分子固体電解質、無機固体型電解質)
電解質として全固体型電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、集電体層への電解質の流出がなくなり各層間のイオン伝導性を遮断することが可能になる点で優れている。
(B) All solid electrolyte (all solid polymer electrolyte, polymer solid electrolyte, inorganic solid electrolyte)
The use of an all solid electrolyte as the electrolyte is superior in that the fluidity of the electrolyte is lost, the electrolyte does not flow out to the current collector layer, and the ion conductivity between the layers can be blocked.

全固体高分子電解質としては、例えば、PEO、PPO、これらの共重合体などの公知の固体高分子電解質、セラミックなどのイオン伝導性を持つ無機固体型電解質が挙げられる。固体高分子電解質中には、イオン伝導性を確保するためにリチウム塩が含まれる。リチウム塩としては、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SO、またはこれらの混合物などが使用できる。 Examples of the all solid polymer electrolyte include known solid polymer electrolytes such as PEO, PPO, and copolymers thereof, and inorganic solid electrolytes having ion conductivity such as ceramics. The solid polymer electrolyte contains a lithium salt in order to ensure ionic conductivity. As the lithium salt, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or a mixture thereof can be used.

(c)液体電解質(電解液)
電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものが挙げられる。ここで、電解質としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種が、溶媒としては、EC、PC、GBL、DMC、DECおよびそれらの混合物が望ましい。
(C) Liquid electrolyte (electrolyte)
Examples of the electrolytic solution include those obtained by dissolving an electrolyte salt in a solvent. Here, as the electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, LiCF 3 SO 3, Li ( CF 3 SO 2 ) At least one selected from organic acid anion salts such as 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, and the solvent is EC, PC, GBL, DMC, DEC and mixtures thereof Is desirable.

(d)上記電解質を含浸させたセパレータ(不織布セパレータを含む)
セパレータに含浸させることのできる電解質としては、既に説明した(a)〜(c)と同様のものを用いることができる。
(D) Separator impregnated with the electrolyte (including non-woven separator)
As the electrolyte that can be impregnated in the separator, the same electrolytes as those already described (a) to (c) can be used.

上記セパレータとしては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートおよび不織布を挙げることができる。   Examples of the separator include a porous sheet and a nonwoven fabric made of a polymer that absorbs and holds the electrolyte.

多孔性シートとしては、例えば、微多孔質セパレータを用いることができる。該ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;PP/PE/PPの3層構造をした積層体、ポリイミド、アラミドが挙げられる。上記セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。ただし、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。上記セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)、その空孔率は20〜80%であることが望ましい。   As the porous sheet, for example, a microporous separator can be used. Examples of the polymer include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); laminates having a three-layer structure of PP / PE / PP, polyimide, and aramid. The thickness of the separator cannot be uniquely defined because it varies depending on the intended use. However, in applications such as a secondary battery for driving a motor such as an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a fuel cell vehicle (FCV), the thickness is preferably 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. The separator preferably has a fine pore size of 1 μm or less (usually a pore size of about several tens of nm) and a porosity of 20 to 80%.

不織布としては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。不織布セパレータの空孔率は50〜90%であることが好ましい。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。厚さが5μm未満では電解質の保持性が悪化し、200μmを超える場合には抵抗が増大することになる。   As the nonwoven fabric, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known materials such as polyimide and aramid are used alone or in combination. The bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. The porosity of the nonwoven fabric separator is preferably 50 to 90%. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm. When the thickness is less than 5 μm, the electrolyte retention deteriorates, and when it exceeds 200 μm, the resistance increases.

[シール部(シーラントないし周辺絶縁層とも称されている)]
シール部は、双極型リチウムイオン二次電池に関して、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止するために単電池層の周辺部に配置されている。双極型リチウムイオン二次電池では、電解質層の漏れによる液絡を防止するために有効に活用されている。該シール部としては、例えば、PE、PPなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが使用でき、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。ただし、これらに何ら制限されるものではない。
[Seal (also called sealant or peripheral insulating layer)]
For the bipolar lithium ion secondary battery, the seal part is used to prevent adjacent collectors in the battery from contacting each other and short-circuiting due to slight unevenness of the end of the laminated electrode. It arrange | positions at the peripheral part of a battery layer. Bipolar lithium ion secondary batteries are effectively used to prevent liquid junction due to leakage of the electrolyte layer. As the seal portion, for example, polyolefin resin such as PE and PP, epoxy resin, rubber, polyimide and the like can be used, and polyolefin resin is preferable from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, film-forming property, economy and the like. . However, it is not limited to these.

[正極および負極タブ]
本発明の非双極型および双極型リチウムイオン電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、各集電体に、あるいは最外層集電体に、電気的に接続されたタブ(正極タブおよび負極タブ)が電池外装材の外部に取り出されている。具体的には、図1に示すように各正極集電体に電気的に接続された正極タブと各負極集電体に電気的に接続された正極タブとが、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。あるいは図2に示すように正極用最外層集電体に電気的に接続された正極タブと、負極用最外層集電体に電気的に接続された負極タブとが、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。
[Positive electrode and negative electrode tab]
In the non-bipolar and bipolar lithium ion batteries of the present invention, a tab (positive electrode tab and negative electrode) that is electrically connected to each current collector or to the outermost layer current collector for the purpose of taking out current outside the battery. Tab) is taken out of the battery case. Specifically, as shown in FIG. 1, a laminate sheet in which a positive electrode tab electrically connected to each positive electrode current collector and a positive electrode tab electrically connected to each negative electrode current collector are battery exterior materials. It is taken out outside. Alternatively, as shown in FIG. 2, a laminate in which a positive electrode tab electrically connected to the positive electrode outermost layer current collector and a negative electrode tab electrically connected to the negative electrode outermost layer current collector are battery outer packaging materials. It is taken out of the sheet.

タブ(正極タブおよび負極タブ)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極タブと負極タブとでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。また、各集電体あるいは最外層集電体を延長することにより正極および負極タブとしてもよいし、別途準備した正極および負極タブを各集電体あるいは最外層集電体に接続してもよい。   The material which comprises a tab (a positive electrode tab and a negative electrode tab) in particular is not restrict | limited, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a tab for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the tab, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and aluminum, copper, and the like are more preferable from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. Is preferable, and aluminum is particularly preferable. Note that the same material may be used for the positive electrode tab and the negative electrode tab, or different materials may be used. Moreover, it is good also as a positive electrode and a negative electrode tab by extending each electrical power collector or outermost layer electrical power collector, and you may connect the positive electrode and negative electrode tab which were prepared separately to each electrical power collector or outermost layer electrical power collector. .

[正極および負極リード]
正極および負極リードに関しても、必要に応じて使用する。例えば、各集電体あるいは最外部の集電体から出力電極端子となる正極タブ及び負極タブを直接取り出す場合には、正極および負極リードは用いなくてもよい。
[Positive electrode and negative electrode lead]
The positive electrode and the negative electrode lead are also used as necessary. For example, when directly taking out the positive electrode tab and the negative electrode tab to be output electrode terminals from each current collector or the outermost current collector, the positive electrode and the negative electrode lead may not be used.

正極および負極リードの材料は、公知のリチウムイオン電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。   As a material for the positive electrode and the negative electrode lead, a lead used in a known lithium ion battery can be used. In addition, the parts removed from the battery exterior material should be heat-insulating so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a heat shrinkable tube or the like.

[電池外装材]
電池外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができほか、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた発電要素(電池要素)を覆うことができる袋状のケースを用いることができる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。
[Battery exterior materials]
As a battery exterior material, a conventionally known metal can case can be used, and a bag-like case that can cover a power generation element (battery element) using a laminate film containing aluminum can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto.

[リチウムイオン二次電池の外観構成]
図3は、本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な非双極型あるいは双極型のリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[Appearance structure of lithium ion secondary battery]
FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of a stacked flat non-bipolar or bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the lithium ion battery according to the present invention.

図3に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素(電池要素)57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素(電池要素)57は、正極タブ58及び負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素(電池要素)57は、先に説明した図1あるいは図2に示す非双極型あるいは双極型のリチウムイオン二次電池10、30の発電要素(電池要素)17、37に相当するものである。具体的には、正極(正極活物質層)12、32、電解質層13、35および負極(負極活物質層)15、33で構成される単電池層(単セル)16、36が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 3, the stacked flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for taking out electric power from both sides thereof. Has been pulled out. The power generation element (battery element) 57 is wrapped by the battery outer packaging material 52 of the lithium ion secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element (battery element) 57 includes a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59. It is sealed in a state where it is pulled out to the outside. Here, the power generation element (battery element) 57 corresponds to the power generation elements (battery elements) 17 and 37 of the non-bipolar or bipolar lithium ion secondary batteries 10 and 30 shown in FIG. 1 or FIG. To do. Specifically, a plurality of single battery layers (single cells) 16 and 36 composed of positive electrodes (positive electrode active material layers) 12 and 32, electrolyte layers 13 and 35, and negative electrodes (negative electrode active material layers) 15 and 33 are laminated. It is a thing.

なお、本発明のリチウムイオン電池は、図1、2に示すような積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。例えば、巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。   The lithium ion battery of the present invention is not limited to the stacked flat shape as shown in FIGS. For example, the wound type lithium ion battery may have a cylindrical shape, or may have a shape that is a flattened rectangular shape by deforming such a cylindrical shape. There is no particular limitation. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit.

また、図3に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。例えば、正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図3に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   Also, the removal of the tabs 58 and 59 shown in FIG. 3 is not particularly limited. For example, the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be drawn out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side. It is not limited to what is shown. Further, in a wound type lithium ion battery, instead of a tab, for example, a terminal may be formed using a cylindrical can (metal can).

本発明のリチウムイオン電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。   The lithium ion battery of the present invention is used as a power source for driving a vehicle or an auxiliary power source that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle, etc. It can be suitably used.

[組電池]
本発明の組電池は、本発明のリチウムイオン二次電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。なお、本発明の組電池では、本発明の非双極型リチウムイオン二次電池と双極型リチウムイオン二次電池を用いて、これらを直列に、並列に、または直列と並列とに、複数個組み合わせて、組電池を構成することもできる。
[Battery]
The assembled battery of the present invention is formed by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries of the present invention. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series. In the assembled battery of the present invention, the non-bipolar lithium ion secondary battery and the bipolar lithium ion secondary battery of the present invention are used, and these are combined in series, in parallel, or in series and in parallel. Thus, an assembled battery can also be configured.

また、図4は、本発明に係る組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図4Aは組電池の平面図であり、図4Bは組電池の正面図であり、図4Cは組電池の側面図である。   4 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery according to the present invention, FIG. 4A is a plan view of the assembled battery, FIG. 4B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view of an assembled battery.

図4に示すように本発明に係る組電池300は、本発明のリチウムイオン二次電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成し、この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列に又は並列に接続して形成することもできる。これにより、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池300を形成することができる。図4Aは、組電池の平面図、図4Aは正面図、図4Cは側面図を示しているが、作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の非双極型ないし双極型のリチウムイオン二次電池を接続して組電池250を作成するか、また、何段の組電池250を積層して組電池300を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   As shown in FIG. 4, an assembled battery 300 according to the present invention forms a small assembled battery 250 in which a plurality of lithium ion secondary batteries of the present invention are connected in series or in parallel to be detachable. It is also possible to form a plurality of possible small battery packs 250 connected in series or in parallel. As a result, it is possible to form the assembled battery 300 having a large capacity and a large output suitable for a vehicle driving power source and an auxiliary power source that require a high volume energy density and a high volume output density. 4A is a plan view of the assembled battery, FIG. 4A is a front view, and FIG. 4C is a side view. The small assembled battery 250 that can be attached / detached has an electrical connection means such as a bus bar. The assembled battery 250 is stacked in a plurality of stages using the connection jig 310. How many non-bipolar or bipolar lithium ion secondary batteries are connected to create the assembled battery 250 and how many assembled batteries 250 are stacked to produce the assembled battery 300 are mounted. What is necessary is just to determine according to the battery capacity and output of the vehicle (electric vehicle) to be.

[車両]
本発明の車両は、本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。本発明の高容量正極を用いると高エネルギー密度の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。かかる車両としては、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車などの四輪車ほか、バイクなどの二輪車や三輪車を含む)等が挙げられる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
[vehicle]
The vehicle of the present invention is characterized in that the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these is mounted. When the high-capacity positive electrode of the present invention is used, a battery having a high energy density can be configured. Therefore, when such a battery is mounted, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV travel distance or an electric vehicle having a long charge travel distance can be configured. In other words, the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be used as a power source for driving a vehicle. This is because the use of the lithium ion battery of the present invention or a combination battery composed of a plurality of these in a vehicle results in a long-life and highly reliable automobile. Examples of such vehicles include hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and electric vehicles (including automobiles such as passenger cars, trucks, and buses, four-wheeled vehicles such as light vehicles, and motorcycles and three-wheeled vehicles). Etc. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

図5は、本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。   FIG. 5 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery of the present invention.

図5に示したように、組電池300を電気自動車400のような車両に搭載するには、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。本発明の組電池を搭載した車両としては、図4に示すような電気自動車のほか、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに幅広く適用できるものである。   As shown in FIG. 5, in order to mount the assembled battery 300 on a vehicle such as the electric vehicle 400, the battery pack 300 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 400. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 400 using the assembled battery 300 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance. A vehicle equipped with the assembled battery of the present invention can be widely applied to a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle and the like in addition to an electric vehicle as shown in FIG.

[リチウムイオン電池の製造方法]
次に、本発明のリチウムイオン電池の製造方法としては、上記にて説明した本発明の正極材料の酸化処理方法を適当な工程にて行うこと以外は、特に制限されるものではなく、従来公知の方法を適用して作製することができる。
[Method of manufacturing lithium ion battery]
Next, the method for producing the lithium ion battery of the present invention is not particularly limited, except that the method for oxidizing the positive electrode material of the present invention described above is performed in an appropriate step, and is conventionally known. This method can be applied.

よって、以下では、上記にて説明した本発明の正極材料の酸化処理方法以外の本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法につき説明する。ただし、本発明の製造方法は、これらに何ら制限されるものでない。   Therefore, below, it demonstrates about the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this invention other than the oxidation processing method of the positive electrode material of this invention demonstrated above. However, the production method of the present invention is not limited to these.

電解質が電解液の電池の作製は、前記のようにして作製した正極と負極から、少し負極を大きくして切り出し、それぞれを90℃の真空乾燥機にて1日乾燥して用いた。正極と負極の間に、厚さ25μmのポリプロピレンの多孔質膜を介して最外側が負極になるようにして正極と負極を交互に積層して、各正極と負極を束ねてリードを溶接して、この積層体を形成する。この積層体に正負極のリードを取り出した構造にて、アルミニウムのラミネートフィルムバックに収めて、注液機により電解液を注液して、減圧下シールをして電池とする。   For the production of a battery having an electrolyte as an electrolyte, the negative electrode was slightly enlarged from the positive electrode and the negative electrode prepared as described above, and each was dried for one day in a 90 ° C. vacuum dryer. Between the positive electrode and the negative electrode, the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated through a 25 μm thick porous polypropylene film so that the outermost side becomes the negative electrode. This laminate is formed. In this laminate, positive and negative leads are taken out and placed in an aluminum laminate film back, and an electrolytic solution is injected with a liquid injector, and sealed under reduced pressure to obtain a battery.

電解質が電解液の電池の他、電解質がゲルの電池、全固体ポリマーの電池、及びここで挙げた電解質を用いた双極電池の作製は、公知になった我々の技術により実施できるのでここでは省略する。   In addition to electrolyte batteries, electrolyte batteries, gel batteries, all-solid polymer batteries, and bipolar batteries using the electrolytes listed here can be produced by our well-known technology, so they are omitted here. To do.

次に、本発明の構成要件(技術範囲)を満足するか否かを、製造履歴によらずに判定する基準(言い換えれば、本発明の権利の侵害発見方法ともいえる)について説明する。   Next, a description will be given of a criterion for determining whether or not the configuration requirement (technical scope) of the present invention is satisfied without depending on the manufacturing history (in other words, the method for detecting infringement of rights of the present invention).

(1)本発明の基本構成は、次の2つの発明(即ち、リチウムイオン電池用正極材料の発明(第1の発明)と、このリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法(製法)の発明(第2の発明))である。   (1) The basic configuration of the present invention is the following two inventions (namely, the invention of the positive electrode material for lithium ion batteries (first invention) and the invention of the oxidation treatment method (production method) of the positive electrode material for lithium ion batteries) (Second invention)).

第1の発明:一般式:xLiMO・(1−x)LiNOにおいて、使用前に酸化処理(以下、酸化前処理ともいう)を施したことを特徴とするリチウムイオン電池用正極材料である。ここで、式中のxは0より大きく1より小さく、Mは、平均酸化状態が3+の1つ以上の遷移金属で、Nは平均酸化状態が4+である1つ以上の遷移金属である。 First invention: General formula: XLiMO in 2 · (1-x) Li 2 NO 3, oxidizing treatment before use (hereinafter, also referred to as pre-oxidation treatment) cathode material for lithium ion batteries, characterized in that subjected to It is. Here, x in the formula is larger than 0 and smaller than 1, M is one or more transition metals having an average oxidation state of 3+, and N is one or more transition metals having an average oxidation state of 4+.

第2の発明:第1の発明のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法であって、使用前に酸化処理が、所定電位範囲での充電あるいは、充放電であることを特徴としたリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法である。   Second invention: A method for oxidizing a positive electrode material for a lithium ion battery according to the first invention, wherein the oxidation treatment before use is charging or charging / discharging in a predetermined potential range. This is a method for oxidizing a positive electrode material for a battery.

(2)本発明の構成要件(技術範囲)を満足するか否かの判定基準(侵害発見方法)(後述する実施例9と比較例6を対比参照のこと)
(i)本発明の構成要件(技術範囲)を満足する(権利を侵害している)と考えられる電池を準備(入手)して、放電状態にして電池を解体して正極を取り出し、リチウムを対極とした電池を構成する。なお、機器に搭載される電池は、電池構成後単電池の段階で数回の初期充放電、モジュール電池(図4の小型の組電池250)、組電池に構成されてから、更に機器に搭載されてからの初期充放電検査をへて市場へ出回ることもある。従って、準備(入手)できる電池は、電池構成後5〜50回程度充放電試験を経たものと考えられる。
(2) Judgment criteria (infringement detection method) as to whether or not the configuration requirement (technical scope) of the present invention is satisfied (see comparison of Example 9 and Comparative Example 6 described later)
(I) Prepare (obtain) a battery that is considered to satisfy the constituent requirements (technical scope) of the present invention (infringes the right), disassemble the battery in a discharged state, take out the positive electrode, Construct a battery as a counter electrode. In addition, the battery mounted on the device is configured as an initial charge / discharge several times at the single cell stage after the battery configuration, a module battery (small assembled battery 250 in FIG. 4), and an assembled battery, and further mounted on the device. After the initial charge / discharge inspection, it may be put on the market. Therefore, a battery that can be prepared (obtained) is considered to have undergone a charge / discharge test about 5 to 50 times after the battery configuration.

(ii)そこで、解体した電池から取り出した正極を用いて構成した電池について、室温で、電圧範囲2.0V〜4.8Vにて定電流充放電試験を行う。     (Ii) Therefore, a battery constituted by using the positive electrode taken out from the disassembled battery is subjected to a constant current charge / discharge test at room temperature in a voltage range of 2.0 V to 4.8 V.

(iii)得られたデータから電気量(Q)の電位微分(dQ/dE)を計算して電位(E)に対してプロットする。     (Iii) A potential differentiation (dQ / dE) of the electric quantity (Q) is calculated from the obtained data and plotted against the potential (E).

本発明に従って酸化前処理(=使用前に酸化処理)を施した場合と、施さない場合について比較したのが、図13(50サイクル後)である。図13では、本発明の酸化前処理である充放電前処理(=使用前に充放電処理)を施した場合のデータをプロットして表したdQ/dE曲線を“前処理あり”としている。一方、本発明の酸化前処理を施さない場合のデータをプロットして表したdQ/dE曲線を“前処理無し”としている。   FIG. 13 (after 50 cycles) shows a comparison between the case where the oxidation pretreatment (= oxidation treatment before use) is performed and the case where it is not performed according to the present invention. In FIG. 13, a dQ / dE curve in which data is plotted when the charge / discharge pretreatment (= charge / discharge treatment before use), which is the oxidation pretreatment of the present invention, is plotted is “with pretreatment”. On the other hand, the dQ / dE curve obtained by plotting the data when the oxidation pretreatment of the present invention is not applied is “no pretreatment”.

図13より、3.0V〜3.3V領域での波形の比較をすると、本発明の酸化前処理を施した正極材料は、3.2Vに特徴的なピークを示す。他方、本発明の酸化前処理を施していないものはこのピークがない。   From the comparison of waveforms in the 3.0V to 3.3V region from FIG. 13, the positive electrode material subjected to the pre-oxidation treatment of the present invention shows a characteristic peak at 3.2V. On the other hand, those not subjected to the oxidation pretreatment of the present invention do not have this peak.

このピークの有無により本発明の構成要件(技術範囲)を満足しているか否かを判定できる(言い換えれば、本発明の権利の侵害を発見できる)。また、もし電池が50サイクルに至らない充放電サイクルで出荷されていても、いくつかの電池を取り出して、それぞれ10サイクル、20サイクル、30サイクル、40サイクルの充放電を行なって、同様な電池解体検査を行なえば、同様の判定基準(3.2Vの特徴的なピークの有無)にて本発明の構成要件(技術範囲)を満足しているか否かを判定できる(言い換えれば、本発明の権利の侵害を発見できる)。   The presence or absence of this peak makes it possible to determine whether or not the constituent requirements (technical scope) of the present invention are satisfied (in other words, an infringement of the rights of the present invention can be found). Also, even if the batteries are shipped in a charge / discharge cycle that does not reach 50 cycles, several batteries are taken out and charged / discharged for 10 cycles, 20 cycles, 30 cycles, and 40 cycles, respectively. If a disassembly inspection is performed, it can be determined whether or not the constituent requirements (technical scope) of the present invention are satisfied with the same determination criteria (the presence or absence of a characteristic peak of 3.2 V) (in other words, the present invention Can find infringements).

(3)本発明の酸化前処理の物理的意味について
本発明の酸化前処理により、正極材料(xLiMO・(1−x)LiNO)の高電位領域での充放電サイクル特性が顕著に改善されるが、このメカニズムについては次のように考えている。この材料はLiCoOのような層状構造であるが、遷移金属層にもLiを含む。高容量を発現させるため高電位領域まで充電すると、Li層のLiのみならずこの遷移金属層のLiと結晶骨格の酸素が放出され、結晶内部で大きなイオンの移動(再配列)が起こると考えられる。本発明の酸化前処理をしないと、この急激に起こるイオンの再配列の際に、劣化が進行してしまうと考えられる。劣化のメカニズムとしては、従来の層状LiMnOでそうであったように、結晶内の小さな領域で充放電で層状構造からスピネル構造へ変化してしまうことにより劣化してしまうと考えられる。
(3) Physical meaning of the oxidation pretreatment of the present invention By the oxidation pretreatment of the present invention, the charge / discharge cycle characteristics in the high potential region of the positive electrode material (xLiMO 2 · (1-x) Li 2 NO 3 ) are remarkable. However, this mechanism is considered as follows. This material has a layered structure such as LiCoO 2 , but the transition metal layer also contains Li + . When charged to the high potential region for expressing a high capacity, Li + not a layer of Li + only of the transition metal layer Li + and oxygen in the crystalline framework is released, the movement of large ions inside the crystal (rearrangements) are It is thought to happen. If the pre-oxidation treatment of the present invention is not performed, it is considered that the deterioration proceeds during the rapid rearrangement of ions. The deterioration mechanism is considered to be deteriorated by changing from a layered structure to a spinel structure by charge / discharge in a small region in the crystal, as was the case with conventional layered LiMnO 2 .

高電位にて溶媒の酸化分解によって発生する可能性のあるHによるLiのイオン交換は、この急激なイオンの再配列のさいに結晶表面が開いたり、欠陥ができて起こりやすくなり、さらにこれが劣化を加速しうる。 Li + ion exchange with H + , which can occur by oxidative decomposition of the solvent at high potential, is more likely to occur due to the crystal surface opening or defects during this rapid ion rearrangement. This can accelerate the degradation.

これに対して、本発明の酸化前処理により、上記の結晶内部でのイオンの再配列が徐々に進行するため、初期の層構造を大きく乱すことなく、安定な層状構造へ到達するためサイクル耐久性が改善されると考えられる。安定な層状構造の候補としては、相対的により欠陥の少ない結晶構造や、ごくわずかのNi2+が結晶内のリチウム層に入ってピラーとして機能しているものや、ごくわずかのナノ結晶がこのピラーの役目をしているものなどが考えられる。 On the other hand, since the rearrangement of ions inside the crystal gradually proceeds by the oxidation pretreatment of the present invention, the cycle endurance is achieved to reach a stable layered structure without greatly disturbing the initial layered structure. It is thought that sex is improved. Candidates for a stable layered structure include a crystal structure with relatively fewer defects, a very small amount of Ni 2+ entering the lithium layer in the crystal as a pillar, and a very small number of nanocrystals. The thing which has the role of can be considered.

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples.

1.固溶体正極材料の合成
試料の合成は、複合炭酸塩法を用い以下のように行った。硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンを所定量秤量し、これらの混合溶液を調製して、これにアンモニア水をpH7になるまで滴下して、さらにNaCO溶液を滴下してNi−Co−Mnの複合炭酸塩を沈殿させた。NaCO溶液を滴下している間、アンモニア水でpH7を保持した。その後、吸引ろ過し、水洗して、120℃にて5時間乾燥した。これを500℃にて5時間仮焼成した。これに小過剰のLiOH・HOを加えて、自動乳鉢で30分間混合した。このあと900℃にて12時間本焼成してから、液体窒素を用い急速冷却した。
1. Synthesis of Solid Solution Cathode Material A sample was synthesized as follows using a composite carbonate method. Nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate are weighed in predetermined amounts to prepare a mixed solution thereof. Ammonia water is added dropwise until pH 7 is reached, and a Na 2 CO 3 solution is further added dropwise to add Ni—Co—. A complex carbonate of Mn was precipitated. While the Na 2 CO 3 solution was dropped, pH 7 was maintained with aqueous ammonia. Then, it filtered by suction, washed with water, and dried at 120 degreeC for 5 hours. This was calcined at 500 ° C. for 5 hours. A small excess of LiOH.H 2 O was added thereto and mixed for 30 minutes in an automatic mortar. Thereafter, the main calcination was performed at 900 ° C. for 12 hours, followed by rapid cooling using liquid nitrogen.

2.合成試料の分析
(1)XRD:得られた試料(5種類の固溶体正極材料)のXRDパターンを図6に示す。
2. Analysis of Synthetic Sample (1) XRD: XRD patterns of the obtained samples (5 types of solid solution cathode materials) are shown in FIG.

(2)元素分析:得られた試料(5種類の固溶体正極材料)をICPにより元素分析結果を表1に示す。なお、表1の各試料の下段の組成式(上記一般式:xLiMO・(1−x)LiNOの表記)の係数に、換算係数を掛けると表1の各試料の上段の組成式の表記になる。即ち、表1の各試料の上段の組成式の表記は、全てが層状のLiMO(M:平均酸化状態が3+である1つ以上の遷移金属)とみなした場合の表記である。なお、図6〜8、更には以下の説明において、表1の各試料の上段の組成式の表記を用いているものもある。 (2) Elemental analysis: Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained samples (5 types of solid solution positive electrode materials) by ICP. When the coefficient of the lower composition formula of each sample in Table 1 (the above general formula: xLiMO 2 · (1-x) Li 2 NO 3 ) is multiplied by the conversion factor, the upper composition of each sample in Table 1 It becomes the expression notation. That is, the notation of the composition formula in the upper part of each sample in Table 1 is a notation when all are regarded as layered LiMO 2 (M: one or more transition metals having an average oxidation state of 3+). In addition, in FIGS. 6-8, and also in the following description, the description of the composition formula of the upper stage of each sample of Table 1 may be used.

3.電極の評価
(1)電極の作製と充放電評価方法
電極は、活物質(上記試料を用いた):導電性結着剤(TAB−2)=20:12(質量比)にして、混練法を用いて直径16mmのペレットに成形し、同径のステンレスメッシュに圧着して、真空下、20℃で4時間加熱乾燥してサンプル電極とした。ここでは、対極としてリチウム箔を用いて、ガラスろ紙(電解質膜)を用いてセルを組んで、電解液として1M LiPFのEC:DMC=1:2(体積比)の電解液を加えてセルとして充放電特性を評価した。
3. Electrode Evaluation (1) Electrode Preparation and Charge / Discharge Evaluation Method An electrode is an active material (using the above sample): conductive binder (TAB-2) = 20: 12 (mass ratio), kneading method Was formed into a pellet having a diameter of 16 mm, pressure-bonded to a stainless mesh having the same diameter, and heated and dried at 20 ° C. for 4 hours under vacuum to obtain a sample electrode. Here, a cell is assembled by using lithium foil as a counter electrode and glass filter paper (electrolyte membrane), and adding 1M LiPF 6 EC: DMC = 1: 2 (volume ratio) electrolytic solution as the electrolytic cell. The charge / discharge characteristics were evaluated as follows.

(2)電極の充放電試験
各試料を正極活物質材料とした電極を用いたセルの充放電は、電流値として20mA/g(電流密度:0.2mA/cm)を用いた定電流充放電を行った。
(2) Charging / discharging test of electrode Charging / discharging of the cell using the electrode which used each sample as the positive electrode active material was constant current charging using 20 mA / g (current density: 0.2 mA / cm 2 ) as a current value. Discharge was performed.

このうち、実施例1〜5では、酸化処理としての充放電条件として、充放電電位範囲が2Vから4.5V(=最高の電位)での充放電サイクル5回を繰り返した。その後、2Vから4.8Vの範囲で充放電するまでに終止電圧(上限電位)を段階的に上げていく処理を行った。上記処理後の電池使用としての充放電(ここでは、本発明の目的である高容量の電池使用条件)として、充放電範囲を2Vから4.8Vに変更して充放電を行ったときの5回目(5サイクル後)の放電容量を実施例1〜5の結果として表2にまとめた。なお、実施例1〜5での酸化処理(充放電)、その後に終止電圧(上限電位)を段階的に上げていく処理、さらにこれらの処理後の電池使用としての充放電は、室温下で行った。   Among these, in Examples 1 to 5, as the charge / discharge conditions as the oxidation treatment, five charge / discharge cycles in which the charge / discharge potential range was 2 V to 4.5 V (= maximum potential) were repeated. Then, the process which raises end voltage (upper limit electric potential) in steps until it charges / discharges in the range of 2V to 4.8V was performed. Charge / discharge as the use of the battery after the above treatment (in this case, the high-capacity battery use condition which is the object of the present invention) is 5 when the charge / discharge range is changed from 2V to 4.8V. The discharge capacity after the fifth cycle (after 5 cycles) is summarized in Table 2 as the results of Examples 1-5. In addition, the oxidation process (charge / discharge) in Examples 1 to 5, the process of increasing the end voltage (upper limit potential) stepwise, and the charge / discharge as the battery use after these processes are performed at room temperature. went.

また、比較例1〜5では、上記所定の電位範囲での酸化処理としての充放電を行うことなく、最初から電池使用としての充放電として、充放電電位範囲を2Vから4.8Vで充放電を行った。このときの5回目(5サイクル後)の放電容量を比較例1〜5の結果として表2にまとめた。なお、比較例1〜5での最初からの電池使用としての充放電も、実施例1〜5と同じ温度条件下(室温下)で行った。   Moreover, in Comparative Examples 1-5, without performing charging / discharging as oxidation treatment in the predetermined potential range, charging / discharging potential range from 2V to 4.8V as charging / discharging as battery use from the beginning. Went. The discharge capacity at the fifth time (after 5 cycles) at this time is summarized in Table 2 as the results of Comparative Examples 1 to 5. In addition, charging / discharging as the battery use from the beginning in Comparative Examples 1-5 was also performed under the same temperature conditions (under room temperature) as in Examples 1-5.

さらに、参考例1では、酸化処理としての充放電条件として、充放電電位範囲が2Vから3.8V(=最高の電位)での充放電サイクル5回を繰り返した。その後、2Vから4.8Vの範囲で充放電するまでに終止電圧(上限電位)を段階的に上げていく処理を行った。上記処理後の電池使用としての充放電(ここでは、本発明の目的である高容量の電池使用条件)として、充放電範囲を2Vから4.8Vに変更して充放電を行ったときの5回目(5サイクル後)の放電容量を参考例1の結果として表2にまとめた。なお、参考例1での酸化処理(充放電)、その後に終止電圧(上限電位)を段階的に上げていく処理、さらにこれらの処理後の電池使用としての充放電も、実施例1〜5と同じ温度条件下(室温下)で行った。   Furthermore, in Reference Example 1, as the charge / discharge conditions as the oxidation treatment, five charge / discharge cycles in a charge / discharge potential range of 2 V to 3.8 V (= maximum potential) were repeated. Then, the process which raises end voltage (upper limit electric potential) in steps until it charges / discharges in the range of 2V to 4.8V was performed. Charge / discharge as the use of the battery after the above treatment (in this case, the high-capacity battery use condition which is the object of the present invention) is 5 when the charge / discharge range is changed from 2V to 4.8V. The discharge capacity after the fifth cycle (after 5 cycles) is summarized in Table 2 as the result of Reference Example 1. In addition, the oxidation treatment (charge / discharge) in Reference Example 1, the treatment for gradually increasing the end voltage (upper limit potential), and the charge / discharge as the use of the battery after these treatments were also carried out in Examples 1 to 5. Under the same temperature conditions (under room temperature).

上記表2からわかるように、充電上限電位を4.8Vにする前に、充電上限電位を4.5Vとした充放電(酸化処理)を繰り返すことによって、高容量を発現する4.8Vまでの充放電のサイクル特性が大幅に改善されているのがわかる。また、比較例1の電極の充放電条件にて充放電を行ったときの、1回目(1サイクル目、図中、1stと記す)、2回目(2サイクル目、図中、2ndと記す)及び5回目(5サイクル目、図中、5thと記す)の各充放電曲線を図7に示す。実施例1の電極の充放電条件(酸化処理時を含む)にて充放電を行ったときの、初期の酸化処理条件での1回目及び酸化処理後の高容量電池使用条件での5回目の各充放電曲線を図8に示す。初期の酸化処理条件での1回目の充放電曲線を、図中、4.5V第一回目充電および4.5V第一回目放電と記す。同様に酸化処理後の高容量電池使用条件での5回目の充放電曲線を、図中、4.8V第5回目充電および4.8V第5回目放電と記す。   As can be seen from Table 2 above, by repeating charging / discharging (oxidation treatment) with the charging upper limit potential set to 4.5 V before the charging upper limit potential is set to 4.8 V, a high capacity is developed up to 4.8 V. It can be seen that the charge / discharge cycle characteristics are greatly improved. In addition, the first time (first cycle, denoted as 1st in the figure) and the second time (second cycle, denoted as 2nd in the figure) when charging / discharging was performed under the charge / discharge conditions of the electrode of Comparative Example 1 And each charge-discharge curve of the 5th time (5th cycle, it describes as 5th in the figure) is shown in FIG. When charging / discharging was performed under the charge / discharge conditions of the electrode of Example 1 (including the time of oxidation treatment), the first time under the initial oxidation treatment conditions and the fifth time under the high-capacity battery usage conditions after the oxidation treatment Each charge / discharge curve is shown in FIG. The first charge / discharge curves under the initial oxidation treatment conditions are referred to as 4.5V first charge and 4.5V first discharge in the figure. Similarly, the fifth charge / discharge curve under the conditions of use of the high-capacity battery after the oxidation treatment is referred to as 4.8V fifth charge and 4.8V fifth discharge in the figure.

実施例6〜8:50℃での上記(2)の電極の充放電試験例
上記試料No.1のLi[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]Oを正極活物質材料とした電極を用いたセルの充放電は、50℃にて、電流値として20mA/g(電流密度:0.2mA/cm)を用いた定電流充放電を行った。
Examples 6 to 8: Charge / discharge test examples of the electrode of (2) at 50 ° C. Discharge of one Li [Ni 0.17 Li 0.2 Co 0.07 Mn 0.56] cells using the O 2 was positive electrode active material electrode, at 50 ° C., 20 mA as a current value / Constant current charge / discharge using g (current density: 0.2 mA / cm 2 ) was performed.

実施例6
実施例6では、酸化処理としての充放電条件として、充放電電位範囲が2Vから4.5V(=最高の電位)での充放電サイクル2回を繰り返した。その後、終止電圧を段階的に上げていく処理を行うことなく、上記酸化処理後の電池使用としての充放電(本発明の目的である高容量の電池使用条件)として、充放電範囲を2Vから4.6Vに変更して充放電(酸化処理時を含め充放電サイクル45回)を行った。実施例6での酸化処理(充放電)、酸化処理後の電池使用としての充放電は、50℃にて行った。
Example 6
In Example 6, as the charge / discharge conditions as the oxidation treatment, two charge / discharge cycles with a charge / discharge potential range of 2 V to 4.5 V (= maximum potential) were repeated. Thereafter, without performing a process of gradually increasing the end voltage, the charge / discharge range from 2V is used as the charge / discharge as the use of the battery after the oxidation treatment (high capacity battery use condition which is the object of the present invention). The voltage was changed to 4.6 V, and charging / discharging (45 charging / discharging cycles including the oxidation treatment) was performed. The oxidation treatment (charge / discharge) in Example 6 and charge / discharge as the use of the battery after the oxidation treatment were performed at 50 ° C.

図9は、実施例6の電極の50℃での定電流充放電曲線であり、最高電位4.5Vで2回充放電酸化処理したあと、充放電電位範囲2.0V〜4.6V(リチウム対極に対して)で充放電を行った場合の充放電曲線である。詳しくは実施例6の電極の上記充放電条件(酸化処理時を含む)にて充放電を行ったときの、酸化処理条件での1回目並びに高容量電池使用条件での1回目(酸化処理時を含め3回目)及び18回目(酸化処理時を含め20回目)の各充放電曲線を示したものである。即ち、実施例6の電極の充放電容量(mAh/g)と正極の電位(V vs.Li/Li)との関係を表す各充放電曲線を示したものである。図10は、実施例6の電極の50℃での充放電サイクル特性を表す図面である。詳しくは実施例6の電極の上記充放電条件(酸化処理時を含む)にて充放電を行ったときの、充放電サイクル2回ごとの充電容量及び放電容量をプロットしてなるものである。即ち、実施例6の電極の充放電サイクル数と容量(mAh/g)との関係を表すものである。図10では(○)印が充電容量で、(■)が放電容量を示す。 FIG. 9 is a constant current charge / discharge curve of the electrode of Example 6 at 50 ° C., and after charge / discharge oxidation treatment at a maximum potential of 4.5V twice, a charge / discharge potential range of 2.0V to 4.6V (lithium). It is a charging / discharging curve at the time of charging / discharging with respect to a counter electrode. Specifically, when charging / discharging was performed under the above-described charging / discharging conditions of the electrode of Example 6 (including during oxidation treatment), the first time under oxidation treatment conditions and the first time under high-capacity battery usage conditions (during oxidation treatment) 3) and 18th (20th time including oxidation treatment) charge / discharge curves are shown. That is, each charge / discharge curve showing the relationship between the charge / discharge capacity (mAh / g) of the electrode of Example 6 and the potential (V vs. Li / Li + ) of the positive electrode is shown. FIG. 10 is a diagram showing charge / discharge cycle characteristics of the electrode of Example 6 at 50 ° C. FIG. Specifically, the charge capacity and discharge capacity for every two charge / discharge cycles when the charge / discharge is performed under the above-described charge / discharge conditions (including the oxidation treatment) of the electrode of Example 6 are plotted. That is, it represents the relationship between the number of charge / discharge cycles of the electrode of Example 6 and the capacity (mAh / g). In FIG. 10, (◯) indicates the charge capacity, and (■) indicates the discharge capacity.

図9の50℃での20回目放電曲線と、図8の室温での4.8V5回目放電曲線とを対比すると、50℃での充放電処理とその温度での使用により、室温より大きな放電容量を発現でき、なおかつ短時間の充放電処理によりサイクル耐久性が向上することがわかる。(50℃での充放電処理とその温度での使用の方が、短時間の充放電処理によりサイクル耐久性が向上する点は、実施例6(50℃)と実施例1(室温)の電池使用までの充放電処理に要した充放電サイクル数と、図8、9の電池使用後の放電容量を対比参照のこと)。また、図10より、300mAh/gに近い放電容量を比較的安定に発現できることがわかる。   When the 20th discharge curve at 50 ° C. in FIG. 9 is compared with the 4.8V 5th discharge curve at room temperature in FIG. 8, the discharge capacity larger than room temperature is obtained by the charge / discharge treatment at 50 ° C. and the use at that temperature. It can be seen that cycle durability is improved by short-time charge / discharge treatment. (The battery of Example 6 (50 ° C.) and Example 1 (room temperature) is that the cycle durability is improved by the charge / discharge treatment at a temperature of 50 ° C. and the use at that temperature for a short time. (Refer to the comparison between the number of charge / discharge cycles required for the charge / discharge treatment until use and the discharge capacity after use of the batteries of FIGS. 8 and 9). Further, FIG. 10 shows that a discharge capacity close to 300 mAh / g can be expressed relatively stably.

実施例7
実施例7では、酸化処理としての充放電条件として、まず、充放電電位範囲が2Vから4.45V(最高電位)での充放電サイクル1回を行い、次に最高電位を4.5Vに上げて充放電電位範囲が2Vから4.5V(最高電位)での充放電サイクル2回を行った。これらの酸化処理後の電池使用としての充放電(本発明の目的である高容量の電池使用条件)として、充放電範囲を2Vから4.6Vに変更して充放電(酸化処理時を含め充放電サイクル25回)を行った。実施例7での酸化処理(充放電処理)、酸化処理後の電池使用としての充放電は、50℃にて行った。
Example 7
In Example 7, as the charge / discharge conditions as the oxidation treatment, first, a charge / discharge cycle in which the charge / discharge potential range is 2 V to 4.45 V (maximum potential) is performed, and then the maximum potential is increased to 4.5 V. Then, two charge / discharge cycles were performed at a charge / discharge potential range of 2 V to 4.5 V (maximum potential). As charging / discharging (use of high-capacity battery, which is the object of the present invention) as a battery use after oxidation treatment, the charge / discharge range is changed from 2V to 4.6V (charging / discharging including during oxidation treatment). Discharge cycle 25 times). The oxidation treatment (charge / discharge treatment) in Example 7 and charge / discharge as the use of the battery after the oxidation treatment were performed at 50 ° C.

図11は、実施例7の電極による、図10と同様な50℃での充放電サイクル特性を示す図である。図11では、初期充放電における酸化処理の最高電位をまず4.45Vにして1回の充放電を行い、次に最高電位を4.5Vにして2回充放電処理したあと、充放電電位範囲を2.0V〜4.6Vにして、電池使用としての充放電を行った際の充放電サイクル特性を示すものである。詳しくは実施例7の電極の上記充放電条件(酸化処理時を含む)にて充放電を行ったときの、充放電サイクル2回ごとの充電容量及び放電容量をプロットしてなる、実施例7の電極の充放電サイクル数と容量(mAh/g)との関係を表すものである。図11でも、(○)印が充電容量で、(■)が放電容量を示す。   FIG. 11 is a diagram showing the charge / discharge cycle characteristics at 50 ° C. similar to FIG. In FIG. 11, the maximum potential of the oxidation treatment in the initial charge / discharge is first set to 4.45V, and then the charge / discharge is performed once, and then the maximum potential is set to 4.5V, followed by the charge / discharge treatment twice. The charging / discharging cycle characteristic when charging / discharging as battery use is performed with 2.0 to 4.6V. Specifically, Example 7 is formed by plotting the charge capacity and discharge capacity every two charge / discharge cycles when charge / discharge is performed under the above-described charge / discharge conditions (including during oxidation treatment) of the electrode of Example 7. This represents the relationship between the number of charge / discharge cycles of the electrode and the capacity (mAh / g). Also in FIG. 11, (◯) indicates the charge capacity, and (■) indicates the discharge capacity.

実施例7の電極の充放電試験の結果、図11に示したように実施例6と同様に300mAh/gに近い放電容量を比較的安定に発現できることがわかる。   As a result of the charge / discharge test of the electrode of Example 7, it can be seen that a discharge capacity close to 300 mAh / g can be expressed relatively stably as in Example 6 as shown in FIG.

実施例8
実施例8では、酸化処理としての充放電条件として、まず。充放電電位範囲が2Vから4.45V(最高電位)での充放電サイクル2回を行った。次に、終止電圧(最高電位)を段階的に上げていく酸化処理として、充放電電位範囲が2Vから4.5Vでの充放電サイクル2回、充放電電位範囲が2Vから4.6Vでの充放電サイクル2回、充放電電位範囲が2Vから4.7Vでの充放電サイクル2回を行った。これらの酸化処理後の電池使用としての充放電(本発明の目的である高容量の電池使用条件)として、充放電範囲を2Vから4.8Vに変更して充放電(酸化処理時を含め充放電サイクル20回)を行った。実施例8での酸化処理(充放電処理)、酸化処理後の電池使用としての充放電は、50℃にて行った。
Example 8
In Example 8, as the charge / discharge conditions as the oxidation treatment, first. Two charge / discharge cycles were performed at a charge / discharge potential range of 2 V to 4.45 V (maximum potential). Next, as an oxidation treatment for gradually increasing the end voltage (maximum potential), the charge / discharge potential range is 2V to 4.5V, and the charge / discharge potential range is 2V to 4.6V. The charge / discharge cycle was performed twice, and the charge / discharge cycle was performed twice at a charge / discharge potential range of 2V to 4.7V. As charging / discharging (use of high-capacity battery, which is the object of the present invention) as a battery use after the oxidation treatment, the charge / discharge range is changed from 2V to 4.8V (charging / discharging including the time of oxidation treatment). 20 discharge cycles). In Example 8, the oxidation treatment (charge / discharge treatment) and charge / discharge as the use of the battery after the oxidation treatment were performed at 50 ° C.

図12は、実施例8の電極による、図10と同様な50℃での充放電サイクル特性を示す図である。図12では、図10とは異なり初期の充放電による酸化処理のパターンを変え、充放電を繰り返す所定の電位範囲の最高電位をより高くしてある。つまり酸化処理における所定の電位範囲の最高の電位を順次高くしていく様式を採用している。具体的には、初期充放電における最高電位を4.45Vにして2回の充放電を行い、次に最高電位を4.5Vにして2回充放電処理したあとさらに最高電位を4.6Vにして2回の充放電を行い、更に最高電位を4.7Vにして2回の充放電を行うこと(最高電位を段階的に上げていくこと)により、その後、充放電電位範囲2.0V〜4.8V(リチウム対極に対して)での電池使用としての充放電を行った際の充放電サイクル特性を示すものである。詳しくは実施例8の電極の上記充放電条件(酸化処理時を含む)にて充放電を行ったときの、充放電サイクル2回ごとの充電容量及び放電容量をプロットしてなる、実施例8の電極の充放電サイクル数と容量(mAh/g)との関係を表すものである。図12でも、(○)印が充電容量で、(■)が放電容量を示す。   12 is a graph showing the charge / discharge cycle characteristics at 50 ° C. similar to those of FIG. In FIG. 12, unlike FIG. 10, the pattern of oxidation treatment by the initial charge / discharge is changed, and the maximum potential in a predetermined potential range in which charge / discharge is repeated is made higher. That is, a mode is adopted in which the highest potential in a predetermined potential range in the oxidation treatment is sequentially increased. Specifically, the charge / discharge is performed twice with the maximum potential in the initial charge / discharge set to 4.45V, then the charge / discharge treatment is performed twice with the maximum potential set to 4.5V, and then the maximum potential set to 4.6V. Charge and discharge twice, and further charge and discharge twice with the maximum potential set to 4.7 V (increase the maximum potential stepwise). It shows the charge / discharge cycle characteristics when the battery is charged / discharged at 4.8 V (relative to the lithium counter electrode). Specifically, Example 8 is formed by plotting the charge capacity and discharge capacity every two charge / discharge cycles when charge / discharge is performed under the above-described charge / discharge conditions (including during oxidation treatment) of the electrode of Example 8. This represents the relationship between the number of charge / discharge cycles of the electrode and the capacity (mAh / g). Also in FIG. 12, (◯) indicates the charge capacity and (■) indicates the discharge capacity.

実施例8の電極の充放電試験の結果、300mAh/gを超える放電容量を比較的安定に発現できるようになることがわかる。   As a result of the charge / discharge test of the electrode of Example 8, it can be seen that a discharge capacity exceeding 300 mAh / g can be expressed relatively stably.

実施例9及び比較例6
実施例9及び比較例6共に、上記試料No.1のLi[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]Oを正極活物質材料とした電極を正極とし、負極にリチウム金属を用いてセルを構成して、定電流充放電試験を行なった。なお、実施例9での酸化前処理(充放電前処理)、その後に終止電圧(上限電圧)を段階的に上げていく処理、さらにこれらの処理後の電池使用としての充放電は、室温下で行った。比較例6でも、酸化前処理(充放電前処理)及びその後に終止電圧(上限電圧)を段階的に上げていく処理を行うことなく、電池使用としての充放電は、室温下で行った。セルの作製は次のように行なった。
Example 9 and Comparative Example 6
In both Example 9 and Comparative Example 6, the above sample No. An electrode using 1 Li [Ni 0.17 Li 0.2 Co 0.07 Mn 0.56 ] O 2 as a positive electrode active material is used as a positive electrode, and a cell is formed using lithium metal as a negative electrode. A charge / discharge test was conducted. In addition, the oxidation pre-treatment (pre-charge / discharge pre-treatment) in Example 9, the treatment for gradually increasing the end voltage (upper limit voltage), and the charge / discharge as the use of the battery after these treatments were performed at room temperature. I went there. Also in Comparative Example 6, charging / discharging as a battery was performed at room temperature without performing oxidation pretreatment (pre-charge / discharge pretreatment) and subsequent treatment for gradually increasing the final voltage (upper limit voltage). The cell was manufactured as follows.

活物質(上記試料No.1)20mg、導電性結着剤としてTAB−2 12mgを用い、ペレットを作製した後ステンレスメッシュの集電体に圧着して正極とした。電気化学試験は2032型コインセルを使用した。この際負極には金属リチウム、電解液には1M LiPFを含むEC/DMC(EC:DMC=1:2(体積比))混合有機溶媒を使用して作製した。セルの作製はアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で行った。 20 mg of the active material (sample No. 1 above) and 12 mg of TAB-2 as the conductive binder were used, and pellets were prepared, and then pressed onto a stainless mesh current collector to form a positive electrode. The electrochemical test used a 2032 type coin cell. At this time, the negative electrode was prepared using an organic solvent of EC / DMC (EC: DMC = 1: 2 (volume ratio)) containing lithium metal as the negative electrode and 1M LiPF 6 as the electrolyte. The cell was produced in a glove box under an argon atmosphere.

定電流充放電試験は、室温、電圧範囲2.0V〜4.8V、電流密度0.2mA/cmで行った。実施例9では、本発明の酸化前処理である充放電前処理として、上限電圧を4.5Vから2サイクル毎に0.1Vずつ増加させて行き、上限電圧4.8Vまで行った。この際の電流密度は0.2mA/cmであった。処理セルの50サイクルの充放電試験は処理工程(充放電前処理)の充放電サイクルはカウントしないものとした。得られた充放電データからパソコンソフトOrigin 6.0 professionalを用いて容量の電位微分を算出し、充放電前処理を実施したセル(実施例9)のデータと実施していないセル(比較例6)の結果を合わせて図13に示した。 The constant current charge / discharge test was performed at room temperature, a voltage range of 2.0 V to 4.8 V, and a current density of 0.2 mA / cm 2 . In Example 9, as the charge / discharge pretreatment which is the oxidation pretreatment of the present invention, the upper limit voltage was increased from 4.5V by 0.1V every two cycles until the upper limit voltage was 4.8V. The current density at this time was 0.2 mA / cm 2 . The charge / discharge test for 50 cycles of the treatment cell did not count the charge / discharge cycles of the treatment step (pre-charge / discharge treatment). From the obtained charge / discharge data, the potential differentiation of the capacity was calculated using personal computer software Origin 6.0 professional, and the data of the cell (Example 9) subjected to the charge / discharge pretreatment and the cell not subjected to the comparison (Comparative Example 6). The results are shown in FIG.

図13に示す50サイクル後のdQ/dE曲線からは、比較例6の未処理の電極(前処理無し)では約3.1Vのピークが明瞭に現れ、実施例9の充放電前処理を実施した電極(前処理あり)では3.2Vのピークが強く現れる傾向を示した。この結果は未処理及び処理電極間での構造変化が異なることを示唆している(明細書中の「本発明の酸化前処理の物理的意味について」の項を参照のこと)。   From the dQ / dE curve after 50 cycles shown in FIG. 13, a peak of about 3.1 V appears clearly in the untreated electrode of Comparative Example 6 (no pretreatment), and the charge / discharge pretreatment of Example 9 was performed. The electrode (with pretreatment) showed a tendency for a peak of 3.2 V to appear strongly. This result suggests that the structural changes between the untreated and treated electrodes are different (see the section “About the physical meaning of oxidation pretreatment of the present invention” in the specification).

また、上記実施例1〜8、比較例1〜6及び参考例1の結果を通じて、以下のことがわかる。   Moreover, the following is understood through the results of Examples 1 to 8, Comparative Examples 1 to 6, and Reference Example 1.

4.7V、4.8Vvs.Liという高電位の容量分まで使用(高容量使用)する場合、充放電電位の最高電位を段階的に上げていくと、短時間でも電極の耐久性が改善されることがわかった。即ち、本発明の酸化(充放電)処理にて所定の電位範囲の最高電位を、Li金属対極に対して4.4V以上4.6V未満となる条件下で充放電を1〜30サイクル行った後更に、充放電の所定の電位範囲の最高電位を段階的に上げていくと上記効果を発現できる。   4.7V, 4.8Vvs. It has been found that when the maximum potential of Li is used (high capacity use), the durability of the electrode is improved even in a short time if the maximum potential of the charge / discharge potential is increased stepwise. That is, 1 to 30 cycles of charging / discharging were performed under the condition that the maximum potential in the predetermined potential range was 4.4 V or more and less than 4.6 V with respect to the Li metal counter electrode in the oxidation (charging / discharging) treatment of the present invention. Further, when the maximum potential in the predetermined potential range for charging / discharging is increased stepwise, the above effect can be exhibited.

また、充放電する電極材料の温度を室温より上げて、35〜80℃(実施例では50℃)とすることにより、室温下で充放電するよりも大きな放電容量を発現でき、なおかつ短時間の充放電処理によりサイクル耐久性が向上することがわかった。   In addition, by raising the temperature of the electrode material to be charged / discharged from room temperature to 35 to 80 ° C. (50 ° C. in the examples), a larger discharge capacity can be achieved than charging and discharging at room temperature, and in a short time It was found that the cycle durability was improved by the charge / discharge treatment.

本発明のリチウムイオン電池の代表的な一実施形態である積層型の扁平な非双極型リチウムイオン二次電池の概要を模式的に表した断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an outline of a laminated flat non-bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a lithium ion battery of the present invention. 本発明のリチウムイオン電池の代表的な他の一実施形態である積層型の扁平な双極型リチウムイオン二次電池の概要を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the outline | summary of the laminated flat bipolar lithium ion secondary battery which is another typical embodiment of the lithium ion battery of this invention. 本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平なリチウムイオン二次電池の外観を模式的に表した斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance of a stacked flat lithium ion secondary battery that is a typical embodiment of a lithium ion battery according to the present invention. 本発明に係る組電池の代表的な実施形態を模式的に表した外観図であって、図4Aは組電池の平面図であり、図4Bは組電池の正面図であり、図4Cは組電池の側面図である。4A and 4B are external views schematically showing typical embodiments of the assembled battery according to the present invention, in which FIG. 4A is a plan view of the assembled battery, FIG. 4B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view of a battery. 本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。It is a conceptual diagram of the vehicle carrying the assembled battery of this invention. 得られた試料(5種類の固溶体正極材料)のXRDパターンを示した図面である。It is drawing which showed the XRD pattern of the obtained sample (5 types of solid solution positive electrode materials). 比較例1の電極の充放電条件にて充放電を行ったときの、1回目、2回目及び5回目の各充放電曲線を示した図面である。It is drawing which showed each charging / discharging curve of the 1st time, the 2nd time, and the 5th time when charging / discharging was performed on the charging / discharging conditions of the electrode of the comparative example 1. FIG. 実施例1の電極の充放電条件(酸化処理時を含む)にて充放電を行ったときの、初期の酸化処理条件での1回目及び酸化処理後の高容量電池使用条件での5回目の各充放電曲線を示した図面である。When charging / discharging was performed under the charge / discharge conditions of the electrode of Example 1 (including the time of oxidation treatment), the first time under the initial oxidation treatment conditions and the fifth time under the high-capacity battery usage conditions after the oxidation treatment It is drawing which showed each charging / discharging curve. 実施例6の電極の50℃での定電流充放電曲線であり、最高電位4.5Vで2回充放電酸化処理したあと、充放電電位範囲2.0V〜4.6V(リチウム対極に対して)で充放電を行った場合の充放電曲線を示した図面である。It is a constant current charging / discharging curve at 50 degreeC of the electrode of Example 6, and after carrying out charging / discharging oxidation treatment twice at the maximum potential 4.5V, charging / discharging potential range 2.0V-4.6V (with respect to a lithium counter electrode) It is drawing which showed the charging / discharging curve at the time of charging / discharging. 実施例6の電極の50℃での充放電サイクル特性を示した図面である。詳しくは実施例6の電極の上記充放電条件(酸化処理時を含む)にて充放電を行ったときの、充放電サイクル2回ごとの充電容量及び放電容量をプロットした充放電サイクル特性を示した図面である。It is drawing which showed the charging / discharging cycling characteristics in 50 degreeC of the electrode of Example 6. FIG. Specifically, the charge / discharge cycle characteristics plotting the charge capacity and discharge capacity every two charge / discharge cycles when the charge / discharge is performed under the above-mentioned charge / discharge conditions (including the oxidation treatment) of the electrode of Example 6 are shown. It is a drawing. 実施例7の電極による、図10と同様な50℃での充放電サイクル特性を示した図面である。It is drawing which showed the charging / discharging cycling characteristics at 50 degreeC similar to FIG. 10 by the electrode of Example 7. FIG. 実施例8の電極による、図10と同様な50℃での充放電サイクル特性を示した図面である。It is drawing which showed the charging / discharging cycling characteristics in 50 degreeC similar to FIG. 10 by the electrode of Example 8. FIG. 実施例9及び比較例6の電極による定電流充放電試験(50サイクル)により、得られた充放電データからパソコンソフト(Origin 6.0 professional)を用いて容量の電位微分を算出し、充放電前処理を実施したセルのデータと実施していないセルの結果をそれぞれ表したdQ/dE曲線を示した図面である。In the constant current charge / discharge test (50 cycles) with the electrodes of Example 9 and Comparative Example 6, the potential differentiation of the capacity was calculated from the obtained charge / discharge data using personal computer software (Origin 6.0 professional). It is the figure which showed the dQ / dE curve which each represented the data of the cell which performed the pre-processing, and the result of the cell which is not implemented.

符号の説明Explanation of symbols

10 非双極型リチウムイオン二次電池、
11 正極集電体、
11a 最外層正極集電体、
12、32 正極(正極活物質層)、
13、35 電解質層、
14 負極集電体、
15、33 負極(負極活物質層)、
16、36 単電池層(=電池単位ないし単セル)、
17、37、57 発電要素(電池要素;積層体)、
18、38、58 正極タブ、
19、39、59 負極タブ、
20、40 正極端子リード、
21、41 負極端子リード、
22、42、52 電池外装材(たとえばラミネートフィルム)、
30 双極型リチウムイオン二次電池、
31 集電体、
31a 正極側の最外層集電体、
31b 負極側の最外層集電体、
34 双極型電極、
34a、34b 最外層に位置する電極、
43 シール部(絶縁層)、
50 リチウムイオン二次電池、
250 小型の組電池(モジュール電池)、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
10 Non-bipolar lithium ion secondary battery,
11 positive electrode current collector,
11a Outermost layer positive electrode current collector,
12, 32 positive electrode (positive electrode active material layer),
13, 35 electrolyte layer,
14 negative electrode current collector,
15, 33 negative electrode (negative electrode active material layer),
16, 36 single battery layer (= battery unit or single cell),
17, 37, 57 Power generation element (battery element; laminate),
18, 38, 58 positive electrode tab,
19, 39, 59 negative electrode tab,
20, 40 Positive terminal lead,
21, 41 Negative terminal lead,
22, 42, 52 Battery exterior material (for example, laminate film),
30 Bipolar lithium ion secondary battery,
31 current collector,
31a The outermost layer current collector on the positive electrode side,
31b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
34 Bipolar electrode,
34a, 34b The electrode located in the outermost layer,
43 Sealing part (insulating layer),
50 lithium ion secondary battery,
250 Small assembled battery (module battery),
300 battery packs,
310 connection jig,
400 Electric car.

Claims (10)

一般式
(ここで、xは、0<x<1を満たす数であり、Mは、平均酸化状態が3+である1つ以上の遷移金属であり、Nは、平均酸化状態が4+である1つ以上の遷移金属である。)で表されるリチウムイオン電池用正極材料において、酸化処理が施されていることを特徴とするリチウムイオン電池用正極材料。
General formula
(Where x is a number that satisfies 0 <x <1, M is one or more transition metals with an average oxidation state of 3+, and N is one or more with an average oxidation state of 4+. A positive electrode material for a lithium ion battery, wherein the positive electrode material is subjected to an oxidation treatment.
前記Mは、Mn、Ni、CoおよびFeから選ばれてなる1種類以上の元素であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池用正極材料。   The positive electrode material for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the M is one or more elements selected from Mn, Ni, Co, and Fe. 前記Nは、Mn、ZrおよびTiから選ばれてなる1種類以上の元素であることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン電池用正極材料。   The positive electrode material for a lithium ion battery according to claim 1 or 2, wherein the N is one or more elements selected from Mn, Zr and Ti. 請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン電池用正極材料を正極の主要な活物質として用いてなることを特徴とするリチウムイオン電池。   A lithium ion battery comprising the positive electrode material for a lithium ion battery according to claim 1 as a main active material of the positive electrode. 請求項4に記載のリチウムイオン電池を搭載した車両。   A vehicle equipped with the lithium ion battery according to claim 4. 請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法であって、
酸化処理が、所定の電位範囲での充電あるいは、充放電であることを特徴とするリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法。
A method for oxidizing a positive electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3,
An oxidation treatment method for a positive electrode material for a lithium ion battery, wherein the oxidation treatment is charging or charging / discharging in a predetermined potential range.
所定の電位範囲の最高の電位が、リチウム金属対極に対して3.9V以上4.6V未満となる条件下で充放電を1〜30サイクル行うことを特徴とする請求項6に記載のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法。   7. The lithium ion according to claim 6, wherein charging and discharging are performed for 1 to 30 cycles under a condition that a maximum potential in a predetermined potential range is 3.9 V or more and less than 4.6 V with respect to a lithium metal counter electrode. A method for oxidizing a positive electrode material for a battery. 前記所定の電位範囲の最高の電位が、リチウム金属対極に対して4.4V以上4.6V未満となる条件下で充放電を1〜30サイクル行うことを特徴とする請求項7に記載のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法。   8. The lithium according to claim 7, wherein charging and discharging are performed for 1 to 30 cycles under a condition that a maximum potential in the predetermined potential range is 4.4 V or more and less than 4.6 V with respect to a lithium metal counter electrode. A method for oxidizing a positive electrode material for an ion battery. 前記所定の電位範囲の最高の電位を、リチウム金属対極に対して4.4V以上4.6V未満となる条件下で充放電を1〜30サイクル行ったあとさらに、充放電の所定の電位範囲の最高の電位を段階的に上げていくことを特徴とする請求項8に記載のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法。   The maximum potential in the predetermined potential range is charged to and discharged from 1 to 30 cycles under the condition of 4.4 V or more and less than 4.6 V with respect to the lithium metal counter electrode. 9. The method of oxidizing a positive electrode material for a lithium ion battery according to claim 8, wherein the highest potential is raised stepwise. 充放電する電極材料の温度が、35℃以上80℃以下であることを特徴とする請求項8または9に記載のリチウムイオン電池用正極材料の酸化処理方法。   The temperature of the electrode material to charge / discharge is 35 degreeC or more and 80 degrees C or less, The oxidation processing method of the positive electrode material for lithium ion batteries of Claim 8 or 9 characterized by the above-mentioned.
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