JP2009064702A - Active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, its manufacturing method, and battery using it - Google Patents

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一広 岡村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent mainly in charge discharge cycle characteristics. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery includes a process of heating a raw material containing manganese and nickel under an atmosphere with a pressure of oxygen gas of 10 MPa or more and 200 MPa or less, and the raw material contains at least a kind selected from a group consisting of a carbonate coprecipitation matter containing manganese and nickel, a hydroxide coprecipitation matter containing manganese and nickel, a mixture of nitrate containing manganese and nitrate containing nickel, and a mixture of organic acid salt containing manganese and organic acid salt containing nickel, and the active material for the nonaqueous electrolyte secondary battery made by the above manufacturing method is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関し、詳しくは、リチウム二次電池の正極活物質として用いる改良されたマンガンニッケル複合酸化物およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to an improved manganese nickel composite oxide used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery and a method for producing the same.

近年のエレクトロニクス分野における技術の急速な発展により、電子機器の小型化、軽量化され、電子機器のポータブル化、コードレス化が進んでいる。このような電子機器の電源である二次電池にも、小型化、軽量化、高エネルギー密度化が切望されている。このような要望に応える二次電池として、容積エネルギー密度の高い非水電解質二次電池が挙げられる。   With the rapid development of technology in the electronics field in recent years, electronic devices have become smaller and lighter, and electronic devices have become portable and cordless. Secondary batteries as power sources for such electronic devices are also eagerly desired to be smaller, lighter, and have higher energy density. As a secondary battery that meets such a demand, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a high volumetric energy density can be cited.

非水電解質二次電池は、リチウム塩などを有機溶媒に溶解した非水電解質を用いた電池である。非水電解質二次電池に用いられる非水電解質は、例えばニッケル−カドミウム二次電池等に用いられる水溶液系の電解質に比べて分解される電圧が高く、また非水電解質二次電池は、水溶液系の電解質を用いる二次電池と比較して高い起電力を得ることができる。このため、非水電解質二次電池は、高エネルギー密度化を達成することができる。さらに、非水電解質二次電池においては、非水電解質の安定な電位領域が広いため、正極および負極の材料として幅広い物質を選択することができる。   A non-aqueous electrolyte secondary battery is a battery using a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt or the like is dissolved in an organic solvent. The non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery has a higher voltage that is decomposed compared to the aqueous electrolyte used in, for example, a nickel-cadmium secondary battery, and the non-aqueous electrolyte secondary battery is an aqueous solution. High electromotive force can be obtained as compared with the secondary battery using the electrolyte. For this reason, the nonaqueous electrolyte secondary battery can achieve high energy density. Furthermore, in a non-aqueous electrolyte secondary battery, since a stable potential region of the non-aqueous electrolyte is wide, a wide range of substances can be selected as materials for the positive electrode and the negative electrode.

最近では、小型のコイン形非水電解質二次電池が多く開発されており、このような電池は、腕時計などの主電源用途の他に電子機器類のバックアップ用途などで広く用いられている。
従来、腕時計用電源には、一次電池である酸化銀電池が主に採用されてきた。しかし、この電池の使用期間は3年程度であり、また酸化銀電池に含まれる有害物質による環境汚染も問題となっている。このため、二次電池の需要が益々増加している。特に、主電源用途で使用されているコイン形非水電解質二次電池には、その商品性から容積エネルギー密度だけでなく、良好な充放電サイクル特性が求められる。
Recently, many small coin-type non-aqueous electrolyte secondary batteries have been developed, and such batteries are widely used for backup applications of electronic devices in addition to main power supply applications such as watches.
Conventionally, a silver oxide battery, which is a primary battery, has been mainly employed as a power source for a wristwatch. However, the usage period of this battery is about 3 years, and environmental pollution due to harmful substances contained in the silver oxide battery is also a problem. For this reason, the demand for secondary batteries is increasing. In particular, a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery used for a main power source is required to have not only a volume energy density but also good charge / discharge cycle characteristics because of its commercial characteristics.

非水電解質二次電池の正極活物質として、高容量が期待される二酸化マンガンを適用すべく、研究開発が従来からなされている。マンガンと酸素だけから構成される二酸化マンガンは充放電サイクル特性が悪いことが知られているので、二酸化マンガンにマンガン以外の異種金属を添加して充放電サイクル特性の改善する試みが行われている。   As a positive electrode active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery, research and development have been conventionally conducted to apply manganese dioxide, which is expected to have a high capacity. Manganese dioxide consisting only of manganese and oxygen is known to have poor charge / discharge cycle characteristics, so attempts have been made to improve charge / discharge cycle characteristics by adding different metals other than manganese to manganese dioxide. .

例えば、非特許文献1および非特許文献2では、合成原料として使用する硫酸マンガンの水溶液に、アルミニウム、コバルト、またはニッケルの硫酸塩を溶解した混合水溶液原料から電解合成することで、二酸化マンガンのマンガンの一部がアルミニウム、コバルトまたはニッケルで置換された複合マンガン酸化物が合成されている。合成された複合マンガン酸化物の結晶構造は、その合成時の温度、原料溶液のpH等の条件によって変化し、例えば、α相二酸化マンガン型、β相二酸化マンガン型、またはγ相二酸化マンガン型の複合マンガン酸化物が得られている。
E.Machefaux, A.Verbaere および D.Guyomard, Journal of Power Sources 157 (2006) 443−447 E. Machefaux, A. Verbaere および D. Guyomard, Journal of Physics and Chemistry of Solid 67 (2006) 1315−1319
For example, in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, manganese dioxide of manganese dioxide is obtained by electrolytic synthesis from a mixed aqueous solution raw material in which a sulfate of aluminum, cobalt, or nickel is dissolved in an aqueous solution of manganese sulfate used as a synthetic raw material. A composite manganese oxide in which a part of is substituted with aluminum, cobalt or nickel has been synthesized. The crystal structure of the synthesized complex manganese oxide changes depending on conditions such as the temperature at the time of synthesis and the pH of the raw material solution. For example, α-phase manganese dioxide type, β-phase manganese dioxide type, or γ-phase manganese dioxide type A composite manganese oxide is obtained.
E. Macefaux, A.M. Verbaere and D.C. Guyomard, Journal of Power Sources 157 (2006) 443-447 E. Macefaux, A.M. Verbaere and D.C. Guyomard, Journal of Physics and Chemistry of Solid 67 (2006) 1315-1319

しかし、非特許文献2の電池の放電容量は、わずか15回のサイクルで半減している。よって、非特許文献2の電池の充放電サイクル特性は、決して実用的ではない。   However, the discharge capacity of the battery of Non-Patent Document 2 is halved after only 15 cycles. Therefore, the charge / discharge cycle characteristics of the battery of Non-Patent Document 2 are never practical.

以上のように、従来の技術では、高容量が期待される二酸化マンガンまたは複合マンガン酸化物を正極活物質とする非水電解質二次電池において、良好な充放電サイクル特性が得られていない。   As described above, in the conventional technology, good charge / discharge cycle characteristics are not obtained in a nonaqueous electrolyte secondary battery using manganese dioxide or composite manganese oxide, which is expected to have a high capacity, as a positive electrode active material.

酸化物に異種金属を添加した複合酸化物は、酸化物と異種金属の化合物とを混合して高温に加熱する方法により得るのが一般的である。しかし、二酸化マンガンの場合には、高温にすると酸素を放って分解してしまうため、前記方法で複合酸化物を得ることはできない。   A composite oxide obtained by adding a different metal to an oxide is generally obtained by a method in which an oxide and a compound of a different metal are mixed and heated to a high temperature. However, in the case of manganese dioxide, when it is heated to high temperature, oxygen is released and it decomposes, so that a composite oxide cannot be obtained by the above method.

非特許文献1および非特許文献2では、180℃以下の温度で電解を行うことにより、複合酸化物を得ることに成功している。しかし、それらの充放電サイクル特性は芳しくない。   Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 succeed in obtaining a complex oxide by performing electrolysis at a temperature of 180 ° C. or lower. However, their charge / discharge cycle characteristics are not good.

本発明者は、従来技術におけるサイクル特性が低い原因が水溶液を使った電解合成にあると推察した。従来から、電解で合成された二酸化マンガンには、水溶液中の水や、水に由来するOH基あるいは水素が取り込まれるといわれており、非特許文献1および非特許文献2で合成された複合酸化物にもそれらが含まれている可能性が考えられる。しかも、非水電解質二次電池は、水または水に由来するOH基あるいは水素の混入により特性が低下する電池である。   The present inventor has inferred that the cause of the low cycle characteristics in the prior art is electrolytic synthesis using an aqueous solution. Conventionally, manganese dioxide synthesized by electrolysis is said to incorporate water in an aqueous solution, OH groups or hydrogen derived from water, and composite oxidation synthesized in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2. It is possible that they are also included in the object. Moreover, the non-aqueous electrolyte secondary battery is a battery whose characteristics are deteriorated by mixing water or OH groups derived from water or hydrogen.

そこで、本発明者が鋭意検討した結果、大気圧における酸素ガス分圧(0.02MPa)よりも高い酸素ガス圧力の雰囲気中で、マンガンとニッケルとの化合物を加熱すると、マンガンとニッケルとを含む複合酸化物が得られることを見出した。
つまり、本発明は、マンガンとニッケルとを含む原料を、酸素ガスの圧力が10MPa以上200MPa以下の雰囲気中で加熱する工程を含み、前記マンガンとニッケルとを含む原料が、マンガンとニッケルとを含む炭酸塩共沈物、マンガンとニッケルとを含む水酸化物共沈物、マンガンを含む硝酸塩とニッケルを含む硝酸塩の混合物、およびマンガンを含む有機酸塩とニッケルを含む有機酸塩の混合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、非水電解質二次電池用活物質の製造方法に関する。
Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors, when a compound of manganese and nickel is heated in an atmosphere of oxygen gas pressure higher than the oxygen gas partial pressure (0.02 MPa) at atmospheric pressure, manganese and nickel are contained. It has been found that a composite oxide can be obtained.
That is, this invention includes the process of heating the raw material containing manganese and nickel in the atmosphere whose pressure of oxygen gas is 10 MPa or more and 200 MPa or less, and the raw material containing manganese and nickel contains manganese and nickel. Group consisting of carbonate coprecipitate, hydroxide coprecipitate containing manganese and nickel, a mixture of nitrate containing manganese and nitrate containing nickel, and a mixture of organic acid salt containing manganese and organic acid salt containing nickel The manufacturing method of the active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing at least 1 sort (s) selected from these.

先述のように、大気圧における酸素ガス分圧と同じ圧力で酸素ガスを含む雰囲気中で、二酸化マンガンを加熱すると、二酸化マンガンは酸素を放って分解してしまう。しかし、酸素ガスの圧力が高いほど、二酸化マンガンの酸素を放つ分解反応を抑制できる。さらに、本発明の作製方法では、水を使用することなく加熱するため、得られる複合酸化物に、水や水に由来するOH基あるいは水素が含まれることはない。このため、異種金属元素の添加による効果が発揮されて、充放電サイクル特性を改善することが可能となる。   As described above, when manganese dioxide is heated in an atmosphere containing oxygen gas at the same pressure as the partial pressure of oxygen gas at atmospheric pressure, manganese dioxide releases oxygen and decomposes. However, the higher the pressure of the oxygen gas, the more the decomposition reaction that releases oxygen of manganese dioxide can be suppressed. Furthermore, in the production method of the present invention, since heating is performed without using water, the obtained composite oxide does not contain water, OH groups or hydrogen derived from water. For this reason, the effect by addition of a dissimilar metal element is exhibited, and it becomes possible to improve charging / discharging cycling characteristics.

また、本発明は、上記作製方法で作製された、以下の式(1):
Mn1-xNix2-y (1)
(式中、0.01≦x≦0.5、0≦y≦0.5)
で表されるマンガンニッケル複合酸化物を含む、非水電解質二次電池用活物質に関する。
Further, the present invention provides the following formula (1) produced by the above production method:
Mn 1-x Ni x O 2-y (1)
(Wherein 0.01 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.5)
The active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing the manganese nickel complex oxide represented by these.

本発明の好ましい実施形態において、前記マンガンニッケル複合酸化物は、粉末X線回折チャートにおいて、0.692±0.005nm、0.490±0.005nm、0.309±0.005nm、0.240±0.005nm、0.183±0.005nm、0.153±0.005nm、および0.135±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも7本のX線回折ピークを示す。   In a preferred embodiment of the present invention, the manganese nickel composite oxide is 0.692 ± 0.005 nm, 0.490 ± 0.005 nm, 0.309 ± 0.005 nm, 0.240 on a powder X-ray diffraction chart. At least seven X-ray diffraction peaks corresponding to the interplanar spacing d of ± 0.005 nm, 0.183 ± 0.005 nm, 0.153 ± 0.005 nm, and 0.135 ± 0.005 nm are shown.

本発明の別の好ましい実施形態において、前記マンガンニッケル複合酸化物は、粉末X線回折チャートにおいて、0.473±0.005nm、0.244±0.005nm、0.215±0.005nm、0.167±0.005nm、0.148±0.005nm、および0.141±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも6本のX線回折ピークを示す。   In another preferred embodiment of the present invention, the manganese nickel composite oxide is 0.473 ± 0.005 nm, 0.244 ± 0.005 nm, 0.215 ± 0.005 nm, 0 in the powder X-ray diffraction chart. . At least 6 X-ray diffraction peaks corresponding to the interplanar spacing d of 167 ± 0.005 nm, 0.148 ± 0.005 nm, and 0.141 ± 0.005 nm are shown.

本発明のさらに別の好ましい実施形態において、前記マンガンニッケル複合酸化物は、γ相二酸化マンガン型の結晶構造もしくはβ相二酸化マンガン型の結晶構造を有するか、またはγ相二酸化マンガン型とβ相二酸化マンガン型との混晶を含む。   In still another preferred embodiment of the present invention, the manganese nickel composite oxide has a γ phase manganese dioxide type crystal structure or a β phase manganese dioxide type crystal structure, or a γ phase manganese dioxide type and a β phase dioxide dioxide. Including mixed crystals with manganese type.

また、本発明は、負極と、上記非水電解質二次電池用活物質を含む正極と、負極と正極との間に配置されたセパレータと、非水電解質とを備える非水電解質二次電池に関する。   The present invention also relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode containing the active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode, and a nonaqueous electrolyte. .

本発明の作製方法においては、マンガンとニッケルを含む原料を、水または水溶液等を用いることなく、酸素ガスを0.1MPa以上200MPa以下という高い圧力で含む雰囲気中で加熱している。このため、本発明の作製方法により、ニッケルとマンガンとを含む複合酸化物が得られるとともに、得られる複合酸化物には、水または水に由来するOH基あるいは水素は含まれない。よって、このようなマンガンニッケル複合酸化物を非水電解質二次電池の活物質として用いることにより、良好な充放電サイクル特性の非水電解質二次電池を得ることができる。   In the manufacturing method of the present invention, a raw material containing manganese and nickel is heated in an atmosphere containing oxygen gas at a high pressure of 0.1 MPa or more and 200 MPa or less without using water or an aqueous solution. For this reason, a composite oxide containing nickel and manganese is obtained by the manufacturing method of the present invention, and the obtained composite oxide does not contain OH groups or hydrogen derived from water. Therefore, by using such a manganese nickel composite oxide as an active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery having good charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

本発明の非水電解質二次電池用活物質の作製方法は、マンガンとニッケルとを含む原料を、酸素ガスの圧力が0.1MPa以上200MPa以下の雰囲気中で加熱する工程を含む。マンガンとニッケルとを含む原料は、マンガンとニッケルとを含む炭酸塩共沈物、マンガンとニッケルとを含む水酸化物共沈物、マンガンを含む硝酸塩とニッケルを含む硝酸塩との混合物、およびマンガンを含む有機酸塩とニッケルを含む有機酸塩との混合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む。本発明の作製方法により、マンガンとニッケルを含む複合酸化物(マンガンニッケル複合酸化物)が得られる。   The method for producing an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a step of heating a raw material containing manganese and nickel in an atmosphere having an oxygen gas pressure of 0.1 MPa to 200 MPa. The raw material containing manganese and nickel includes carbonate coprecipitate containing manganese and nickel, hydroxide coprecipitate containing manganese and nickel, a mixture of nitrate containing manganese and nitrate containing nickel, and manganese. It contains at least one selected from the group consisting of a mixture of an organic acid salt containing nickel and an organic acid salt containing nickel. By the production method of the present invention, a composite oxide containing manganese and nickel (manganese nickel composite oxide) is obtained.

本発明の作製方法においては、電解とは異なり、水または水溶液等を用いる必要がない。このため、本発明の作製方法で得られたマンガンニッケル複合酸化物には、水または水に由来するOH基あるいは水素が、ほとんど混入されない。よって、水または水に由来するOH基あるいは水素の混入により生じる充放電サイクル特性の低下を抑制することが可能となる。つまり、上記マンガンニッケル複合酸化物を非水電解質二次電池の活物質として用いることにより、非水電解質二次電池の充放電サイクル特性を、従来のマンガン酸化物を用いた非水電解質二次電池の充放電サイクル特性と比較して向上させることができる。   In the manufacturing method of the present invention, unlike electrolysis, it is not necessary to use water or an aqueous solution. For this reason, the manganese nickel composite oxide obtained by the production method of the present invention is hardly mixed with water or OH groups or hydrogen derived from water. Therefore, it is possible to suppress deterioration in charge / discharge cycle characteristics caused by mixing of water or OH groups derived from water or hydrogen. In other words, by using the manganese nickel composite oxide as an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the charge / discharge cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be compared with the conventional non-aqueous electrolyte secondary battery using manganese oxide. The charge / discharge cycle characteristics can be improved.

マンガンとニッケルを含む原料は、得られるマンガンニッケル複合酸化物と同様に、マンガンとニッケルとが原子レベルで混合された状態にあることが好ましい。これにより、マンガンニッケル複合酸化物の合成反応を容易にし、かつ生成されるニッケルマンガン複合酸化物の均質性を高めることができる。
なお、マンガン化合物とニッケル化合物とを機械的に混合した混合物を原料に用いた場合、組成が不均質なマンガンニッケル複合酸化物が得られることが多い。組成が不均質なマンガンニッケル複合酸化物は、ニッケルが複合化されることによるサイクル特性の改善効果が十分に得られないことがある。
The raw material containing manganese and nickel is preferably in a state where manganese and nickel are mixed at an atomic level, as in the obtained manganese nickel composite oxide. Thereby, the synthesis reaction of manganese nickel complex oxide can be facilitated and the homogeneity of the produced nickel manganese complex oxide can be enhanced.
In addition, when a mixture obtained by mechanically mixing a manganese compound and a nickel compound is used as a raw material, a manganese nickel composite oxide having a heterogeneous composition is often obtained. A manganese nickel composite oxide having a non-homogeneous composition may not provide a sufficient effect of improving cycle characteristics due to the composite of nickel.

上記のように、マンガンとニッケルとを含む原料は、マンガンとニッケルとを含む炭酸塩共沈物、マンガンとニッケルを含む水酸化物共沈物、マンガンを含む硝酸塩とニッケルを含む硝酸塩の混合物、ならびにマンガンを含む有機酸塩とニッケルを含む有機酸塩の混合物夜なる群から選択される少なくとも1種を含む。   As described above, the raw material containing manganese and nickel includes a carbonate coprecipitate containing manganese and nickel, a hydroxide coprecipitate containing manganese and nickel, a mixture of nitrate containing nickel and nitrate containing nickel, And a mixture of an organic acid salt containing manganese and an organic acid salt containing nickel.

マンガンとニッケルを含む炭酸塩共沈物は、例えば、マンガンイオンとニッケルイオンとを含む水溶液と、アルカリ炭酸塩(炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなど)の水溶液とを攪拌しながら混合し、生成した沈殿物を水洗して得ることができる。マンガンイオンとニッケルイオンとを含む水溶液としては、例えば、硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液が挙げられる。   The carbonate coprecipitate containing manganese and nickel is, for example, a precipitate formed by mixing an aqueous solution containing manganese ions and nickel ions and an aqueous solution of an alkali carbonate (sodium carbonate, potassium carbonate, etc.) with stirring. Can be obtained by washing with water. Examples of the aqueous solution containing manganese ions and nickel ions include a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate.

マンガンとニッケルを含む水酸化物共沈物は、例えば、マンガンイオンとニッケルイオンを含む水溶液と、アルカリ水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)の水溶液とを攪拌しながら混合し、生成した沈殿物を水洗して得ることができる。マンガンイオンとニッケルイオンとを含む水溶液としては、例えば、硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液が挙げられる。   A hydroxide coprecipitate containing manganese and nickel is produced, for example, by mixing an aqueous solution containing manganese ions and nickel ions with an aqueous solution of alkali hydroxide (sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc.) while stirring. The obtained precipitate can be obtained by washing with water. Examples of the aqueous solution containing manganese ions and nickel ions include a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate.

マンガンとニッケルとが原子レベルで混合された、マンガンを含む硝酸塩とニッケルを含む硝酸塩の混合物、およびマンガンを含む有機酸塩とニッケルを含む有機酸塩の混合物は、例えば、上記マンガンを含む塩とニッケルを含む塩の水溶液を、噴霧乾固することにより作製することができる。上記有機酸塩としては、例えば、酢酸塩が挙げられる。   A mixture of a manganese-containing nitrate and a nickel-containing nitrate in which manganese and nickel are mixed at an atomic level, and a mixture of an organic acid salt containing manganese and an organic acid salt containing nickel include, for example, the above-mentioned salt containing manganese An aqueous salt solution containing nickel can be prepared by spray drying. Examples of the organic acid salt include acetate.

なお、ニッケルとマンガンとを含む原料において、ニッケルとマンガンとの合計に対するニッケルの原子比は、0.01〜0.5であることが好ましい。   In addition, in the raw material containing nickel and manganese, it is preferable that the atomic ratio of nickel with respect to the sum total of nickel and manganese is 0.01-0.5.

本発明の作製方法により、上記原料を用いて、例えば、以下の式(1):
Mn1-xNix2-y (1)
(式中、0.01≦x≦0.5および0≦y≦0.5)
で表されるマンガンニッケル複合酸化物を作製することができる。式(1)で表されるマンガンニッケル複合酸化物は、従来から用いられている二酸化マンガンより放電容量が高い。よって、式(1)のマンガンニッケル複合酸化物を用いることにより、非水電解質二次電池の充放電サイクル特性だけでなく、放電容量も向上させることができる。
According to the production method of the present invention, for example, the following formula (1):
Mn 1-x Ni x O 2-y (1)
(Wherein 0.01 ≦ x ≦ 0.5 and 0 ≦ y ≦ 0.5)
A manganese nickel composite oxide represented by The manganese nickel composite oxide represented by the formula (1) has a discharge capacity higher than that of conventionally used manganese dioxide. Therefore, by using the manganese nickel composite oxide of the formula (1), not only the charge / discharge cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery but also the discharge capacity can be improved.

式(1)で表されるマンガンニッケル複合酸化物において、マンガンの形式価数は4価であり、ニッケルの形式価数は、3価ないし4価であると考えられる。このようなマンガンニッケル複合酸化物を作製するためには、マンガンとニッケルとを含む原料を、酸素ガスの圧力が、大気圧における酸素ガスの分圧以上である雰囲気中で加熱する必要がある。   In the manganese nickel composite oxide represented by the formula (1), the formal valence of manganese is tetravalent, and the formal valence of nickel is considered to be trivalent to tetravalent. In order to produce such a manganese-nickel composite oxide, it is necessary to heat a raw material containing manganese and nickel in an atmosphere in which the pressure of oxygen gas is equal to or higher than the partial pressure of oxygen gas at atmospheric pressure.

従来から知られているマンガンニッケル複合酸化物(例えば、NiMnO3、Ni2MnO4など)のマンガンの形式価数は4価であり、ニッケルの形式価数は2価である。このような従来から知られているマンガンニッケル複合酸化物は、大気圧下、つまり大気圧における酸素ガスの分圧下で合成されている。
このように、大気圧における酸素ガスの圧力下での加熱合成において、ニッケルの形式化数は2価となる。3価以上の高価数のニッケルを含むマンガンニッケル複合酸化物を得るには、酸素ガスの圧力が高い雰囲気中でニッケルの酸化を促進する必要がある。上記のように、本発明においては、雰囲気中の酸素ガスの分圧が高いため、ニッケルの形式価数を、3価ないし4価とすることができる。
さらに、加熱雰囲気に含まれる酸素ガスの圧力を高くすることにより、マンガン酸化物が、酸素を放出して分解することを抑制することができる。
Conventionally known manganese nickel composite oxides (eg, NiMnO 3 , Ni 2 MnO 4, etc.) have a formal valence of manganese and nickel has a bivalence. Such conventionally known manganese-nickel composite oxides are synthesized under atmospheric pressure, that is, under the partial pressure of oxygen gas at atmospheric pressure.
Thus, in the heat synthesis under the pressure of oxygen gas at atmospheric pressure, the formalization number of nickel is divalent. In order to obtain a manganese-nickel composite oxide containing a trivalent or more expensive nickel, it is necessary to promote the oxidation of nickel in an atmosphere having a high oxygen gas pressure. As described above, in the present invention, since the partial pressure of oxygen gas in the atmosphere is high, the formal valence of nickel can be made trivalent to tetravalent.
Furthermore, by increasing the pressure of the oxygen gas contained in the heating atmosphere, manganese oxide can be prevented from being decomposed by releasing oxygen.

具体的には、式(1)のマンガンニッケル複合酸化物を得るためには、上記マンガンとニッケルとを含む原料を加熱する雰囲気に含まれる酸素ガスの圧力を0.1MPa以上とする必要である。マンガンとニッケルとを含む原料を、酸素ガスの圧力が0.1MPa以上である雰囲気で加熱することにより、3価ないし4価といった高い形式価数のニッケルを含むマンガン酸化物の合成が容易となるためである。酸素ガスの圧力が0.1MPa未満では、得られたマンガンニッケル複合酸化物が、2価のニッケルを含みかつ放電活性を有しない酸化物Mn1-xNixOを含みやすい。得られたマンガンニッケル複合酸化物が、放電活性を有さない酸化物を含むと、前記マンガンニッケル複合酸化物の容量が低下してしまう。 Specifically, in order to obtain the manganese-nickel composite oxide of the formula (1), the pressure of oxygen gas contained in the atmosphere for heating the raw material containing manganese and nickel needs to be 0.1 MPa or more. . By heating a raw material containing manganese and nickel in an atmosphere in which the pressure of oxygen gas is 0.1 MPa or more, it becomes easy to synthesize manganese oxide containing nickel having a high formal valence such as trivalent to tetravalent. Because. When the pressure of the oxygen gas is less than 0.1 MPa, the obtained manganese nickel composite oxide tends to contain the oxide Mn 1-x Ni x O containing divalent nickel and having no discharge activity. When the obtained manganese nickel composite oxide contains an oxide having no discharge activity, the capacity of the manganese nickel composite oxide decreases.

酸素ガスの圧力の上限は、合成反応容器の耐圧上限に制限される。本発明では、酸素ガスの圧力が200MPaを超える雰囲気中での、マンガンニッケル複合酸化物の合成を行っていないが、より高い圧力に耐えられる合成反応容器を用いることができれば、更に好適な結果が得られると考えられる。   The upper limit of the pressure of oxygen gas is limited to the upper limit of the pressure resistance of the synthesis reaction vessel. In the present invention, manganese nickel composite oxide is not synthesized in an atmosphere in which the pressure of oxygen gas exceeds 200 MPa, but if a synthesis reaction vessel that can withstand higher pressure can be used, a more preferable result is obtained. It is thought that it is obtained.

なお、式(1)のマンガンニッケル複合酸化物において、酸素の量(2−y)は、Niの量、雰囲気に含まれる酸素ガスの圧力等を調節することにより制御することができる。   In the manganese nickel composite oxide of the formula (1), the amount of oxygen (2-y) can be controlled by adjusting the amount of Ni, the pressure of oxygen gas contained in the atmosphere, and the like.

検討の結果、式(1)で表されるマンガンニッケル複合酸化物において、マンガンとニッケルとの合計に占めるニッケルの原子比xが0.5を超えると、y値も0.5を超えることが分かった。原子比xおよびy値が0.5を超えると、単一相のマンガンニッケル複合酸化物は得られず、マンガンニッケル複合酸化物に不純物として酸化ニッケル(NiO)が含まれることも分かった。NiOは充放電反応に関与しないため、NiOの含量が多くなるにつれて充放電容量が低下してしまう。よって、NiOを含むマンガンニッケル複合酸化物は活物質として好ましくない。   As a result of the study, in the manganese nickel composite oxide represented by the formula (1), when the atomic ratio x of nickel in the total of manganese and nickel exceeds 0.5, the y value may exceed 0.5. I understood. It was also found that when the atomic ratio x and y values exceed 0.5, no single-phase manganese nickel composite oxide was obtained, and the nickel nickel composite oxide contained nickel oxide (NiO) as an impurity. Since NiO does not participate in the charge / discharge reaction, the charge / discharge capacity decreases as the NiO content increases. Therefore, a manganese nickel composite oxide containing NiO is not preferable as an active material.

マンガンとニッケルとの合計に占めるニッケルの原子比xは、0.01〜0.5であることが好ましく、0.2〜0.5であることがさらに好ましい。原子比xが0.01以上であれば、サイクル特性を改善する効果が得られる。なお、原子比xが0.5を超えると、容量が低下する。   The atomic ratio x of nickel in the total of manganese and nickel is preferably 0.01 to 0.5, and more preferably 0.2 to 0.5. If the atomic ratio x is 0.01 or more, the effect of improving the cycle characteristics can be obtained. Note that when the atomic ratio x exceeds 0.5, the capacity decreases.

上記マンガンとニッケルとを含む原料の種類を変更することにより、結晶構造の異なる式(1)のマンガンニッケル複合酸化物を得ることができる。
現在のところ、大別して、以下の(i)〜(iv)の結晶構造のマンガンニッケル複合酸化物が得られており、いずれの結晶構造のマンガンニッケル複合酸化物を用いた場合でも、本発明の効果が得られている。
(i)γ相二酸化マンガン型あるいはβ相二酸化マンガン型の結晶構造を有するマンガンニッケル複合酸化物
(ii)γ相二酸化マンガン型とβ相二酸化マンガン型との混晶を含むマンガンニッケル複合酸化物
(iii)粉末X線回折チャートにおいて、0.692±0.005nm、0.490±0.005nm、0.309±0.005nm、0.240±0.005nm、0.183±0.005nm、0.153±0.005nm、および0.135±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも7本のX線回折ピークを示すマンガンニッケル複合酸化物
(iv)粉末X線回折チャートにおいて、0.473±0.005nm、0.244±0.005nm、0.215±0.005nm、0.167±0.005nm、0.148±0.005nm、および0.141±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも6本のX線回折ピークを示すマンガンニッケル複合酸化物
By changing the kind of the raw material containing manganese and nickel, a manganese nickel composite oxide of the formula (1) having a different crystal structure can be obtained.
At present, roughly divided, manganese nickel composite oxides having the following crystal structures (i) to (iv) are obtained, and even when any of the crystal structure manganese nickel composite oxides is used, The effect is obtained.
(I) Manganese nickel composite oxide having a crystal structure of γ phase manganese dioxide type or β phase manganese dioxide type (ii) Manganese nickel composite oxide containing mixed crystals of γ phase manganese dioxide type and β phase manganese dioxide type ( iii) In the powder X-ray diffraction chart, 0.692 ± 0.005 nm, 0.490 ± 0.005 nm, 0.309 ± 0.005 nm, 0.240 ± 0.005 nm, 0.183 ± 0.005 nm, 0 In the manganese nickel composite oxide (iv) powder X-ray diffraction chart showing at least 7 X-ray diffraction peaks corresponding to the interplanar spacing d of 153 ± 0.005 nm and 0.135 ± 0.005 nm, 0.473 ± 0.005 nm, 0.244 ± 0.005 nm, 0.215 ± 0.005 nm, 0.167 ± 0.005 nm, 0.148 ± 0.005 nm, And a manganese nickel composite oxide exhibiting at least six X-ray diffraction peaks corresponding to an interplanar spacing d of 0.141 ± 0.005 nm

上記(i)〜(iv)のマンガンニッケル複合酸化物は、各結晶構造に応じて上記塩から適切な原料を選択し、その原料を、200〜600℃で加熱することにより得ることができる。なお、結晶構造により、好ましい加熱温度は多少異なる。   The manganese nickel composite oxides (i) to (iv) can be obtained by selecting an appropriate raw material from the salt according to each crystal structure and heating the raw material at 200 to 600 ° C. Note that the preferred heating temperature differs somewhat depending on the crystal structure.

(i)のマンガンニッケル複合酸化物
原料として、マンガンを含む硝酸塩とニッケルを含む硝酸塩との混合物を用い、その原料を200℃〜400℃で加熱することにより、β相の二酸化マンガンと同様の結晶構造を有するマンガンニッケル複合酸化物を得ることができる。
原料として、マンガンを含む酢酸塩とニッケルを含む酢酸塩との混合物を用い、その原料を200℃〜400℃で加熱することにより、γ相の二酸化マンガンと同様の結晶構造を有するマンガンニッケル複合酸化物を得ることができる。
(I) Manganese nickel composite oxide As a raw material, a mixture of a nitrate containing manganese and a nitrate containing nickel is used, and the raw material is heated at 200 ° C. to 400 ° C., whereby crystals similar to β-phase manganese dioxide are obtained. A manganese nickel composite oxide having a structure can be obtained.
Using a mixture of acetate containing manganese and acetate containing nickel as a raw material, and heating the raw material at 200 ° C. to 400 ° C., manganese nickel composite oxidation having a crystal structure similar to that of γ phase manganese dioxide You can get things.

(ii)のマンガンニッケル複合酸化物
原料として、マンガンとニッケルとを含む水酸化物共沈物を用い、その原料を200℃〜400℃で加熱することにより、γ相二酸化マンガン型とβ相二酸化マンガン型との混晶を含むマンガンニッケル複合酸化物を得ることができる。
(Ii) Manganese nickel composite oxide As a raw material, a hydroxide coprecipitate containing manganese and nickel is used, and the raw material is heated at 200 ° C. to 400 ° C. A manganese nickel composite oxide containing a mixed crystal with the manganese type can be obtained.

(iii)のマンガンニッケル複合酸化物
原料として、マンガンとニッケルとを含む炭酸塩共沈物を用い、その原料を200℃〜400℃で加熱することにより、粉末X線回折チャートにおいて、0.473±0.005nm、0.244±0.005nm、0.215±0.005nm、0.167±0.005nm、0.148±0.005nm、および0.141±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも6本のX線回折ピークを示す新規な結晶構造を有するマンガンニッケル複合酸化物が得られる。
(Iii) Manganese nickel composite oxide As a raw material, a carbonate coprecipitate containing manganese and nickel is used, and the raw material is heated at 200 ° C. to 400 ° C. to obtain 0.473 in a powder X-ray diffraction chart. With interplanar spacing d of ± 0.005 nm, 0.244 ± 0.005 nm, 0.215 ± 0.005 nm, 0.167 ± 0.005 nm, 0.148 ± 0.005 nm, and 0.141 ± 0.005 nm A manganese nickel composite oxide having a novel crystal structure showing at least six corresponding X-ray diffraction peaks is obtained.

(iv)のマンガンニッケル複合酸化物
原料として、マンガンとニッケルとを含む炭酸塩共沈物を用い、その原料を400〜600℃で加熱することにより、粉末X線回折チャートにおいて、0.692±0.005nm、0.490±0.005nm、0.309±0.005nm、0.240±0.005nm、0.183±0.005nm、0.153±0.005nm、および0.135±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも7本のX線回折ピークを示す新規な結晶構造を有するマンガンニッケル複合酸化物が得られる。
(Iv) Manganese nickel composite oxide As a raw material, a carbonate coprecipitate containing manganese and nickel is used, and the raw material is heated at 400 to 600 ° C., whereby 0.692 ± 0.005 nm, 0.490 ± 0.005 nm, 0.309 ± 0.005 nm, 0.240 ± 0.005 nm, 0.183 ± 0.005 nm, 0.153 ± 0.005 nm, and 0.135 ± 0 A manganese nickel composite oxide having a novel crystal structure exhibiting at least seven X-ray diffraction peaks corresponding to an interplanar spacing d of 0.005 nm is obtained.

なお、(iii)のマンガンニッケル複合酸化物の結晶構造は、正方晶系でその格子定数aが0.487nm、格子定数cが1.420nmの結晶構造と一致し、(iv)のマンガンニッケル複合酸化物の結晶構造は、正方晶系で、その格子定数aが0.978nm、格子定数cが0.286nmの結晶構造と一致する。しかしながら、現時点では、前記2つのマンガンニッケル複合酸化物の晶系と格子定数は断言できていない。   The crystal structure of the manganese-nickel composite oxide (iii) is a tetragonal crystal structure having a lattice constant a of 0.487 nm and a lattice constant c of 1.420 nm. The crystal structure of the oxide is tetragonal and coincides with the crystal structure having a lattice constant a of 0.978 nm and a lattice constant c of 0.286 nm. However, at present, the crystal system and lattice constant of the two manganese nickel composite oxides cannot be stated.

上記いずれの原料を加熱する場合においても、加熱温度が200℃よりも低いと、加熱時間を20時間としても、原料あるいは原料の分解物が残存する。よって、マンガンニッケル複合酸化物と、原料あるいは原料の分解物との混合物が得られる。前記混合物を活物質として用いた場合、原料あるいは原料の分解物は充放電反応に関与しないため、前記混合物における原料あるいは原料の分解物の含量が多くなるにつれて、活物質の充放電容量が低下してしまう。よって、マンガンニッケル複合酸化物と原料または原料の分解物との混合物は活物質として好ましくない。なお、加熱時間を20時間より更に長くすると、合成反応が進行して、原料あるいは原料の分解物は、いずれマンガンニッケル複合酸化物へと反応するものと考えられるが、長時間の加熱はコストが増加することから、工業的に好ましくない。   In heating any of the above raw materials, if the heating temperature is lower than 200 ° C., the raw material or a decomposition product of the raw material remains even if the heating time is 20 hours. Therefore, a mixture of the manganese nickel composite oxide and the raw material or the decomposition product of the raw material is obtained. When the mixture is used as an active material, since the raw material or the decomposition product of the raw material does not participate in the charge / discharge reaction, the charge / discharge capacity of the active material decreases as the content of the raw material or the decomposition product of the raw material in the mixture increases. End up. Therefore, a mixture of a manganese nickel composite oxide and a raw material or a decomposition product of the raw material is not preferable as an active material. Note that if the heating time is further longer than 20 hours, the synthesis reaction proceeds, and the raw material or the decomposition product of the raw material will eventually react with the manganese-nickel composite oxide. Since it increases, it is industrially unpreferable.

いずれの原料を加熱する場合においても、加熱温度が600℃よりも高いと、式(1)で表されるマンガンニッケル複合酸化物が酸素を放って分解してしまい、活物質として機能しない物質となる。   In any case where any of the raw materials is heated, if the heating temperature is higher than 600 ° C., the manganese nickel composite oxide represented by the formula (1) decomposes by releasing oxygen, and does not function as an active material. Become.

なお、今後、合成条件を変更することで、式(1)で表され、(i)〜(iv)以外の結晶構造を有するマンガンニッケル複合酸化物が得られる可能性はある。   In the future, by changing the synthesis conditions, a manganese nickel composite oxide represented by the formula (1) and having a crystal structure other than (i) to (iv) may be obtained.

本発明の作製方法により得られたマンガンニッケル複合酸化物は、非水電解質二次電池の正極活物質として用いることができる。
非水電解質二次電池は、例えば、上記マンガンニッケル複合酸化物を正極活物質として含む正極と、負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、非水電解質とを含む。
The manganese nickel composite oxide obtained by the production method of the present invention can be used as a positive electrode active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery.
The nonaqueous electrolyte secondary battery includes, for example, a positive electrode including the manganese nickel composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte.

図1に、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池(コイン形電池)の縦断面図を示す。
図1のコイン形電池は、ペレット状の正極1、ペレット状の負極2、正極1と負極2との間に配置されたセパレータ3、正極1と負極2との間でリチウムイオンを移動させる非水電解質(図示せず)、これらを収容する正極ケース6、封口板5、ならびにガスケット4を含む。図1の電池は、正極ケース6の開口端部を、ガスケット4を介して封口板5にかしめつけることにより密封されている。
FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a nonaqueous electrolyte secondary battery (coin-type battery) according to an embodiment of the present invention.
The coin-type battery of FIG. 1 includes a pellet-shaped positive electrode 1, a pellet-shaped negative electrode 2, a separator 3 disposed between the positive electrode 1 and the negative electrode 2, and a non-transferring lithium ion between the positive electrode 1 and the negative electrode 2. A water electrolyte (not shown), a positive electrode case 6 that accommodates these, a sealing plate 5, and a gasket 4 are included. The battery of FIG. 1 is sealed by caulking the opening end of the positive electrode case 6 to the sealing plate 5 via the gasket 4.

ペレット状の正極1は、例えば、上記マンガンニッケル複合酸化物と、導電材と、結着剤とを含む。このような正極1は、例えば、上記マンガンニッケル複合酸化物と、導電材と、結着剤とを混合し、得られた混合物を加圧成型することにより得ることができる。
正極に添加される導電材としては、当該分野で公知の材料を用いることができる。このような材料としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛などが挙げられる。
正極に添加される結着剤としては、当該分野で公知の樹脂材料を用いることができる。このような樹脂材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどが挙げられる。
The pellet-shaped positive electrode 1 includes, for example, the manganese nickel composite oxide, a conductive material, and a binder. Such a positive electrode 1 can be obtained, for example, by mixing the manganese nickel composite oxide, a conductive material, and a binder, and press-molding the obtained mixture.
As the conductive material added to the positive electrode, materials known in the art can be used. Examples of such a material include carbon black and graphite.
As the binder added to the positive electrode, a resin material known in the art can be used. Examples of such a resin material include polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride.

正極活物質である前記マンガンニッケル複合酸化物の平均粒径は、1〜100μmであることが好ましい。平均粒径が1μmより小さいと、ペレット状の正極1の密度が低下するため、電池容量が減少することがある。平均粒径が100μmより大きいと、ペレット状の正極1の成型強度が低下して、製造時の歩留まりが低下することがある。   The average particle diameter of the manganese nickel composite oxide, which is a positive electrode active material, is preferably 1 to 100 μm. When the average particle size is smaller than 1 μm, the density of the pellet-like positive electrode 1 is lowered, and the battery capacity may be reduced. If the average particle size is larger than 100 μm, the molding strength of the pellet-shaped positive electrode 1 may be reduced, and the yield during production may be reduced.

本発明の非水電解質二次電池に含まれる正極活物質は、式(1)で表されるマンガンニッケル複合酸化物以外に、当該分野で公知の他の材料を含んでいてもよい。   The positive electrode active material contained in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may contain other materials known in the art in addition to the manganese nickel composite oxide represented by the formula (1).

上記のような、結晶構造の異なるマンガンニッケル複合酸化物のなかでも、比較的高い放電容量が得られるため、γ相二酸化マンガン型の結晶構造を有するマンガンニッケル複合酸化物が好ましい。   Among the manganese nickel composite oxides having different crystal structures as described above, since a relatively high discharge capacity can be obtained, a manganese nickel composite oxide having a γ-phase manganese dioxide type crystal structure is preferable.

ペレット状の負極2は、例えば、負極活物質と、導電材と、結着剤とを含む。このような負極2は、例えば、負極活物質と、導電材と、結着剤とを混合し、得られた混合物を加圧成型することにより得ることができる。
負極活物質としては、当該分野で公知の、電気化学的にリチウムを吸蔵および放出することが可能なリチウム化合物を用いることができる。このようなリチウム化合物としては、例えば、リチウムチタン複合酸化物が挙げられる。
負極に添加される導電材としては、当該分野で公知の材料を用いることができる。このような材料としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛などが挙げられる。
負極に添加される結着剤としては、当該分野で公知の樹脂材料を用いることができる。このような樹脂材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン−ブタジエンラバー、ポリアクリル酸などが挙げられる。
The pellet-shaped negative electrode 2 includes, for example, a negative electrode active material, a conductive material, and a binder. Such a negative electrode 2 can be obtained, for example, by mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder, and pressure-molding the obtained mixture.
As the negative electrode active material, a lithium compound that is electrochemically known and capable of electrochemically inserting and extracting lithium can be used. Examples of such lithium compounds include lithium titanium composite oxides.
As the conductive material added to the negative electrode, materials known in the art can be used. Examples of such a material include carbon black and graphite.
As the binder added to the negative electrode, a resin material known in the art can be used. Examples of such a resin material include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber, and polyacrylic acid.

あるいは、負極2は、所定の厚さの金属リチウムまたはリチウム合金から構成されてもよい。用いられるリチウム合金は、少なくともアルミニウムを含むことが好ましい。リチウム合金におけるアルミニウムの含有量は、0.2〜15wt%であることが好ましい。   Or the negative electrode 2 may be comprised from the metal lithium or lithium alloy of predetermined thickness. The lithium alloy used preferably contains at least aluminum. The aluminum content in the lithium alloy is preferably 0.2 to 15 wt%.

上記リチウム合金は、電池外で合成してもよく、電池内で合成してもよい。電池外でリチウム合金を合成する場合、リチウムとリチウム以外の元素とが予め合金化される。得られた合金を用いて、電池が作製される。
電池内でリチウム合金を合成する場合、例えば、リチウム(またはリチウム以外の金属)を負極に含ませるとともに、正極と対向する負極の表面部分にリチウム以外の元素からなる金属箔(またはリチウム箔)を圧着して電池を作製する。これにより、電池組立中もしくは組立後に、電池内で、リチウムとリチウム以外の元素との合金化を進行させることができる。
The lithium alloy may be synthesized outside the battery or may be synthesized inside the battery. When a lithium alloy is synthesized outside the battery, lithium and an element other than lithium are previously alloyed. A battery is manufactured using the obtained alloy.
When a lithium alloy is synthesized in a battery, for example, lithium (or a metal other than lithium) is included in the negative electrode, and a metal foil (or lithium foil) made of an element other than lithium is formed on the surface of the negative electrode facing the positive electrode. A battery is manufactured by pressure bonding. Thereby, alloying with lithium and elements other than lithium can be advanced in a battery during or after battery assembly.

セパレータ3は、正極1と負極2との短絡を防止しつつ非水電解質中のリチウムイオンを通過させる。セパレータ3としては、例えば、繊維状樹脂により形成された不織布、または樹脂からなる多孔質膜を用いることができる。セパレータを構成する樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。   The separator 3 allows lithium ions in the non-aqueous electrolyte to pass while preventing a short circuit between the positive electrode 1 and the negative electrode 2. As the separator 3, for example, a nonwoven fabric formed of a fibrous resin or a porous film made of a resin can be used. Examples of the resin constituting the separator include polypropylene and polyethylene.

ガスケット4は、正極ケース6開口部を、封口板5で封口した際の正極ケース6と封口板5との間に生じる隙間に、この隙間を封止するように設けられている。これにより、正極ケース6と封口板5とガスケット4によって密閉された内部空間に、正極1、負極2、セパレータ3、および非水電解液が収容されることになる。
ガスケット4は、正極ケース6と封口板5とを絶縁するとともに、正極ケース6と封口板5とにより囲まれた内部空間に収容された非水電解質の外部への漏液を防止する機能を有する。さらに、ガスケット4は、内部空間への水分の浸入を防止する機能も有する。
The gasket 4 is provided so as to seal the gap in a gap generated between the positive electrode case 6 and the sealing plate 5 when the opening of the positive electrode case 6 is sealed with the sealing plate 5. As a result, the positive electrode 1, the negative electrode 2, the separator 3, and the nonaqueous electrolytic solution are accommodated in the internal space sealed by the positive electrode case 6, the sealing plate 5, and the gasket 4.
The gasket 4 has a function of insulating the positive electrode case 6 and the sealing plate 5 and preventing leakage of the nonaqueous electrolyte accommodated in the internal space surrounded by the positive electrode case 6 and the sealing plate 5. . Furthermore, the gasket 4 has a function of preventing moisture from entering the internal space.

ガスケット4の構成材料としては、当該分野で公知の材料を用いることができる。このような材料としては、例えば、PFA樹脂(テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体樹脂)が挙げられる。   As a constituent material of the gasket 4, a material known in the art can be used. Examples of such a material include PFA resin (a copolymer resin of tetrafluoroethylene and perfluoroalkyl vinyl ether).

正極ケース6は、導電性金属からなり、正極1を収容する底の浅い皿状の形状を有する容器である。正極ケース6は、正極1と接触することで、電池の外部正極端子となる。具体的に、正極ケース6には、例えば、ステンレス鋼等からなる金属容器を用いることができる。また、正極ケースには、例えばステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル等の金属を複数種積層した材料から構成することもできる。   The positive electrode case 6 is a container made of a conductive metal and having a shallow dish shape that accommodates the positive electrode 1. The positive electrode case 6 is in contact with the positive electrode 1 and becomes an external positive electrode terminal of the battery. Specifically, for the positive electrode case 6, for example, a metal container made of stainless steel or the like can be used. Further, the positive electrode case can be made of a material obtained by laminating a plurality of kinds of metals such as stainless steel, aluminum, and nickel.

封口板5は、導電性金属からなり、負極2を収容する底の浅い皿状の形状を有する容器である。封口板5は、負極2と接触することで電池の外部負極端子となる。具体的に、封口板5には、例えばステンレス鋼等からなる金属容器を用いることができる。   The sealing plate 5 is a container made of a conductive metal and having a shallow dish shape that accommodates the negative electrode 2. The sealing plate 5 becomes an external negative electrode terminal of the battery by contacting the negative electrode 2. Specifically, a metal container made of, for example, stainless steel can be used for the sealing plate 5.

また、正極ケース6の正極が接触する面および/または封口板5の負極が接触する面に、例えば炭素材質材料等の導電性材料を含む集電層、または網状の導電性金属等からなる集電体を設けてもよい。これにより、電極の接触を適切に行うことができる。正極ケースと正極との接触、および/または封口板と負極との接触を向上させることができる。   Further, a current collecting layer containing a conductive material such as a carbon material or a net-like conductive metal on the surface of the positive electrode case 6 that contacts the positive electrode and / or the surface of the sealing plate 5 that contacts the negative electrode. An electric body may be provided. Thereby, contact of an electrode can be performed appropriately. Contact between the positive electrode case and the positive electrode and / or contact between the sealing plate and the negative electrode can be improved.

非水電解質は、例えば、非水溶媒およびこれに溶解したリチウム塩を含む。非水溶媒としては、例えば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状エーテル、鎖状エーテル、ラクトン類などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiNCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiBF4、LiPF6などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The non-aqueous electrolyte includes, for example, a non-aqueous solvent and a lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, cyclic ethers, chain ethers, and lactones. These may be used alone or in combination of two or more. Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiNCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 4 , and LiPF 6 . These may be used alone or in combination of two or more.

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

《実施例1−1−1》
[マンガンニッケル複合酸化物の合成]
硫酸マンガン(関東化学(株)特級試薬)と硫酸ニッケル(関東化学(株)特級試薬)とを、マンガンとニッケルとの原子比(モル比)が0.5:0.5となるように混合して、混合水溶液を調製した。前記混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lであった。
<< Example 1-1-1 >>
[Synthesis of manganese-nickel composite oxide]
Manganese sulfate (Kanto Chemical Co., Ltd. special grade reagent) and nickel sulfate (Kanto Chemical Co., Ltd. special grade reagent) are mixed so that the atomic ratio (molar ratio) of manganese to nickel is 0.5: 0.5. Then, a mixed aqueous solution was prepared. In the mixed aqueous solution, the total concentration of sulfate was 1 mol / L.

水酸化ナトリウム(関東化学(株)特級試薬)を含む水溶液(水酸化ナトリウム濃度4mol/L)を調製した。この水酸化ナトリウム水溶液に、硫酸マンガンおよび硫酸ニッケルを溶解した水溶液を、撹拌しながら、徐々に滴下した。   An aqueous solution (sodium hydroxide concentration 4 mol / L) containing sodium hydroxide (Kanto Chemical Co., Ltd. special grade reagent) was prepared. An aqueous solution in which manganese sulfate and nickel sulfate were dissolved was gradually added dropwise to this aqueous sodium hydroxide solution with stirring.

反応液を静置した後に、その上澄み液を捨て、イオン交換水を補充する操作を、上澄み液が中性になるまで繰り返した。容器底部に生成したマンガンとニッケルとを含む水酸化物共沈物を濾別し、乾燥して、マンガンとニッケルを含む原料を得た。得られた原料において、マンガンとニッケルとの原子比は、0.5:0.5であった。   After allowing the reaction solution to stand, the operation of discarding the supernatant and replenishing the ion exchange water was repeated until the supernatant became neutral. The hydroxide coprecipitate containing manganese and nickel produced at the bottom of the container was filtered off and dried to obtain a raw material containing manganese and nickel. In the obtained raw material, the atomic ratio of manganese to nickel was 0.5: 0.5.

得られた原料を、酸素ガスの分圧が200MPaであるアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気中、250℃で、20時間加熱処理して、マンガンニッケル複合酸化物を得た。   The obtained raw material was heat-treated at 250 ° C. for 20 hours in a mixed gas atmosphere of argon gas and oxygen gas having a partial pressure of oxygen gas of 200 MPa to obtain a manganese nickel composite oxide.

[結晶構造解析]
上記マンガンニッケル複合酸化物のX線回折チャートを、銅管球を装備した粉末X線回折装置(フィリップス社製のX’Pert)を用いて測定した。得られたX線回折チャートのピーク位置から面間隔dを求め、既知の化合物のそれと照合して、結晶構造を調べた。
[Crystal structure analysis]
The X-ray diffraction chart of the manganese nickel composite oxide was measured using a powder X-ray diffractometer (X'Pert manufactured by Philips) equipped with a copper tube. The interplanar spacing d was determined from the peak position of the obtained X-ray diffraction chart, and the crystal structure was examined by comparing with the known compound.

[組成分析]
得られたマンガンニッケル複合酸化物を、王水に溶解した。得られた溶液を、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分析に供して、マンガンニッケル複合酸化物の構成元素の量の定量した。ICP発光分析には、(株)島津製作所製の「ICPS−1000III」を用いた。ICP発光分析により、マンガンニッケル複合酸化物に含まれるマンガンとニッケルの含量(重量)を求め、残りを酸素の含量(重量)として、これらの値から複合酸化物の組成(モル比)を求めた。
[Composition analysis]
The obtained manganese nickel composite oxide was dissolved in aqua regia. The obtained solution was subjected to high frequency inductively coupled plasma (ICP) emission analysis to quantify the amount of constituent elements of the manganese nickel composite oxide. For ICP emission analysis, “ICPS-1000III” manufactured by Shimadzu Corporation was used. The content (weight) of manganese and nickel contained in the manganese-nickel composite oxide was determined by ICP emission analysis, and the content (weight) of the remainder was determined as the oxygen content (weight), and the composition (molar ratio) of the composite oxide was determined from these values. .

なお、以下の実施例および比較例においても、マンガンニッケル複合酸化物の結晶構造および組成は、上記のようにして測定した。   In the following examples and comparative examples, the crystal structure and composition of the manganese nickel composite oxide were measured as described above.

[正極の作製]
100重量部の前記得られたマンガンニッケル複合酸化物と、5重量部のケッチェンブラック(導電材)と、5重量部のポリテトラフルオロエチレン(結着剤)とを十分に混合して、正極合剤を得た。この正極合剤を、直径20mm、厚み3.0mmのディスク状に成形し、減圧乾燥して、正極を得た。
[Production of positive electrode]
100 parts by weight of the obtained manganese-nickel composite oxide, 5 parts by weight of ketjen black (conductive material), and 5 parts by weight of polytetrafluoroethylene (binder) are mixed thoroughly to obtain a positive electrode A mixture was obtained. This positive electrode mixture was formed into a disk shape having a diameter of 20 mm and a thickness of 3.0 mm and dried under reduced pressure to obtain a positive electrode.

[負極の作製]
厚み1.0mmの金属リチウムからなるフープから、直径20mmのディスクを打抜き、負極を得た。
[Production of negative electrode]
A disk having a diameter of 20 mm was punched out of a hoop made of metallic lithium having a thickness of 1.0 mm to obtain a negative electrode.

[電池の作製]
図1に示すような、直径24.5mm、厚み5.0mmのコイン形非水電解質二次電池を作製し、電池1−1−1とした。電池1−1−1は以下の要領で組み立てた。
まず、正極1を、正極ケース6の内底面の中央に載置した。正極1の上に、ポリプロピレン製の不織布からなるセパレータ3を被せた。
次に、非水電解質を、正極ケース6内に注液した。非水電解質は、40重量部のプロピレンカーボネートと、40重量部のエチレンカーボネートと、20重量部の1、2−ジメトキシエタンとを混合した混合溶媒に、LiN(CF3SO22を1.0mol/Lの濃度で溶解することにより調製した。
その後、周縁部にガスケット4が配された封口板5の内面に負極2を圧接した。正極ケース6と封口板5とを、正極1と負極2とがセパレータ3を介して対向するように配置するとともに、正極ケース6の開口端部を、ガスケット4を封口板5にかしめて、電池を完成した。
[Production of battery]
A coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery having a diameter of 24.5 mm and a thickness of 5.0 mm as shown in FIG. 1 was produced and designated as battery 1-1-1. The battery 1-1-1 was assembled in the following manner.
First, the positive electrode 1 was placed at the center of the inner bottom surface of the positive electrode case 6. On the positive electrode 1, a separator 3 made of polypropylene non-woven fabric was placed.
Next, the nonaqueous electrolyte was injected into the positive electrode case 6. The nonaqueous electrolyte was prepared by mixing LiN (CF 3 SO 2 ) 2 in a mixed solvent obtained by mixing 40 parts by weight of propylene carbonate, 40 parts by weight of ethylene carbonate, and 20 parts by weight of 1,2-dimethoxyethane. It was prepared by dissolving at a concentration of 0 mol / L.
Then, the negative electrode 2 was press-contacted to the inner surface of the sealing plate 5 in which the gasket 4 was arrange | positioned at the peripheral part. The positive electrode case 6 and the sealing plate 5 are arranged so that the positive electrode 1 and the negative electrode 2 face each other with the separator 3 therebetween, and the opening end of the positive electrode case 6 is caulked with the sealing plate 5 to Was completed.

《実施例1−1−2》
マンガンとニッケルとの原子比が0.6:0.4である硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、マンガンニッケル複合酸化物を得た。用いた混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。また、得られたマンガンニッケル複合酸化物において、マンガン:ニッケル=0.6:0.4であった。
このマンガンニッケル複合酸化物を用いて、実施例1−1−1と同様にして、電池1−1−2を得た。
<< Example 1-1-2 >>
A manganese nickel composite oxide was prepared in the same manner as in Example 1-1-1 except that a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.6: 0.4 was used. Obtained. In the mixed aqueous solution used, the total concentration of sulfate was 1 mol / L. Moreover, in the obtained manganese nickel composite oxide, it was manganese: nickel = 0.6: 0.4.
Using this manganese nickel composite oxide, a battery 1-1-2 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1.

《実施例1−1−3》
マンガンとニッケルとの原子比が0.7:0.3である硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、マンガンニッケル複合酸化物を得た。用いた混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。また、得られたマンガンニッケル複合酸化物において、マンガン:ニッケル=0.7:0.3であった。
このマンガンニッケル複合酸化物を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、電池1−1−3を得た。
<< Example 1-1-3 >>
A manganese nickel composite oxide was prepared in the same manner as in Example 1-1-1, except that a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.7: 0.3 was used. Obtained. In the mixed aqueous solution used, the total concentration of sulfate was 1 mol / L. Moreover, in the obtained manganese nickel composite oxide, it was manganese: nickel = 0.7: 0.3.
A battery 1-1-3 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1 except that this manganese nickel composite oxide was used.

《実施例1−1−4》
マンガンとニッケルとの原子比が0.8:0.2である硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、マンガンニッケル複合酸化物を得た。用いた混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。また、得られたマンガンニッケル複合酸化物において、マンガン:ニッケル=0.8:0.2であった。
このマンガンニッケル複合酸化物を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、電池1−1−4を得た。
<< Example 1-1-4 >>
A manganese nickel composite oxide was prepared in the same manner as in Example 1-1-1, except that a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.8: 0.2 was used. Obtained. In the mixed aqueous solution used, the total concentration of sulfate was 1 mol / L. Moreover, in the obtained manganese nickel composite oxide, it was manganese: nickel = 0.8: 0.2.
A battery 1-1-4 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1 except that this manganese nickel composite oxide was used.

《実施例1−1−5》
マンガンとニッケルとの原子比が0.9:0.1となる硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、マンガンニッケル複合酸化物を得た。用いた混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。また、得られたマンガンニッケル複合酸化物において、マンガン:ニッケル=0.9:0.1であった。
このマンガンニッケル複合酸化物を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、電池1−1−5を得た。
<< Example 1-1-5 >>
A manganese nickel composite oxide was prepared in the same manner as in Example 1-1-1 except that a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.9: 0.1 was used. Obtained. In the mixed aqueous solution used, the total concentration of sulfate was 1 mol / L. Moreover, in the obtained manganese nickel composite oxide, it was manganese: nickel = 0.9: 0.1.
A battery 1-1-5 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1 except that this manganese nickel composite oxide was used.

《実施例1−1−6》
マンガンとニッケルとの原子比が0.99:0.01である硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、マンガンニッケル複合酸化物を得た。用いた混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。また、得られたマンガンニッケル複合酸化物において、マンガン:ニッケル=0.99:0.01であった。
このマンガンニッケル複合酸化物を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、電池1−1−6を得た。
<< Example 1-1-6 >>
A manganese nickel composite oxide was prepared in the same manner as in Example 1-1-1 except that a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.99: 0.01 was used. Obtained. In the mixed aqueous solution used, the total concentration of sulfate was 1 mol / L. Moreover, in the obtained manganese nickel composite oxide, it was manganese: nickel = 0.99: 0.01.
A battery 1-1-6 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1 except that this manganese nickel composite oxide was used.

《比較例1−1−1》
硫酸マンガンの濃度が1mol/Lである水溶液を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、マンガン酸化物(MnO2)を得た。
このマンガン酸化物を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、比較電池1−1−1を得た。
<< Comparative Example 1-1-1 >>
Manganese oxide (MnO 2 ) was obtained in the same manner as in Example 1-1-1, except that an aqueous solution having a manganese sulfate concentration of 1 mol / L was used.
A comparative battery 1-1-1 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1, except that this manganese oxide was used.

《比較例1−1−2》
マンガンとニッケルとの原子比が0.4:0.6となる硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、マンガンニッケル複合酸化物を得た。用いた混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。また、得られたマンガンニッケル複合酸化物において、マンガン:ニッケル=0.4:0.6であった。
このマンガンニッケル複合酸化物を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、比較電池1−1−2を得た。
<< Comparative Example 1-1-2 >>
A manganese nickel composite oxide was prepared in the same manner as in Example 1-1-1 except that a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.4: 0.6 was used. Obtained. In the mixed aqueous solution used, the total concentration of sulfate was 1 mol / L. Moreover, in the obtained manganese nickel composite oxide, it was manganese: nickel = 0.4: 0.6.
A comparative battery 1-1-2 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1, except that this manganese nickel composite oxide was used.

《実施例1−2−1〜1−2−6、および比較例1−2−1〜1−2−2》
マンガンとニッケルを含む原料を熱処理するときの混合ガス雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、20MPaとしたこと以外は、実施例1−1−1〜1−1−6および比較例1−1−1〜1−1−2と同様にして、電池1−1−1〜1−1−6および比較電池1−1−1〜1−1−2を得た。
<< Examples 1-2-1 to 1-2-6 and Comparative Examples 1-2-1 to 1-2-2 >>
Examples 1-1-1 to 1-1-6 and Comparative Example 1-1 except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed gas atmosphere when heat-treating the raw material containing manganese and nickel was 20 MPa. In the same manner as -1 to 1-1-2, batteries 1-1-1 to 1-1-6 and comparative batteries 1-1-1 to 1-1-2 were obtained.

《実施例1−3−1〜1−3−6、および比較例1−3−1〜1−3−2》
マンガンとニッケルを含む原料を、熱処理するときの混合ガス雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、2MPaとしたこと以外は、実施例1−1−1〜1−1−6および比較例1−1−1〜1−1−2と同様にして、電池1−3−1〜1−3−6および比較電池1−3−1〜1−3−2を得た。
<< Examples 1-3-1 to 1-3-6 and Comparative Examples 1-3-1 to 1-3-2 >>
Examples 1-1-1 to 1-1-6 and Comparative Example 1 except that the partial pressure of the oxygen gas contained in the mixed gas atmosphere when heat-treating the raw material containing manganese and nickel was 2 MPa. In the same manner as 1-1 to 1-1-2, batteries 1-3-1 to 1-3-6 and comparative batteries 1-3-1 to 1-3-2 were obtained.

《実施例1−4−1〜1−4−6、および比較例1−4−1〜1−4−2》
マンガンとニッケルを含む原料を熱処理するときの混合ガス雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、0.1MPaとしたこと以外は、実施例1−1−1〜1−1−6および比較例1−1−1〜1−1−2と同様にして、電池1−4−1〜1−4−6および比較電池1−4−1〜1−4−2を得た。
<< Examples 1-4-1 to 1-4-6 and Comparative Examples 1-4-1 to 1-4-2 >>
Examples 1-1-1 to 1-1-6 and Comparative Example 1 except that the partial pressure of the oxygen gas contained in the mixed gas atmosphere when heat-treating the raw material containing manganese and nickel was 0.1 MPa. In the same manner as in 1-1-1 and 1-1-2, batteries 1-4-1 to 1-4-6 and comparative batteries 1-4-1 to 1-4-2 were obtained.

《比較例1−5−1〜比較例1−5−6》
マンガンとニッケルを含む原料を熱処理するときの混合ガス雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、0.02MPaとしたこと以外は、実施例1−1−1〜1−1−6および比較例1−1−1〜1−1−2と同様にして、比較電池1−5−1〜1−5−6を得た。
<< Comparative Example 1-5-1 to Comparative Example 1-5-6 >>
Examples 1-1-1 to 1-1-6 and Comparative Example 1 except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed gas atmosphere when heat-treating the raw material containing manganese and nickel was 0.02 MPa. Comparative batteries 1-5-1 to 1-5-6 were obtained in the same manner as in 1-1 to 1-1-2.

表1に、実施例1−1−1〜1−4−6および比較例1−1−1〜1−5−6で作製した正極活物質の組成および結晶構造を示す。表1中の「混晶」は、マンガンニッケル複合酸化物が、γ相二酸化マンガン型の結晶構造とβ相二酸化マンガン型の結晶構造との混晶であることを意味する。
「+NiO」は、得られたマンガンニッケル複合酸化物が、不純物として酸化ニッケル(NiO)および/またはNiOの結晶構造と同じ結晶構造でありながら、いくらかのマンガンを含有しているであろう酸化物(Mn1-xNixO)を含むことを意味する。このことは、以下の表2〜5でも同じである。
なお、粉末X線回折のピーク強度から、NiO含有量の相対的な大小はわかるが、含有量の絶対値を求めることは、他の分析手段を用いても困難である。
Table 1 shows the compositions and crystal structures of the positive electrode active materials prepared in Examples 1-1-1 to 1-4-6 and Comparative Examples 1-1-1 to 1-5-6. The “mixed crystal” in Table 1 means that the manganese nickel composite oxide is a mixed crystal of a γ phase manganese dioxide type crystal structure and a β phase manganese dioxide type crystal structure.
“+ NiO” is an oxide in which the obtained manganese-nickel composite oxide has the same crystal structure as that of nickel oxide (NiO) and / or NiO as impurities, but will contain some manganese It is meant to contain (Mn 1-x Ni x O). The same applies to Tables 2 to 5 below.
Although the relative magnitude of the NiO content can be seen from the peak intensity of the powder X-ray diffraction, it is difficult to obtain the absolute value of the content using other analysis means.

《実施例2−1−1》
マンガンとニッケルとの原子比が0.5:0.5となる硝酸マンガンと硝酸ニッケルとの混合水溶液を作製した。この混合水溶液において、硝酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。
この混合水溶液を、80℃の空気中で噴霧乾固して、粉末状の硝酸塩混合物(原料)を得た。この原料を、酸素ガスの分圧が200MPaの混合雰囲気(Ar+O2)中、250℃で、20時間、加熱処理して、マンガンニッケル複合酸化物を得た。得られたマンガンニッケル複合酸化物において、マンガン:ニッケル=0.5:0.5であった。
このマンガンニッケル複合酸化物を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、電池2−1−1を得た。
<< Example 2-1-1 >>
A mixed aqueous solution of manganese nitrate and nickel nitrate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.5: 0.5 was prepared. In this mixed aqueous solution, the total concentration of nitrate was 1 mol / L.
This mixed aqueous solution was spray-dried in air at 80 ° C. to obtain a powdered nitrate mixture (raw material). This raw material was heat-treated at 250 ° C. for 20 hours in a mixed atmosphere (Ar + O 2 ) with a partial pressure of oxygen gas of 200 MPa to obtain a manganese nickel composite oxide. In the obtained manganese nickel composite oxide, it was manganese: nickel = 0.5: 0.5.
A battery 2-1-1 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1 except that this manganese nickel composite oxide was used.

《実施例2−1−2〜実施例2−1−6》
硝酸マンガンと硝酸ニッケルとの混合水溶液におけるマンガンとニッケルとの原子比を、0.6:0.4、0.7:0.3、0.8:0.2、0.9:0.1、または0.99:0.01としたこと以外、実施例2−1−1と同様にして、電池2−1−2〜2−1−6を得た。
<< Example 2-1-2 to Example 2-1-6 >>
The atomic ratio of manganese and nickel in the mixed aqueous solution of manganese nitrate and nickel nitrate is 0.6: 0.4, 0.7: 0.3, 0.8: 0.2, 0.9: 0.1. Or 0.99: 0.01 Except having set it as 0.01, it carried out similarly to Example 2-1-1, and obtained the battery 2-1-2-2-1-6.

《比較例2−1−1》
硝酸マンガンを1mol/Lの濃度で含む水溶液を用いたこと以外、実施例2−1−1と同様にして、比較電池2−1−1を得た。
<< Comparative Example 2-1-1 >>
A comparative battery 2-1-1 was obtained in the same manner as in Example 2-1-1 except that an aqueous solution containing manganese nitrate at a concentration of 1 mol / L was used.

《比較例2−1−2》
マンガンとニッケルとの原子比が0.4:0.6である硝酸マンガンと硝酸ニッケルとの混合水溶液を用いたこと以外、実施例2−1−1と同様にして、比較電池2−1−2を作製した。なお、用いた混合水溶液において、硝酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。
<< Comparative Example 2-1-2 >>
Comparative battery 2-1 was prepared in the same manner as in Example 2-1-1 except that a mixed aqueous solution of manganese nitrate and nickel nitrate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.4: 0.6 was used. 2 was produced. In the mixed aqueous solution used, the total concentration of nitrate was 1 mol / L.

《実施例2−2−1〜2−2−6、および比較例2−2−1〜2−2−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を20MPaとしたこと以外は、実施例2−1−1〜実施例2−1−6および比較例2−1−1〜2−1−2と同様にして、電池2−2−1〜電池2−2−6および比較電池2−2−1〜2−2−2を得た。
<< Examples 2-2-1 to 2-2-6 and Comparative Examples 2-2-1 to 2-2-2 >>
Except that the partial pressure of the oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 20 MPa, Example 2-1 to Example 2-1-6 and Comparative Example 2-1 to 2- In the same manner as in 1-2, a battery 2-2-1 to a battery 2-2-6 and a comparative battery 2-2-1 to 2-2-2 were obtained.

《実施例2−3−1〜2−3−6、および比較例2−3−1〜2−3−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を2MPaとしたこと以外、実施例2−1−1〜2−1−6および比較例2−1−1〜2−1−2と同様にして、電池2−3−1〜2−3−6および比較電池2−3−1〜2−3−2を得た。
<< Examples 2-3-1 to 2-3-6 and Comparative Examples 2-3-1 to 2-3-2 >>
Examples 2-1-1 to 2-1-6 and Comparative Examples 2-1-1 to 2-1-2, except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 2 MPa Similarly, batteries 2-3-1 to 2-3-6 and comparative batteries 2-3-1 to 2-3-2 were obtained.

《実施例2−4−1〜2−4−6、および比較例2−4−1〜2−4−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を0.1MPaとしたこと以外、実施例2−1−1〜2−1−6および比較例2−1−1〜2−1−2と同様にして、電池2−4−1〜2−4−6および比較電池2−4−1〜2−4−2を得た。
<< Examples 2-4-1 to 2-4-6 and Comparative Examples 2-4-1 to 2-4-2 >>
Examples 2-1-1 to 2-1-6 and Comparative Examples 2-1-1 to 2-1 except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 0.1 MPa -2 to batteries 2-4-1 to 2-4-6 and comparative batteries 2-4-1 to 2-4-2.

《比較例2−5−1〜比較例2−5−6》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を0.02MPaと「したこと以外、実施例2−1−1〜2−1−6と同様にして、比較電池2−5−1〜2−5−6を得た。
<< Comparative Example 2-5-1 to Comparative Example 2-5-6 >>
Comparative Battery 2-5 was made in the same manner as Example 2-1-1 to 2-1-6 except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 0.02 MPa. 1-2-5-6 was obtained.

表2に、実施例2−1−1〜2−4−6および比較例2−1−1〜2−5−6で作製した正極活物質の組成および結晶構造を示す。表2中の「β」は、β相二酸化マンガン型の結晶構造を意味する。   Table 2 shows the compositions and crystal structures of the positive electrode active materials prepared in Examples 2-1 to 2-4-6 and Comparative Examples 2-1-1 to 2-5-6. “Β” in Table 2 means a β-phase manganese dioxide type crystal structure.

《実施例3−1−1》
マンガンとニッケルとの原子比が0.5:0.5である酢酸マンガンと酢酸ニッケルとの混合水溶液を作製した。用いた混合水溶液において、酢酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。
この混合水溶液を、80℃の空気中で噴霧乾固して、粉末状の酢酸塩混合物(原料)を得た。この原料を、酸素ガスの分圧が200MPaである混合雰囲気(Ar+O2)中、250℃、20時間、加熱処理して、マンガンニッケル複合酸化物を得た。得られたマンガンニッケル複合酸化物において、マンガン:ニッケル=0.5:0.5とした。
このマンガンニッケル複合酸化物を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、電池3−1−1を得た。
<< Example 3-1-1 >>
A mixed aqueous solution of manganese acetate and nickel acetate having an atomic ratio of manganese and nickel of 0.5: 0.5 was prepared. In the mixed aqueous solution used, the total concentration of acetate was 1 mol / L.
This mixed aqueous solution was spray-dried in air at 80 ° C. to obtain a powdery acetate salt mixture (raw material). This raw material was heat-treated at 250 ° C. for 20 hours in a mixed atmosphere (Ar + O 2 ) where the partial pressure of oxygen gas was 200 MPa to obtain a manganese-nickel composite oxide. In the obtained manganese nickel composite oxide, manganese: nickel = 0.5: 0.5.
A battery 3-1-1 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1 except that this manganese nickel composite oxide was used.

《実施例3−1−2〜実施例3−1−6》
酢酸マンガンと酢酸ニッケルとの混合水溶液におけるマンガンとニッケルとの原子比を、0.6:0.4、0.7:0.3、0.8:0.2、0.9:0.1、または0.99:0.01としたこと以外、実施例3−1−1と同様にして、電池3−1−2〜3−1−6を得た。
<< Example 3-1-2 to Example 3-1-6 >>
The atomic ratio of manganese to nickel in the mixed aqueous solution of manganese acetate and nickel acetate is 0.6: 0.4, 0.7: 0.3, 0.8: 0.2, 0.9: 0.1. Or 0.99: 0.01 Except having set it as 0.01, it carried out similarly to Example 3-1-1, and obtained the battery 3-1-2 to 3-1-6.

《比較例3−1−1》
酢酸マンガンと酢酸ニッケルとの混合水溶液の代わりに、酢酸マンガンを1mol/Lの濃度で含む水溶液を用いたこと以外、実施例3−1−1と同様にして、比較電池3−1−1を得た。
<< Comparative Example 3-1-1 >>
A comparative battery 3-1-1 was prepared in the same manner as in Example 3-1-1 except that an aqueous solution containing manganese acetate at a concentration of 1 mol / L was used instead of the mixed aqueous solution of manganese acetate and nickel acetate. Obtained.

《比較例3−1−2》
マンガンとニッケルとの原子比が0.4:0.6である酢酸マンガンと酢酸ニッケルとの混合水溶液を用いたことが以外、実施例3−1−1と同様にして、比較電池3−1−2を得た。なお、前記混合水溶液において、酢酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。
<< Comparative Example 3-1-2 >>
Comparative battery 3-1 was prepared in the same manner as in Example 3-1-1 except that a mixed aqueous solution of manganese acetate and nickel acetate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.4: 0.6 was used. -2 was obtained. In the mixed aqueous solution, the total concentration of acetate was 1 mol / L.

《実施例3−2−1〜3−2−6、および比較例3−2−1〜3−2−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、20MPaとしたこと以外、実施例3−1−1〜3−1−6および比較例3−1−1〜3−1−2と同様にして、電池3−2−1〜3−2−6および比較電池3−2−1〜3−2−2を得た。
<< Examples 3-2-1 to 2-3-2-6 and Comparative Examples 3-2-1 to 2-3-2 >>
Except that the partial pressure of the oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 20 MPa, Examples 3-1-1 to 3-1-6 and Comparative Examples 3-1-1 to 3-1-1 In the same manner as in Example 2, batteries 3-2-1 to 2-3-6 and comparative batteries 3-2-1 to 3-2-2 were obtained.

《実施例3−3−1〜3−3−6、および比較例3−3−1〜3−3−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、2MPaとしたこと以外、実施例3−1−1〜3−1−6および比較例3−1−1〜3−1−2と同様にして、電池3−3−1〜電池3−3−6および比較電池3−3−1〜3−3−2を得た。
<< Examples 3-1 to 3-3-6 and Comparative Examples 3-3-1 to 3-3-3 >>
Except that the partial pressure of the oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 2 MPa, Examples 3-1-1 to 1-3-1 and Comparative Examples 3-1-1 to 3-1-1 In the same manner as in Example 2, the battery 3-3-1 to the battery 3-3-6 and the comparative battery 3-3-1 to 3-3-3 were obtained.

《実施例3−4−1〜実施例3−4−6、比較例3−4−1、比較例3−4−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、0.1MPaとしたこと以外、実施例3−1−1〜3−1−6および比較例3−1−1〜3−1−2と同様にして、電池3−4−1〜3−4−6および比較電池3−4−1〜3−4−1を得た。
<< Example 3-4-1 to Example 3-4-6, Comparative Example 3-4-1, Comparative Example 3-4-2 >>
Except that the partial pressure of the oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 0.1 MPa, Examples 3-1-1 to 1-3-1 and Comparative Examples 3-1-1 to 3- In the same manner as in 1-2, batteries 3-4-1 to 3-4-6 and comparative batteries 3-4-1 to 3-4-1 were obtained.

《比較例3−5−1〜比較例3−5−6》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、0.02MPaとしたこと以外、実施例3−1−1〜3−1−6と同様にして、比較電池3−5−1〜3−5−6を得た。
<< Comparative Example 3-5-1 to Comparative Example 3-5-6 >>
Comparative battery 3-5 was prepared in the same manner as in Examples 3-1-1 to 3-1-6 except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed atmosphere when the raw material was heat-treated was 0.02 MPa. 1-3-5-6 were obtained.

表3に、実施例3−1−1〜3−4−6および比較例3−1−1〜3−5−6で作製した正極活物質の組成および結晶構造を示す。表3中の「γ」は、γ相二酸化マンガン型の結晶構造を意味する。   Table 3 shows the compositions and crystal structures of the positive electrode active materials prepared in Examples 3-1-1 to 3-4-6 and Comparative Examples 3-1-1 to 3-5-6. “Γ” in Table 3 means a γ-phase manganese dioxide type crystal structure.

《実施例4−1−1》
マンガンとニッケルとの原子比が0.5:0.5となる硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液を調製した。得られた混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。次いで、濃度が3mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液を調製した。この炭酸ナトリウム水溶液中に、前記混合水溶液を、撹拌しながら、徐々に滴下した。前記以外は、実施例1−1−1と同様にして、マンガンとニッケルとを含む炭酸塩共沈物(原料)を得た。
この原料を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、電池4−1−1を得た。
<< Example 4-1-1 >>
A mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.5: 0.5 was prepared. In the obtained mixed aqueous solution, the total concentration of sulfate was 1 mol / L. Next, an aqueous sodium carbonate solution having a concentration of 3 mol / L was prepared. The mixed aqueous solution was gradually added dropwise to the aqueous sodium carbonate solution with stirring. A carbonate coprecipitate (raw material) containing manganese and nickel was obtained in the same manner as Example 1-1-1 except for the above.
A battery 4-1-1 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1 except that this raw material was used.

《実施例4−1−2〜実施例4−1−6》
硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液におけるマンガンとニッケルとの原子比を、0.6:0.4、0.7:0.3、0.8:0.2、0.9:0.1、または0.99:0.01としたこと以外、実施例4−1−1と同様にして、電池4−1−2〜4−1−6を得た。
<< Example 4-1-2 to Example 4-1-6 >>
The atomic ratio of manganese to nickel in the mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate is 0.6: 0.4, 0.7: 0.3, 0.8: 0.2, 0.9: 0.1. Or 0.99: 0.01 Except having set it as 0.01, it carried out similarly to Example 4-1-1, and obtained battery 4-1-2 to 4-1-6.

《比較例4−1−1》
硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液の代わりに、硫酸マンガンの濃度が1mol/Lである水溶液を用いたこと以外、実施例4−1−1と同様にして、比較電池4−1−1を得た。
<< Comparative Example 4-1-1 >>
A comparative battery 4-1-1 was prepared in the same manner as in Example 4-1-1 except that an aqueous solution having a manganese sulfate concentration of 1 mol / L was used instead of the mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate. Obtained.

《比較例4−1−2》
マンガンとニッケルとの原子比が0.4:0.6である硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液を用いたこと以外、実施例4−1−1と同様にして、比較電池4−1−2を得た。なお、前記混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。
<< Comparative Example 4-1-2 >>
Comparative battery 4-1 in the same manner as in Example 4-1-1 except that a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.4: 0.6 was used. 2 was obtained. In the mixed aqueous solution, the total concentration of sulfate was 1 mol / L.

《実施例4−2−1〜4−2−6、および比較例4−2−1〜4−2−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、20MPaとしたこと以外、実施例4−1−1〜4−1−6および比較例4−1−1〜4−1−2と同様にして、電池4−2−1〜4−2−6および比較電池4−2−1〜4−2−2を得た。
<< Examples 4-2-1 to 4-2-6 and Comparative Examples 4-2-1 to 4-2-2 >>
Except that the partial pressure of the oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 20 MPa, Examples 4-1-1 to 4-1-6 and Comparative Examples 4-1-1 to 4-1 In the same manner as in Example 2, batteries 4-2-1 to 4-2-6 and comparative batteries 4-2-1 to 4-2-2 were obtained.

《実施例4−3−1〜実施例4−3−6、比較例4−3−1、比較例4−3−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、2MPaとしたこと以外、実施例4−1−1〜4−1−6および比較例4−1−1〜4−1−2と同様にして、電池4−3−1〜4−3−6および比較電池4−3−1〜4−3−2を得た。
<< Example 4-3-1 to Example 4-3-6, Comparative Example 4-3-1, Comparative Example 4-3-2 >>
Except that the partial pressure of the oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 2 MPa, Examples 4-1-1 to 4-1-6 and Comparative Examples 4-1-1 to 4-1 In the same manner as in Example 2, batteries 4-3-1 to 4-3-6 and comparative batteries 4-3-1 to 4-3-2 were obtained.

《実施例4−4−1〜4−4−6、および比較例4−4−1〜4−4−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、0.1MPaとしたこと以外、実施例4−1−1〜4−1−6および比較例4−1−1〜4−1−2と同様にして、電池4−4−1〜4−4−6および比較電池4−4−1〜4−4−2を得た。
<< Examples 4-4-1 to 4-4-6 and Comparative Examples 4-4-1 to 4-4-2 >>
Except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 0.1 MPa, Examples 4-1-1 to 4-1-6 and Comparative Examples 4-1-1 to 4- In the same manner as in 1-2, batteries 4-4-1 to 4-4-6 and comparative batteries 4-4-1 to 4-4-2 were obtained.

《比較例4−5−1〜4−5−6》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、0.02MPaとしたこと以外、実施例4−1−1〜4−1−6と同様にして、比較電池4−5−1〜4−5−6を得た。
<< Comparative Examples 4-5-1 to 4-5-6 >>
Comparative battery 4-5 was prepared in the same manner as in Examples 4-1-1 to 4-1-6, except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed atmosphere when the raw material was heat-treated was 0.02 MPa. 1-4-5-6 was obtained.

表4に、実施例4−1−1〜4−4−6および比較例4−1−1〜4−5−6で作製した正極活物質の組成および結晶構造を示す。表4中の「新2」は、粉末X線回折チャートにおいて、0.473±0.005nm、0.244±0.005nm、0.215±0.005nm、0.167±0.005nm、0.148±0.005nm、および0.141±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも6本のX線回折ピークを示す、新規な結晶構造を意味する。また、「γ」は、γ相二酸化マンガン型の結晶構造を意味する。   Table 4 shows the compositions and crystal structures of the positive electrode active materials prepared in Examples 4-1-1 to 4-4-6 and Comparative Examples 4-1-1 to 4-5-6. “New 2” in Table 4 is 0.473 ± 0.005 nm, 0.244 ± 0.005 nm, 0.215 ± 0.005 nm, 0.167 ± 0.005 nm, 0 in the powder X-ray diffraction chart. Means a novel crystal structure showing at least six X-ray diffraction peaks corresponding to a face spacing d of 148 ± 0.005 nm and 0.141 ± 0.005 nm. “Γ” means a γ-phase manganese dioxide type crystal structure.

《実施例5−1−1》
実施例4−1−1と同様にして、マンガンとニッケルとを含む炭酸塩共沈物(原料)を作製した。この原料を、酸素ガスの分圧が200MPaである混合雰囲気(Ar+O2)中、450℃で、20時間、加熱処理して、マンガンニッケル複合酸化物を得た。
このマンガンニッケル複合酸化物を用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、電池5−1−1を得た。
<< Example 5-1-1 >>
In the same manner as in Example 4-1-1, a carbonate coprecipitate (raw material) containing manganese and nickel was produced. This raw material was heat-treated at 450 ° C. for 20 hours in a mixed atmosphere (Ar + O 2 ) where the partial pressure of oxygen gas was 200 MPa to obtain a manganese-nickel composite oxide.
A battery 5-1-1 was obtained in the same manner as in Example 1-1-1 except that this manganese nickel composite oxide was used.

《実施例5−1−2〜実施例5−1−6》
硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液に含まれるマンガンとニッケルとの原子比を、0.6:0.4、0.7:0.3、0.8:0.2、0.9:0.1、または0.99:0.01としたこと以外、実施例5−1−1と同様にして、電池5−1−2〜5−1−6を得た。
<< Example 5-1-2 to Example 5-1-6 >>
The atomic ratio of manganese and nickel contained in the mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate is 0.6: 0.4, 0.7: 0.3, 0.8: 0.2, 0.9: 0. .1 or 0.99: 0.01, except that the battery 5-1-2 to 5-1-6 was obtained in the same manner as in Example 5-1-1.

《比較例5−1−1》
硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液の代わりに、濃度1mol/Lの硫酸マンガン水溶液を用いたこと以外、実施例5−1−1と同様にして、比較電池5−1−1を得た。
<< Comparative Example 5-1-1 >>
A comparative battery 5-1-1 was obtained in the same manner as in Example 5-1-1 except that a 1 mol / L manganese sulfate aqueous solution was used instead of the mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate.

《比較例5−1−2》
マンガンとニッケルとの原子比が0.4:0.6である硫酸マンガンと硫酸ニッケルとの混合水溶液を用いたこと以外、実施例5−1−1と同様にして、比較電池5−1−2を得た。なお、前記混合水溶液において、硫酸塩の合計濃度は、1mol/Lとした。
<< Comparative Example 5-1-2 >>
Comparative battery 5-1 was prepared in the same manner as in Example 5-1-1 except that a mixed aqueous solution of manganese sulfate and nickel sulfate having an atomic ratio of manganese to nickel of 0.4: 0.6 was used. 2 was obtained. In the mixed aqueous solution, the total concentration of sulfate was 1 mol / L.

《実施例5−2−1〜5−2−6、および比較例5−2−1〜5−2−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を20MPaとしたこと以外、実施例5−1−1〜5−1−6および比較例5−1−1〜5−1−2と同様にして、電池5−2−1〜5−2−6および比較電池5−2−1〜5−2−2を得た。
<< Examples 5-2-1 to 5-2-6 and Comparative Examples 5-2-1 to 5-2-2 >>
Examples 5-1-1 to 5-1-6 and Comparative Examples 5-1-1 to 5-1-2, except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 20 MPa In the same manner as described above, batteries 5-2-1 to 5-2-6 and comparative batteries 5-2-1 to 5-2-2 were obtained.

《実施例5−3−1〜5−3−6、および比較例5−3−1〜5−3−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、2MPaとしたこと以外、実施例5−1−1〜5−1−6および比較例5−1−1〜5−1−2と同様にして、電池5−3−1〜5−3−6および比較電池5−3−1〜5−3−2を得た。
<< Examples 5-3-1 to 5-3-6 and Comparative Examples 5-3-1 to 5-3-2 >>
Except that the partial pressure of the oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was set to 2 MPa, Examples 5-1-1 to 5-1-6 and Comparative Examples 5-1-1 to 5-1 In the same manner as in Example 2, batteries 5-3-1 to 5-3-6 and comparative batteries 5-3-1 to 5-3-2 were obtained.

《実施例5−4−1〜5−4−6、および比較例5−4−1〜5−4−2》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、0.1MPaとしたこと以外、実施例5−1−1〜5−1−6および比較例5−1−1〜5−1−2と同様にして、電池5−4−1〜5−4−6および比較電池5−4−1〜5−4−2を得た。
<< Examples 5-4-1 to 5-4-6 and Comparative Examples 5-4-1 to 5-4-2 >>
Except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 0.1 MPa, Examples 5-1-1 to 5-1-6 and Comparative Examples 5-1-1 to 5- In the same manner as in 1-2, batteries 5-4-1 to 5-4-6 and comparative batteries 5-4-1 to 5-4-2 were obtained.

《比較例5−5−1〜5−5−6》
原料を熱処理するときの混合雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧を、0.02MPaとしたこと以外、実施例5−1−1〜5−1−6と同様にして、比較電池5−5−1〜5−5−6を得た。
<< Comparative Examples 5-5-1 to 5-5-6 >>
Comparative battery 5-5 was made in the same manner as Example 5-1-1 to 5-1-6, except that the partial pressure of oxygen gas contained in the mixed atmosphere when heat-treating the raw material was 0.02 MPa. 1-5-5-6 was obtained.

表5に、実施例5−1−1〜5−4−6および比較例5−1−1〜5−5−6で作製した正極活物質の組成および結晶構造を示す。表5中の「新1」は、粉末X線回折チャートにおいて、0.692±0.005nm、0.490±0.005nm、0.309±0.005nm、0.240±0.005nm、0.183±0.005nm、0.153±0.005nm、および0.135±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも7本のX線回折ピークを示す、新規な結晶構造を意味する。また、「β」は、β相二酸化マンガン型の結晶構造を意味する。   Table 5 shows the compositions and crystal structures of the positive electrode active materials prepared in Examples 5-1-1 to 5-4-6 and Comparative Examples 5-1-1 to 5-5-6. “New 1” in Table 5 is 0.692 ± 0.005 nm, 0.490 ± 0.005 nm, 0.309 ± 0.005 nm, 0.240 ± 0.005 nm, 0 in the powder X-ray diffraction chart. Means a novel crystal structure showing at least seven X-ray diffraction peaks corresponding to a face spacing d of 183 ± 0.005 nm, 0.153 ± 0.005 nm, and 0.135 ± 0.005 nm. “Β” means a β-phase manganese dioxide type crystal structure.

《比較例6》
電解合成法により量産されている二酸化マンガン(三井金属鉱業(株)製)を正極活物質として用いたこと以外、実施例1−1−1と同様にして、比較電池6を作製した。
<< Comparative Example 6 >>
A comparative battery 6 was produced in the same manner as in Example 1-1-1, except that manganese dioxide (manufactured by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd.) mass-produced by the electrolytic synthesis method was used as the positive electrode active material.

[評価]
(初期容量および充放電サイクル特性)
作製した各電池を、20℃環境に3時間以上放置し、電池温度を20℃とした。こののち、各電池を、電流8mAの電流で、電池電圧が3Vとなるまで充電し、次いで、充電後の電池を、電池電圧が1Vに低下するまで放電した。このような充放電サイクルを繰り返し、サイクル毎に放電容量を測定した。こうして、放電容量が、1サイクル目の放電容量(初期容量)の50%となるサイクル数を求めた。なお、放電容量が、初期容量の50%に減少するまでの充放電サイクル回数が多いほど、良好な充放電サイクル特性を有する電池であるといえる。
結果を、表6〜10に示す。表6〜10の「初期容量」は、1サイクル目の放電容量を示す。「サイクル数」は、放電容量が、初期容量の50%となった充放電サイクル数を意味する。
[Evaluation]
(Initial capacity and charge / discharge cycle characteristics)
Each of the produced batteries was left in a 20 ° C. environment for 3 hours or more, and the battery temperature was set to 20 ° C. Thereafter, each battery was charged with a current of 8 mA until the battery voltage reached 3 V, and then the charged battery was discharged until the battery voltage dropped to 1 V. Such a charge / discharge cycle was repeated, and the discharge capacity was measured for each cycle. Thus, the number of cycles at which the discharge capacity was 50% of the discharge capacity (initial capacity) at the first cycle was determined. In addition, it can be said that it is a battery which has favorable charging / discharging cycling characteristics, so that there are many charging / discharging cycle counts until discharge capacity reduces to 50% of initial capacity.
The results are shown in Tables 6-10. “Initial capacity” in Tables 6 to 10 indicates the discharge capacity at the first cycle. “Number of cycles” means the number of charge / discharge cycles in which the discharge capacity is 50% of the initial capacity.

表1〜5から、原料の種類、加熱処理の温度、および酸素ガスの分圧に依存して、結晶構造の異なるマンガンニッケル複合酸化物が得られることが分かる。
得られたマンガンニッケル複合酸化物に含まれるマンガンとニッケルとの原子比は、原料におけるマンガンとニッケルとの原子比と等しいことも分かる。
また、ニッケルの含量が多いと、マンガンニッケル複合酸化物に含まれる酸素の含量(原子比)が減少する傾向があり、その減少傾向は低い酸素ガス分圧で加熱処理を行った場合に顕著であることがわかる。
It can be seen from Tables 1 to 5 that manganese-nickel composite oxides having different crystal structures can be obtained depending on the type of raw material, the temperature of heat treatment, and the partial pressure of oxygen gas.
It can also be seen that the atomic ratio of manganese and nickel contained in the obtained manganese-nickel composite oxide is equal to the atomic ratio of manganese and nickel in the raw material.
In addition, when the nickel content is high, the oxygen content (atomic ratio) in the manganese nickel composite oxide tends to decrease, and this decrease is remarkable when heat treatment is performed at a low oxygen gas partial pressure. I know that there is.

一方で、マンガンニッケル複合酸化物に含まれる酸素の原子比が1.5よりも小さい場合、およびマンガンニッケル複合酸化物に含まれる酸素の原子比が1.5以上であっても、原料を熱処理する雰囲気に含まれる酸素ガスの分圧が0.02MPaの場合には、不純物として酸化ニッケル(NiO)を含んでいた。   On the other hand, when the atomic ratio of oxygen contained in the manganese nickel composite oxide is smaller than 1.5, and even when the atomic ratio of oxygen contained in the manganese nickel composite oxide is 1.5 or more, the raw material is heat treated. In the case where the partial pressure of oxygen gas contained in the atmosphere is 0.02 MPa, nickel oxide (NiO) was included as an impurity.

表6〜10から、マンガンニッケル複合酸化物に含まれるニッケルの含量が多いと、サイクル特性が良好になる傾向がわかる。実施例の電池ではいずれも、放電容量が初期容量の50%となるサイクル数は、40回を上回っている。
しかし、ニッケルを含まないマンガンニッケル複合酸化物を用いた比較例の電池では、放電容量が初期容量の50%となるサイクル数は、20回未満であった。
From Tables 6-10, when there is much content of nickel contained in manganese nickel complex oxide, the tendency for cycling characteristics to become favorable is understood. In all the batteries of the examples, the number of cycles at which the discharge capacity becomes 50% of the initial capacity exceeds 40 times.
However, in the battery of the comparative example using the manganese nickel composite oxide not containing nickel, the number of cycles at which the discharge capacity was 50% of the initial capacity was less than 20 times.

マンガンニッケル複合酸化物に含まれるニッケルの原子比が多くなるにつれて、初期容量が減少する傾向が見られた。しかし、実施例の電池の初期容量は、従来の二酸化マンガンを用いた電池(比較電池6)の初期容量よりも大きかった。具体的に、ニッケルの原子比が最も少ないマンガンニッケル複合酸化物(すなわち、Mn0.99Ni0.012-y)を用いた電池の場合でも、サイクル特性が改善されるとともに、初期容量も増加している。
逆に、ニッケルの原子比が多いマンガンニッケル複合酸化物は、酸化ニッケル(NiO)を不純物として含んでおり、このようなマンガンニッケル複合酸化物を用いた比較電池の初期容量は、比較電池6の初期容量よりも小さかった。
There was a tendency for the initial capacity to decrease as the atomic ratio of nickel contained in the manganese nickel composite oxide increased. However, the initial capacity of the battery of the example was larger than the initial capacity of the battery using the conventional manganese dioxide (comparative battery 6). Specifically, even in the case of a battery using a manganese nickel composite oxide having the smallest nickel atomic ratio (ie, Mn 0.99 Ni 0.01 O 2-y ), the cycle characteristics are improved and the initial capacity is increased. Yes.
Conversely, a manganese nickel composite oxide having a high atomic ratio of nickel contains nickel oxide (NiO) as an impurity. The initial capacity of a comparative battery using such a manganese nickel composite oxide is that of the comparative battery 6. It was smaller than the initial capacity.

上記のように、原料の種類、加熱処理の温度、酸素ガスの分圧に依存して、結晶構造の異なるマンガンニッケル複合酸化物が得られ、その結晶構造の差異による電池特性の差はほとんどなかった。つまり、実施例で得られた、いずれの構造のマンガンニッケル複合酸化物も、本発明の効果が認められた。なかでも、γ相二酸化マンガン型の結晶構造を有するマンガンニッケル複合酸化物を含む電池の初期容量が、他の電池の初期容量と比較して、わずかに大きかった。このため、γ相二酸化マンガン型の結晶構造を有するマンガンニッケル複合酸化物が好ましい。   As described above, depending on the type of raw material, the temperature of heat treatment, and the partial pressure of oxygen gas, manganese nickel composite oxides with different crystal structures can be obtained, and there is almost no difference in battery characteristics due to the difference in crystal structures. It was. That is, the effects of the present invention were recognized in any structure of the manganese nickel composite oxide obtained in the examples. Among them, the initial capacity of the battery containing the manganese nickel composite oxide having the γ phase manganese dioxide type crystal structure was slightly larger than the initial capacity of other batteries. For this reason, a manganese nickel composite oxide having a γ phase manganese dioxide type crystal structure is preferred.

本発明により得られた非水電解質二次電池用活物質を用いることにより、主として充放電サイクル特性を向上させた非水電解質二次電池を得ることが可能となる。このような非水電解質二次電池は、種々の用途の機器の電源として用いることができ、例えば、特に電子機器の主電源に適している。   By using the non-aqueous electrolyte secondary battery active material obtained by the present invention, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery having mainly improved charge / discharge cycle characteristics. Such a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used as a power source of equipment for various applications, and is particularly suitable for a main power source of electronic equipment, for example.

本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を概略的に示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view schematically showing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 ガスケット
5 封口板
6 正極ケース
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Gasket 5 Sealing plate 6 Positive electrode case

Claims (6)

マンガンとニッケルとを含む原料を、酸素ガスの圧力が0.1MPa以上200MPa以下の雰囲気中で加熱する工程を含み、
前記マンガンとニッケルとを含む原料が、マンガンとニッケルとを含む炭酸塩共沈物、マンガンとニッケルとを含む水酸化物共沈物、マンガンを含む硝酸塩とニッケルを含む硝酸塩の混合物、およびマンガンを含む有機酸塩とニッケルを含む有機酸塩の混合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、非水電解質二次電池用活物質の製造方法。
Including a step of heating a raw material containing manganese and nickel in an atmosphere having an oxygen gas pressure of 0.1 MPa to 200 MPa,
The raw material containing manganese and nickel includes a carbonate coprecipitate containing manganese and nickel, a hydroxide coprecipitate containing manganese and nickel, a mixture of nitrate containing nickel and nitrate containing nickel, and manganese. The manufacturing method of the active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing at least 1 sort (s) selected from the group which consists of the mixture of the organic acid salt containing and the organic acid salt containing nickel.
以下の式(1):
Mn1-xNix2-y (1)
(式中、0.01≦x≦0.5、0≦y≦0.5)
で表されるマンガンニッケル複合酸化物を含む、非水電解質二次電池用活物質。
The following formula (1):
Mn 1-x Ni x O 2-y (1)
(Wherein 0.01 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.5)
The active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing the manganese nickel complex oxide represented by these.
前記マンガンニッケル複合酸化物は、粉末X線回折チャートにおいて、0.692±0.005nm、0.490±0.005nm、0.309±0.005nm、0.240±0.005nm、0.183±0.005nm、0.153±0.005nm、および0.135±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも7本のX線回折ピークを示す、請求項2記載の非水電解質二次電池用活物質。   The manganese nickel composite oxide is 0.692 ± 0.005 nm, 0.490 ± 0.005 nm, 0.309 ± 0.005 nm, 0.240 ± 0.005 nm, 0.183 in the powder X-ray diffraction chart. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, which exhibits at least seven X-ray diffraction peaks corresponding to an interplanar spacing d of ± 0.005 nm, 0.153 ± 0.005 nm, and 0.135 ± 0.005 nm. Active material. 前記マンガンニッケル複合酸化物は、粉末X線回折チャートにおいて、0.473±0.005nm、0.244±0.005nm、0.215±0.005nm、0.167±0.005nm、0.148±0.005nm、および0.141±0.005nmの面間隔dに相当する少なくとも6本のX線回折ピークを示す、請求項2記載の非水電解質二次電池用活物質。   The manganese nickel composite oxide is 0.473 ± 0.005 nm, 0.244 ± 0.005 nm, 0.215 ± 0.005 nm, 0.167 ± 0.005 nm, 0.148 in the powder X-ray diffraction chart. The active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, which exhibits at least six X-ray diffraction peaks corresponding to an interplanar spacing d of ± 0.005 nm and 0.141 ± 0.005 nm. 前記マンガンニッケル複合酸化物は、γ相二酸化マンガン型の結晶構造もしくはβ相二酸化マンガン型の結晶構造を有するか、またはγ相二酸化マンガン型とβ相二酸化マンガン型との混晶を含む、請求項2記載の非水電解質二次電池用活物質。   The manganese nickel composite oxide has a γ phase manganese dioxide type crystal structure or a β phase manganese dioxide type crystal structure, or a mixed crystal of a γ phase manganese dioxide type and a β phase manganese dioxide type. 2. The active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to 2. 負極と、請求項2〜5のうちのいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用活物質を含む正極と、前記負極と前記正極との間に配置されたセパレータと、非水電解質とを備える非水電解質二次電池。   A negative electrode, a positive electrode including the active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 2 to 5, a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode, and a non-aqueous electrolyte A non-aqueous electrolyte secondary battery.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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