JP2011076797A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2011076797A
JP2011076797A JP2009225317A JP2009225317A JP2011076797A JP 2011076797 A JP2011076797 A JP 2011076797A JP 2009225317 A JP2009225317 A JP 2009225317A JP 2009225317 A JP2009225317 A JP 2009225317A JP 2011076797 A JP2011076797 A JP 2011076797A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
active material
mass
electrode active
nonaqueous electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009225317A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinya Miyazaki
晋也 宮崎
Takeshi Chiba
毅 千葉
Kenta Ishida
謙太 石田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2009225317A priority Critical patent/JP2011076797A/ja
Priority to CN2010102879119A priority patent/CN102035019A/zh
Priority to KR1020100093679A priority patent/KR20110035929A/ko
Priority to US12/893,637 priority patent/US20110076558A1/en
Publication of JP2011076797A publication Critical patent/JP2011076797A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0568Liquid materials characterised by the solutes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0569Liquid materials characterised by the solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

【課題】正極活物質としてのリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物〔LiNiaCobMncO2〕の高温サイクル特性を向上させ、低コストでもって高電圧、高容量で高温サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を提供する。
【解決手段】リチウムイオンを吸蔵放出することのできる正極活物質を有する正極と、リチウムイオンを吸蔵放出することのできる負極活物質を有する負極と、非水電解質を備えた非水電解質二次電池において、正極活物質は、水溶性アルカリ量が0.4質量%以下であるLiNiaCobMnc2(但しa+b+c=1、0.3≦a≦0.6、0.3≦b≦0.6、0.1≦c≦0.4)であり、非水電解質は、LiPF6を主電解質塩とし、LiBF4を0.01質量%以上0.5質量%以下の範囲で含み、更に1.5〜5質量%のビニレンカーボネートを含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、リチウムイオンを吸蔵放出することのできるリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物を正極活物質とする非水電解質二次電池の改良に関する。
リチウムイオンを吸蔵放出することのできるコバルト酸リチウムは、非水電解質二次電池用の正極活物質材料として有用性が高い。しかし、コバルトは埋蔵量が少なく資源的な制約がある。
リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、コバルト酸リチウムに比較しコバルトの使用量を低減でき、しかも高電圧、高容量という特性を備えているので、コバルト酸リチウムに代替できる正極活物質として期待されている。
然るに、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、その合成過程において反応生成物中に水溶性アルカリが残留し易いという問題を抱えている。
リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物に含まれる水溶性アルカリは、電池内で悪作用する。このため、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物を正極活物質として用いた非水電解質二次電池は、コバルト酸リチウムを用いた電池に比較し、高温サイクル特性が悪くなる。その一方、残存する水溶性アルカリ量を低減するために、合成反応で使用するリチウム源としてのリチウム源量を減らすと、反応生成物の充放電反応性が悪くなり、このものを正極活物質として用いると、表面近傍の充放電反応性の悪さに起因して電解液の分解という副反応が起こり易くなる。このため、やはり高温サイクル特性が低下する。
このようなことから、合成反応時に使用するアルカリ量を調整する手法のみでは、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物の高温サイクル特性を十分に向上させることができない。
リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を用いた非水電解質二次電池に関する先行技術としては、下記先行技術文献に記載の技術が上げられる。
特開平10-208728号公報 特開平5-74455号公報 特開2005-56841号公報
本発明は、正極活物質としてのリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物の高温サイクル特性を向上させ、もって高電圧、高容量で高温サイクル特性にも優れた非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明は次のように構成されている。リチウムイオンを吸蔵放出することのできる正極活物質を有する正極と、リチウムイオンを吸蔵放出することのできる負極活物質を有する負極と、非水電解質を備えた非水電解質二次電池において、前記正極活物質は、水溶性アルカリ量が0.4質量%以下であるLiNiaCobMnc2(但しa+b+c=1、0.3≦a≦0.6、0.3≦b≦0.6、0.1≦c≦0.4)であり、前記非水電解質は、LiPF6を主電解質塩として含み、更にLiBF4を0.01質量%以上0.5質量%以下の範囲で含むことを特徴とする。
本発明では、元素組成比がa+b+c=1、0.3≦a≦0.6、0.3≦b≦0.6、0.1≦c≦0.4に規制され、含有する水溶性アルカリ量が0.4以下に規制されたLiNiaCobMnc2を正極活物質として用い、且つLiPF6を主電解質塩とし、LiBF4を0.01質量%以上0.5質量%以下の範囲で含む非水電解質を用いて二次電池を構成する。この構成であると、各要素が都合よく作用し合って、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物の高温サイクル特性が悪いという欠点を改善する。よって、上記構成にかかる本発明によると、高電圧、高容量で高温サイクル特性にも優れた非水電解質二次電池を実現できる。
また、上記構成において、前記非水電解質は、1.5〜5質量%のビニレンカーボネートを含むものとすることができる。
この構成であると、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物〔LiNiaCobMncO2〕を正極活物質とする非水電解質二次電池の高温サイクル特性を一層向上させることができる。
本発明によると、各構成要素が都合よくバランスし作用し合ってリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物〔LiNiaCobMncO2〕の高温サイクル特性が悪いという欠点を解消し、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物〔〔LiNiaCobMncO2〕の長所を引き出すことができる。よって、本発明によると、コバルト酸リチウムに比較しより安価に高電圧、高容量で高温サイクル特性にも優れた非水電解質二次電池を提供することができる。
本発明にかかる非水電解質二次電池を含む種々の実験例電池(No.1〜28、No.30〜32、No.40〜43、No.50〜54)と、その高温サイクル維持率(%)の関係を明らかにすることを通して、本発明を実施するための形態を説明する。
本発明を実施するための形態にかかる技術内容を明らかにするため、上記実験例電池No.1〜28を第1実験群、実験例電池No.30〜32を第2実験群、実験例電池No.40〜43を第3実験群、実験例電池No.50〜54を第4実験群に別ける。そして、第1実験群では、正極活物質〔LiNiaCobMncO2〕の元素組成比と高温サイクル維持率(%)の関係を明らかにし、第2実験群では、正極活物質の水溶性アルカリ量と高温サイクル維持率(%)の関係を明らかにし、第3実験群では、非水電解質へのLiBF4加量と高温サイクル維持率(%)の関係を明らかにする。また、第4実験群では、非水電解質へのビニレンカーボネート添加量と高温サイクル維持率(%)の関係を明らかにする。
〈第1実験群〉
第1実験群では、正極活物質の水溶性アルカリ量を0.1質量%(一定)とし、正極活物質〔LiNiaCobMncO2〕の元素組成比a:b:cを28通りに変化させた実験例電池No.1〜28(表1参照)を作製した。そして、これらの電池の高温サイクル維持率(%)を調べ、元素組成比と高温サイクル維持率(%)との関係性を明らかにした。初めに実験例電池の作製方法を説明する。
1.正極活物質の作製
先ず、目的とする組成比となるように各々の量を調整した、Ni、Co、Mnの3つの金属元素を硫酸に溶解した。この硫酸溶液に炭酸水素ナトリウムを加えて、これら金属の炭酸塩を共沈させた。この共沈物を熱分解反応させ、Ni、Mnを含む四酸化三コバルトを得た。
次に、上記Ni、Mnを含む四酸化三コバルトと適量の炭酸リチウムとを乳鉢で混合し、この混合物を空気雰囲気下850℃で20時間焼成し、焼成体を得た。この焼成体を乳鉢中で粉砕し、平均粒径が10μmのリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物を得た。このようにして、No.1〜28の28通りのリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物〔LiNiaCobMncO2〕を作製した。
(元素組成比の測定)
上記で合成したリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物中のLi,Ni、Co、Mnの量をプラズマ発光分析(Inductively Coupled Plasma)により測定し、各々の元素組成比(a:b:c)を求めた。その結果、第1実施群の電池の元素組成比は表1の通りであった。
(水溶性アルカリ量の測定)
上記で合成したリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物中の水溶性アルカリ量を中和滴定法(warder法)で測定した。具体的には、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物〔LiNiaCobMncO2〕5gを50mlの純水に入れ、1時間撹拌した後、ろ過して固形分を取り除き、得られた抽出液に既知濃度の塩酸液を、溶液pHがpH8.4となるまで滴下し、このときの塩酸量αを測定した。引き続いて同上塩酸液を、溶液pHがpH4.0となるまでの滴下し、このときの塩酸量βを測定した。
この測定における2βの塩酸量が、炭酸リチウム(Li2CO3)量に対応し(等価であり)、〔α‐β〕が水酸化リチウム(LiOH)全量に対応することになるので、活物質質量に対する炭酸リチウム量、水酸化リチウム量の総和量を、正極活物質中に存在する水溶性アルカリ量とした。この測定の結果、第1実施群電池の水溶性アルカリ量は全て0.1質量%であった。
なお、炭酸リチウムは、合成反応時に添加された炭酸リチウムに由来するものであり、水酸化リチウムは、リチウム源が空気中の水分と反応して生じるものであると考えられる。上記中和滴定法により、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物中の炭酸リチウム量と水酸化リチウム量とを知ることができるので、その結果を参考して合成反応の際にリチウム源として使用する炭酸リチウムの量を増減することによって、所望の水溶性アルカリ量(ここでは0.1%)を有するリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物を得ることができる。
2.正極の作製
上記で作製したリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物〔LiNiaCobMncO2〕を正極活物質とし、これが85質量部,導電剤としての炭素粉末が10質量部,結着剤としてのポリフッ化ビニリデン粉末が5質量部となるよう混合し,これをn−メチルピロリドン(NMP)溶液に混合してスラリーを調製した。このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム製の集電体の両面にドクターブレード法により塗布して,正極集電体の両面に活物質層を形成した。その後,圧縮ローラーを用いて160μmに圧縮し,短辺の長さが55mm、長辺の長さが500mmの正極を作製した。
3.負極の作製
天然黒鉛粉末が95質量部と,ポリフッ化ビニリデン粉末が5質量部となるよう混合し,これをのNMP溶液と混合してスラリーを調製し、このスラリーを厚さ18μmの銅製の集電体の片面にドクターブレード法により塗布して活物質層を形成した。その後,圧縮ローラーを用いて155μmに圧縮し,短辺の長さが57mm,長辺の長さが550mmの負極を作製した。
ここで、上記黒鉛の電位はLi基準で0.1Vであり、正極及び負極の活物質充填量は、設計基準となる正極活物質の電位において、正極と負極の理論充電容量比(負極充電容量/正極充電容量)が1.1となるように調整した。
4.非水電解質の作製
エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ビニレンカーボネート(VC)の混合溶媒に、LiPF6とLiBF4を溶解し、総質量100に対するそれぞれの質量割合が、EC 30%:DEC 55.3%:VC 2.5%:LiPF6 12%:LiBF4 0.2% である非水電解質(電解液ともいう)を作製した。
5.電池の作製
上記正極及び負極の間に、セパレータとしてポリプロピレン製微多孔膜を挟み、巻回して電極体となし、これを高さ65mm、直径18mmの有底円筒缶に収容した後、上記非水電解質を注液した。このようにして、表1に示す第1実験例電池No.1〜28を作製した。
[高温サイクル試験]
上記各実験例電池について高温サイクル維持率(%)を求める高温サイクル試験を行った。高温サイクル試験は、70℃の温度環境で電池を、1600mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、この後、4.2Vの定電圧で電流値が30mAになるまで充電した。次いで、同様な温度環境下において電流値1600mAで2.7Vまで放電し、この充放電サイクルを300回繰り返すというものである。この高温サイクル試験における1サイクル目の放電容量に対する300サイクル目の放電容量の比率(%)を、高温サイクル維持率(%)とした。
表1に第1実験群における結果を一覧表示した。表1において、正極活物質〔LiNiaCobMncO2〕の元素組成比と高温サイクル維持率(%)の関係を明らかにする。
Figure 2011076797
表1の実験例電池No.1〜7は、Coの比率bを0.2(一定)とし、NiとMnの比率(a、c)を変化させ、他の条件を全て一定にして作製した非水電解質二次電池である。実験例電池No.1〜7の高温サイクル維持率は、70〜74%と低い値であった。
表1の実験例電池No.8〜13は、Coの比率bを0.3(一定)とし、NiとMnの比率a、cを変化させ、他の条件を全て一定にして作製した非水電解質二次電池である。実験例電池No.8〜13において、aが0.3〜0.6の実験例電池No.9〜12は高温サイクル維持率が83%で良好であるのに対し、aが0.2の実験例電池No.8、及びcが0(a=7)の実験例電池No.13の高温サイクル維持率は72%と低い値であった。
表1の実験例電池No.14〜18は、Coの比率bを0.4(一定)とし、NiとMnの比率a、cを変化させ、他の条件を全て一定にして作製した非水電解質二次電池である。実験例電池No.14〜18において、aが0.3〜0.5の実験例電池No.15〜17は高温サイクル維持率が84〜85%で良好であるのに対し、aが0.2の実験例電池No.14、及びcが0(a=6)の実験例電池No.18の高温サイクル維持率は、何れも74%と低い値であった。
表1の実験例電池No.19〜22は、Coの比率bを0.5(一定)とし、NiとMnの比率a、cを変化させ、他の条件を全て一定にして作製した非水電解質二次電池である。実験例電池No.19〜22において、aが0.3〜0.4の実験例電池No.20〜21は高温サイクル維持率が84〜85%で良好であるのに対し、aが0.2の実験例電池No.19、及びcが0(a=5)の実験例電池No.22の高温サイクル維持率は、それぞれ77%、76%と低い値であった。
表1の実験例電池No.23〜25は、Coの比率bを0.6(一定)とし、NiとMnの比率a、cを変化させ、他の条件を全て一定にして作製した非水電解質二次電池である。これらの実験例電池において、aが0.3の実験例電池No.24は高温サイクル維持率が84%と良好であるのに対し、aが0.2の実験例電池No.23、及びcが0(a=4)の実験例電池No.25の高温サイクル維持率は、それぞれ77%、76%と低い値であった。
表1の実験例電池No.26〜27は、Coの比率bを0.7(一定)とし、NiとMnの比率a、cを変化させ、他の条件を全て一定にして作製した非水電解質二次電池である。これらの実験例電池においては、aが0.2の実験例電池No.26、及びcが0(a=3)の実験例電池No.27の高温サイクル維持率はそれぞれ77%、76%と低い値であった。
表1の実験例電池No.28は、Coの比率bを0.8、Niの比率aを0.2、Mnの比率cを0とし、他の条件を上記No.1〜27と同様にして作製した非水電解質二次電池である。この実験例電池No.28は、高温サイクル維持率が76%と低い値であった。
表1に示す以上の結果から、正極活物質として使用するリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物〔LiNiaCobMncO2〕のa、b、cを、a+b+c=1、0.3≦a≦0.6、0.3≦b≦0.6、0.1≦c≦0.4とすることにより、高温サイクル維持率を高めることができることが明らかになった。
〈第2実験群〉
第2実験群では、元素組成及び非水電解質を実験例電池No.15と同じとし、水溶性アルカリ量が異なる3通りの〔LiNi0.3Co0.4Mn0.3O2〕を用いて非水電解質二次電池(No.30〜32)を作製した。そして、これらの電池及び実験例電池No.15を用いて、正極活物質の水溶性アルカリ量と高温サイクル維持率(%)の関係を調べた。
その結果を表2に示した。なお、実験例電池No.15は上記第1実験群で作製した電池であり、実験例電池No.30〜32は、合成反応時にリチウム源としての水溶性リチウム添加量を異ならせたこと以外は実験例電池No.15と同様な条件・方法で作製されている。
Figure 2011076797
表2において、水溶性アルカリ量が0.5質量%の実験例電池No.32の高温サイクル維持率が76%と低かったが、他の電池は何れも良好であった。なお、各表における水溶性アルカリ量は、水溶性アルカリを含む正極活物質全量を100とした場合における質量%で表示されている。
表2の結果から、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物〔LiNiaCobMncO2〕に含まれる水溶性アルカリ量を0.4質量%以下とする必要があることが明らかになった。
〈第3実験群〉
第3実験群では、元素組成及び水溶性アルカリ量が実験例電池No.15と同じで、非水電解質中のLiBF4添加量(全量に対する質量%)のみを違えた実験例電池No.40〜43を作製した。これらの電池及び実験例電池No.15を用いて、非水電解質へのLiBF4添加量と高温サイクル維持率(%)の関係を調べた。その結果を表3に示した。なお、LiBF4の増減分は、LiPF6を増減することにより調整し他の成分割合に影響しないようにした。
Figure 2011076797
表3において、LiBF4添加量が0の実験例電池No.40とLiBF4添加量が0.6質量%の実験例電池No.43の高温サイクル維持率は、それぞれ70%、77%と低かった。これに対しLiBF4添加量が0.01〜0.5質量%の実験例電池No.41〜42の高温サイクル維持率は、83〜85%であり良好であった。
以上の結果から、非水電解質へのLiBF4添加量は、0.01〜0.5質量%とする必要があることが明らかになった。
〈第4実験群〉
第4実験群では、〔LiNiaCobMncO2〕の水溶性アルカリ量を0.1質量%、〔LiNiaCobMncO2〕のa/b/cを0.3/0.4/0.3とし、非水電解質中のLiBF4量を0.2質量%(一定)とし、非水電解質へのビニレンカーボネートの配合量(質量%)を1、1.5、2.9、5、6質量%に変化させた実験例電池No.50〜54を作製した。これらの電池を用いて、非水電解質へのビニレンカーボネート添加量と高温サイクル維持率(%)の関係を調べた。その結果を表4に示した。なお、ビニレンカーボネートの増減分は、ジエチルカーボネートを増減することにより調整し他の成分割合に影響しないようにした。
Figure 2011076797
表4から、何れの実験例電池も良好な高温サイクル維持率が得られたが、ビニレンカーボネート添加量が1.5〜5質量%である実験例電池No.51〜53において特に良好な良好な高温サイクル維持率が得られた。この結果から、ビニレンカーボネート添加量は、1.5〜5質量%とするのが好ましいことが明らかになった。
以上により、a+b+c=1、0.3≦a≦0.6、0.3≦b≦0.6、0.1≦c≦0.4)であって、その水溶性アルカリ量が0.4質量%以下であるLiNiaCobMnc2を正極活物質として用い、かつLiPF6を主電解質塩とし、LiBF4を0.01質量%以上0.5質量%以下の範囲で含む非水電解質を用いて非水電解質二次電池を構成することにより、高温サイクル維持率に優れた電池を実現することができることを実証できた。また、上記非水電解質に1.5〜5質量%のビニレンカーボネートを含めると、顕著に高温サイクル維持率が高まることが実証できた。
本発明は、これらの実験結果に基づいて完成されたものである。よって、上記実験例電池No.9〜12、15〜17、20〜21、24,30〜31、41〜42、50〜54が本発明にかかる実施例に該当し、上記実験例電池No1〜8、13〜14、18〜19、22〜23,25〜28、32,40,43が比較例に該当することになる。
そして完成電池における正極活物質〔LiNiaCobMncO2〕中の水溶性アルカリ量は、除湿雰囲気中で完成電池を解体して正極から活物質を取り出し、これをジエチルカーボネートで洗浄した後、乾燥し、この乾燥物を秤量して、上記した中和滴定法を適用することにより知ることができ、この値が本発明構成要素にかかる正極活物質〔LiNiaCobMncO2〕中の水溶性アルカリ量となる。
また、本発明にかかる負極は、リチウムイオンを吸蔵放出することのできる負極活物質を有する負極であればよく、負極活物質の種類は特に限定されるものではないが、リチウムイオンを吸蔵放出することのできる炭素質物を用いるのが好ましい。特にLi基準で0.1V程度以下の炭素質物を用いるのが好ましい。電位の低い炭素質物を用いると、電池電圧を高めることができ、正極活物質の利用率及び電池容量を高めることができるからである。
炭素質物としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、またはこれらの焼成体の一種あるいは複数種混合したものなどが例示できる。
本発明によると、コバルト酸リチウムに比較しより安価に、高電圧、高容量で高温サイクル特性にも優れた非水電解質二次電池を提供することができる。よって、本発明の産業上の利用可能性は大きい。

Claims (2)

  1. リチウムイオンを吸蔵放出することのできる正極活物質を有する正極と、リチウムイオンを吸蔵放出することのできる負極活物質を有する負極と、非水電解質を備えた非水電解質二次電池において、
    前記正極活物質は、水溶性アルカリ量が0.4質量%以下であるLiNiaCobMnc2(但しa+b+c=1、0.3≦a≦0.6、0.3≦b≦0.6、0.1≦c≦0.4)であり、
    前記非水電解質は、LiPF6を主電解質塩として含み、更にLiBF4を0.01質量%以上0.5質量%以下の範囲で含む、
    ことを特徴とする非水電解質二次電池。
  2. 請求項1に記載の非水電解質二次電池において、
    前記非水電解質は、1.5〜5質量%のビニレンカーボネートを含む、
    ことを特徴とする非水電解質二次電池。
JP2009225317A 2009-09-29 2009-09-29 非水電解質二次電池 Pending JP2011076797A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009225317A JP2011076797A (ja) 2009-09-29 2009-09-29 非水電解質二次電池
CN2010102879119A CN102035019A (zh) 2009-09-29 2010-09-17 非水电解质二次电池
KR1020100093679A KR20110035929A (ko) 2009-09-29 2010-09-28 비수 전해질 이차 전지
US12/893,637 US20110076558A1 (en) 2009-09-29 2010-09-29 Non-aqueous electrolyte secondary cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009225317A JP2011076797A (ja) 2009-09-29 2009-09-29 非水電解質二次電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011076797A true JP2011076797A (ja) 2011-04-14

Family

ID=43780744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009225317A Pending JP2011076797A (ja) 2009-09-29 2009-09-29 非水電解質二次電池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20110076558A1 (ja)
JP (1) JP2011076797A (ja)
KR (1) KR20110035929A (ja)
CN (1) CN102035019A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013024739A1 (ja) * 2011-08-16 2013-02-21 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池用活物質、非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用活物質の製造方法
JP2015056368A (ja) * 2013-09-13 2015-03-23 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法
WO2018079809A1 (ja) 2016-10-31 2018-05-03 住友金属鉱山株式会社 ニッケルマンガン複合水酸化物とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池
WO2022137359A1 (ja) * 2020-12-22 2022-06-30 日本碍子株式会社 全固体二次電池

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011077932A1 (ja) 2009-12-22 2011-06-30 Jx日鉱日石金属株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極及びそれを用いたリチウムイオン電池、並びに、リチウムイオン電池用正極活物質前駆体
JP5819199B2 (ja) 2010-02-05 2015-11-18 Jx日鉱日石金属株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池
JP5819200B2 (ja) 2010-02-05 2015-11-18 Jx日鉱日石金属株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池
KR101430843B1 (ko) 2010-03-04 2014-08-18 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 리튬 이온 전지용 정극 활물질, 리튬 이온 전지용 정극, 및 리튬 이온 전지
KR101445954B1 (ko) 2010-03-04 2014-09-29 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 리튬 이온 전지용 정극 활물질, 리튬 이온 전지용 정극, 및 리튬 이온 전지
EP2544274B1 (en) 2010-03-04 2019-02-20 JX Nippon Mining & Metals Corporation Positive electrode active substance for lithium ion batteries, positive electrode for lithium ion batteries, and lithium ion battery
EP2544273A4 (en) 2010-03-04 2014-06-25 Jx Nippon Mining & Metals Corp POSITIVE ACTIVE ELECTRODE MATERIAL FOR LITHIUM ION BATTERIES, POSITIVE ELECTRODE FOR LITHIUM ION BATTERIES AND LITHIUM ION BATTERY
WO2012073549A1 (ja) 2010-12-03 2012-06-07 Jx日鉱日石金属株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池
CN102754252B (zh) 2011-01-21 2014-12-17 Jx日矿日石金属株式会社 锂离子电池用正极活性物质的制造方法及锂离子电池用正极活性物质
CN102812583B (zh) 2011-03-29 2015-02-11 Jx日矿日石金属株式会社 锂离子电池用正极活性物质的制造方法及锂离子电池用正极活性物质
WO2012133434A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 Jx日鉱日石金属株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池
JP6292739B2 (ja) 2012-01-26 2018-03-14 Jx金属株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池
JP6292738B2 (ja) 2012-01-26 2018-03-14 Jx金属株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池
JP5916876B2 (ja) 2012-09-28 2016-05-11 Jx金属株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池
JP6580886B2 (ja) 2015-06-30 2019-09-25 株式会社エンビジョンAescジャパン リチウムイオン二次電池
JPWO2021085344A1 (ja) * 2019-10-31 2021-05-06

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004082046A1 (ja) * 2003-03-14 2004-09-23 Seimi Chemical Co., Ltd. リチウム二次電池用正極活物質粉末
JP2006216378A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2006286382A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2008059753A (ja) * 2005-08-31 2008-03-13 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2008270199A (ja) * 2007-03-29 2008-11-06 Mitsubishi Chemicals Corp リチウム二次電池及びそれに使用されるリチウム二次電池用正極

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100612272B1 (ko) * 2003-07-31 2006-08-11 삼성에스디아이 주식회사 비수성 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
US20070298512A1 (en) * 2005-04-13 2007-12-27 Lg Chem, Ltd. Material for lithium secondary battery of high performance
CN102544585A (zh) * 2007-04-05 2012-07-04 三菱化学株式会社 二次电池用非水电解液以及使用该非水电解液的非水电解质二次电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004082046A1 (ja) * 2003-03-14 2004-09-23 Seimi Chemical Co., Ltd. リチウム二次電池用正極活物質粉末
JP2006216378A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2006286382A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2008059753A (ja) * 2005-08-31 2008-03-13 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2008270199A (ja) * 2007-03-29 2008-11-06 Mitsubishi Chemicals Corp リチウム二次電池及びそれに使用されるリチウム二次電池用正極

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013024739A1 (ja) * 2011-08-16 2013-02-21 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池用活物質、非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用活物質の製造方法
JP2015056368A (ja) * 2013-09-13 2015-03-23 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法
WO2018079809A1 (ja) 2016-10-31 2018-05-03 住友金属鉱山株式会社 ニッケルマンガン複合水酸化物とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池
KR20190078603A (ko) 2016-10-31 2019-07-04 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 니켈 망간 복합 수산화물과 그의 제조 방법, 비수계 전해질 이차 전지용 정극 활물질과 그의 제조 방법, 및 비수계 전해질 이차 전지
WO2022137359A1 (ja) * 2020-12-22 2022-06-30 日本碍子株式会社 全固体二次電池

Also Published As

Publication number Publication date
US20110076558A1 (en) 2011-03-31
KR20110035929A (ko) 2011-04-06
CN102035019A (zh) 2011-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011076797A (ja) 非水電解質二次電池
JP6380608B2 (ja) リチウム複合化合物粒子粉末の製造方法、リチウム複合化合物粒子粉末を非水電解質二次電池に用いる方法
JP5879761B2 (ja) リチウム複合化合物粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池
JP5430920B2 (ja) 非水電解質二次電池
KR100609789B1 (ko) 비수 전해질 이차 전지
JP5987401B2 (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法および二次電池
EP2919304B1 (en) Positive electrode active material and hybrid ion battery
US9960413B2 (en) LMFP cathode materials with improved electrochemical performance
CN109155412A (zh) 非水系电解质二次电池用正极活性物质和其制造方法、非水系电解质二次电池用正极复合材料糊剂和非水系电解质二次电池
JPWO2017047015A1 (ja) 電池
WO2012165212A1 (ja) 非水電解質二次電池
JPH1140156A (ja) 非水電解質二次電池
JP2012048959A (ja) 非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池
Guo et al. Effects of sodium substitution on properties of LiMn2O4 cathode for lithium ion batteries
JP2021064598A (ja) リチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法
KR101528333B1 (ko) 나트륨이차전지용 나트륨 바나듐 산화물 음극소재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 나트륨이차전지
JP2018014208A (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法
JP5900852B2 (ja) 鉄含有複合リン酸フッ化物、その製造方法、及びそれを正極活物質として用いた二次電池
WO2013031523A1 (ja) 非水電解質二次電池
KR20200094783A (ko) 인산망간 코팅된 리튬 니켈 산화물 재료
JP4969051B2 (ja) コバルト酸リチウム正極活物質の製造方法
JP7202663B2 (ja) スピネル型ナトリウムチタン酸化物
JP3615416B2 (ja) リチウム二次電池
JP4581525B2 (ja) 正極活物質及びその製造方法、並びにリチウム二次電池
JP2011076891A (ja) 非水電解質二次電池の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120808

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130730

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130731

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20131203