JP2013137947A - Lithium ion secondary battery and method of manufacturing cathode active material for lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve capacity, cycle characteristic and rate characteristic of a battery and also suppress gas generation when cycled in a lithium ion secondary battery charged/discharged at a high charging voltage.SOLUTION: A lithium ion secondary battery includes: a positive electrode collector; and a cathode active material layer formed on the surface of the positive electrode collector. A cathode active material is comprised of secondary particles composed of primary particles. A part of the surface of the primary particles is covered with a lithium metal oxide layer, and the rest of the surface of the primary particles is a positive electrode for the lithium ion secondary battery that is covered with a metal oxide layer of a cubic crystal.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery and a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、高容量で高エネルギー密度を有し、小型化および軽量化が容易であることから、たとえば、携帯用小型電子機器の電源として汎用されている。携帯用小型電子機器には、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、携帯ゲーム機などがある。   Lithium ion secondary batteries have high capacity, high energy density, and are easy to reduce in size and weight, and are therefore widely used as power sources for portable small electronic devices, for example. Examples of portable small electronic devices include mobile phones, personal digital assistants (PDAs), notebook personal computers, video cameras, and portable game machines.

代表的なリチウムイオン二次電池は、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物を含有する正極、負極活物質として炭素材料を含有する負極およびポリオレフィン製多孔質膜(セパレータ)を備える。機器の小型化、軽量化に伴い、リチウムイオン二次電池の更なる高エネルギー密度化に対する需要が強まっており、従来の電池設計では、容量が頭打ちになりつつある中、リチウムイオン二次電池の長寿命・高出力・高充電電圧化へ向けた研究が広く行われている。   A typical lithium ion secondary battery includes a positive electrode containing a lithium cobalt composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode containing a carbon material as a negative electrode active material, and a polyolefin porous membrane (separator). As devices become smaller and lighter, demand for further increases in energy density of lithium ion secondary batteries is increasing. With conventional battery designs, the capacity is approaching the limit. Researches for long life, high output, and high charging voltage are widely conducted.

特許文献1では、正極活物質表面の炭酸根を低減することを目的として、リチウムニッケル複合酸化物の表面の少なくとも一部に、ホウ素化合物もしくはホウ素化合物分解物層を有する正極活物質が開示されている。   Patent Document 1 discloses a positive electrode active material having a boron compound or a boron compound decomposition product layer on at least a part of the surface of a lithium nickel composite oxide for the purpose of reducing carbonate radicals on the surface of the positive electrode active material. Yes.

また、熱安定性の向上を目的とし、特許文献2では、表面処理層を少なくとも二重に設けた正極活物質リチウムイオン二次電池が開示されている。   For the purpose of improving thermal stability, Patent Document 2 discloses a positive electrode active material lithium ion secondary battery in which at least double surface treatment layers are provided.

また、耐高電圧性の高いリチウムイオン二次電池を提供することを目的として、特許文献3では、正極にリチウムニッケル複合酸化物の酸素の一部をホウ素あるいはフッ素で置換した正極活物質を採用したリチウムイオン二次電池が開示されている。   In addition, for the purpose of providing a lithium ion secondary battery with high high voltage resistance, Patent Document 3 employs a positive electrode active material in which a part of oxygen in a lithium nickel composite oxide is substituted with boron or fluorine for the positive electrode. A lithium ion secondary battery is disclosed.

特開2010−40382号公報JP 2010-40382 A 特開2002−164053号公報JP 2002-164053 A 特開2007−66745号公報JP 2007-66745 A

リチウムイオン二次電池の充電電圧を高くするために、正極活物質表面をリチウム金属酸化物で被覆した場合、リチウムイオン導電性が低下し、レート特性が低下する問題がある。また、残留リチウムが正極活物質表面に局在化し、高充電電圧でサイクルした場合において二酸化炭素などのガス発生量が増えるという問題がある。   When the surface of the positive electrode active material is coated with a lithium metal oxide in order to increase the charging voltage of the lithium ion secondary battery, there is a problem that the lithium ion conductivity is lowered and the rate characteristics are lowered. In addition, there is a problem that residual lithium is localized on the surface of the positive electrode active material and the amount of gas such as carbon dioxide is increased when cycling at a high charge voltage.

本発明は、高充電電圧で充放電させたリチウムイオン二次電池において、電池の容量とサイクル特性とレート特性を向上させることと、サイクルさせた場合におけるガス発生を抑制することを目的とする。   An object of the present invention is to improve the capacity, cycle characteristics, and rate characteristics of a lithium ion secondary battery charged and discharged at a high charge voltage, and to suppress gas generation when the battery is cycled.

そこで、本発明者らは、鋭意検討の結果、正極活物質の少なくとも一つの一次粒子表面の一部をリチウム金属酸化物で被覆し、残りの表面を結晶構造が立方晶である金属酸化物で被覆した正極材料を採用したリチウムイオン二次電池を高充電電圧でサイクルさせた場合において、リチウム金属酸化物層において電解液との副反応を抑制し、金属酸化物層でリチウムイオン導電性を確保することにより、耐高電圧性とレート特性が向上することを見出した。   Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have coated a part of the surface of at least one primary particle of the positive electrode active material with a lithium metal oxide and the remaining surface with a metal oxide whose crystal structure is cubic. When a lithium ion secondary battery using a coated positive electrode material is cycled at a high charge voltage, side reactions with the electrolyte in the lithium metal oxide layer are suppressed, and lithium ion conductivity is ensured in the metal oxide layer. As a result, it was found that the high voltage resistance and the rate characteristics are improved.

さらに、リチウム金属酸化物被覆層と金属酸化物層の被覆比および、被覆層の厚みを最適化することにより、高充電電圧でサイクルさせた場合において、体積膨張収縮の小さな金属酸化物層リチウムが物理的に正極活物質の体積膨張収縮を抑制することで正極活物質の構造を安定化することができ、その結果、サイクル特性が向上することを見出した。   Furthermore, by optimizing the coating ratio of the lithium metal oxide coating layer to the metal oxide layer and the thickness of the coating layer, the metal oxide layer lithium having a small volume expansion and contraction can be obtained when cycled at a high charge voltage. It has been found that the structure of the positive electrode active material can be stabilized by physically suppressing the volume expansion and contraction of the positive electrode active material, and as a result, the cycle characteristics are improved.

すなわち、本発明は、少なくとも一つの一次粒子表面の一部をリチウム金属酸化物で被覆し、残りの表面を結晶構造が立方晶である金属酸化物層で被覆した正極活物質を正極に採用したリチウムイオン二次電池であって、リチウム金属酸化物層において電解液との副反応を抑制することができ、さらに高電圧でサイクルさせた場合における正極活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制することができる。また、金属酸化物層でリチウムイオン導電性を確保することができ、その結果、電池を高電圧で充電した場合であっても、電池の容量とサイクル特性とレート特性に優れたリチウムイオン二次電池を得ることができる。   That is, the present invention employs, as a positive electrode, a positive electrode active material in which at least one primary particle surface is coated with a lithium metal oxide and the remaining surface is coated with a metal oxide layer having a cubic crystal structure. A lithium ion secondary battery that can suppress side reactions with an electrolyte in a lithium metal oxide layer, and that physically suppresses volume expansion and contraction of a positive electrode active material when cycled at a high voltage. be able to. In addition, the lithium oxide conductivity can be ensured by the metal oxide layer. As a result, even when the battery is charged at a high voltage, the lithium ion secondary having excellent battery capacity, cycle characteristics and rate characteristics. A battery can be obtained.

本発明によれば、高電圧充電したリチウムイオン二次電池において、充放電時における非水電解液との副反応を抑制することができ、電池の容量とサイクル特性とレート特性を向上させることができる。   According to the present invention, in a lithium ion secondary battery charged at a high voltage, side reactions with the non-aqueous electrolyte during charging and discharging can be suppressed, and the capacity, cycle characteristics, and rate characteristics of the battery can be improved. it can.

本発明の一実施形態における正極材料の断面模式図Schematic cross-sectional view of a positive electrode material in one embodiment of the present invention 本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池の断面模式図Schematic cross-sectional view of a lithium ion secondary battery in one embodiment of the present invention

はじめに、本発明に用いたリチウムイオン二次電池用正極について説明する。   First, the positive electrode for a lithium ion secondary battery used in the present invention will be described.

リチウムイオン二次電池用正極は、正極集電体と、正極集電体の表面に形成された正極活物質層とを備え、正極活物質10は、一次粒子で構成された二次粒子からなり、一次粒子の表面の一部がリチウム金属酸化物の層11で被覆され、残りの一次粒子の表面が立方晶の金属酸化物の層12で被覆されたことを特徴とする。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material 10 is composed of secondary particles composed of primary particles. A part of the surface of the primary particles is covered with a lithium metal oxide layer 11 and the surface of the remaining primary particles is covered with a cubic metal oxide layer 12.

リチウム金属酸化物としては、メタホウ酸リチウム、ニオブ酸リチウム、チタン酸リチウム、タングステン酸リチウム、モリブデン酸リチウムからなる群より選択される少なくとも一種である。
リチウム金属酸化物の層11の厚さは、0.5nm以下であると電解液との副反応を抑制できず、5nm以上であると余剰リチウム金属酸化物層が抵抗層となり、レート特性を低下させてしまう傾向があることから、0.5nm以上5nm以下であることが好ましい。立方晶の金属酸化物は酸化ニッケルである。
立方晶の金属酸化物の層12の厚さは、0.5nm以下の場合では、電解液との副反応が抑制できず、10nm以上の場合では容量が低下してしまう傾向があることから、0.5nm以上10nm以下であることが好ましい。
リチウム金属酸化物の層11の平均被覆率xは、0.8未満の場合では電解液との副反応を抑制できず、1.0の場合ではレート特性が低下してしまう傾向があることから、0.8以上1.0未満であることが好ましい。
金属酸化物の層12の平均被覆率yは0.2以上の場合では、電解液との副反応を抑制できない傾向があることから、0.2未満であることが好ましい。
正極活物質10の平均一次粒子径は、30nm未満の場合では合剤密度が低下してしまう傾向があり、300nm以上の場合ではレート特性が低下してしまう傾向があることから、
30nm以上300nm以下であることが好ましい。
The lithium metal oxide is at least one selected from the group consisting of lithium metaborate, lithium niobate, lithium titanate, lithium tungstate, and lithium molybdate.
If the thickness of the lithium metal oxide layer 11 is 0.5 nm or less, side reactions with the electrolytic solution cannot be suppressed, and if it is 5 nm or more, the excess lithium metal oxide layer becomes a resistance layer and the rate characteristics are deteriorated. Since there is a tendency to make it, it is preferable that it is 0.5 nm or more and 5 nm or less. The cubic metal oxide is nickel oxide.
When the thickness of the cubic metal oxide layer 12 is 0.5 nm or less, side reactions with the electrolytic solution cannot be suppressed, and when the thickness is 10 nm or more, the capacity tends to decrease. It is preferably 0.5 nm or more and 10 nm or less.
When the average coverage x of the lithium metal oxide layer 11 is less than 0.8, side reactions with the electrolytic solution cannot be suppressed, and when it is 1.0, the rate characteristics tend to decrease. 0.8 or more and less than 1.0.
When the average coverage y of the metal oxide layer 12 is 0.2 or more, there is a tendency that a side reaction with the electrolytic solution cannot be suppressed, and therefore it is preferably less than 0.2.
The average primary particle size of the positive electrode active material 10 tends to decrease the mixture density when it is less than 30 nm, and tends to decrease the rate characteristics when it is 300 nm or more.
It is preferably 30 nm or more and 300 nm or less.

次に、本発明に用いた非水電解液について説明する。   Next, the nonaqueous electrolytic solution used in the present invention will be described.

非水電解液としては、高電圧耐性に優れたフッ化溶媒を含む非水電解液を用いた。   As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte containing a fluorinated solvent excellent in high voltage resistance was used.

フッ化溶媒としては、フルオロエチレンカーボネート、フルオロプロピオン酸メチル、フルオロベンゼン、フルオロエチルメチルカーボネートおよびフルオロジメチレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも一種である。   The fluorinated solvent is at least one selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate, methyl fluoropropionate, fluorobenzene, fluoroethyl methyl carbonate, and fluorodimethylene carbonate.

次に、リチウム金属酸化物の層11および金属酸化物の層の被覆工程について説明する。   Next, the covering process of the lithium metal oxide layer 11 and the metal oxide layer will be described.

被覆工程は、リチウム金属酸化物を活物質表面に被着させる工程と、被覆させたリチウム金属酸化物の被覆強度を向上させるための加熱処理工程と、被覆したリチウム金属酸化物の層を一部除去するための水洗処理工程と、リチウム金属酸化物を除去した部に金属酸化物の層を設けさせるための乾燥工程からなる。   The coating step includes a step of depositing a lithium metal oxide on the surface of the active material, a heat treatment step for improving the coating strength of the coated lithium metal oxide, and a part of the layer of the coated lithium metal oxide. It comprises a water washing treatment step for removing and a drying step for providing a metal oxide layer on the portion where the lithium metal oxide has been removed.

前記被着させる工程は、リチウム金属酸化物を水や有機溶媒に溶解あるいは分散させることにより異種元素を含む溶液を調整した後、リチウムニッケル複合酸化物を前記リチウム金属酸化物を含む溶液に分散させ、加温することにより完全に溶媒を除去し、リチウムニッケル複合酸化物表面にリチウム金属酸化物を被着させた。   The step of depositing comprises preparing a solution containing a different element by dissolving or dispersing lithium metal oxide in water or an organic solvent, and then dispersing lithium nickel composite oxide in the solution containing lithium metal oxide. The solvent was completely removed by heating, and a lithium metal oxide was deposited on the surface of the lithium nickel composite oxide.

前述の過熱処理の条件は、210℃以下の場合では、リチウム金属酸化物の被覆強度が不十分となる傾向があり、700℃以上の場合では、一次粒子が再焼結することにより、容量が低下する傾向があることから、210℃以上700℃以下であることが好ましい。   The condition of the above-mentioned heat treatment is that the coating strength of the lithium metal oxide tends to be insufficient when the temperature is 210 ° C. or lower, and when the temperature is 700 ° C. or higher, the primary particles re-sinter, Since there exists a tendency to fall, it is preferable that it is 210 degreeC or more and 700 degrees C or less.

前述の水洗処理の条件は、水1Lあたり活物質重量が750g以下の場合ではリチウム金属酸化物が過剰に溶解してしまう傾向があり、1500g以上の場合では水洗処理の効果が現れない傾向があることから、水1Lあたり活物質重量が750g以上1500g以下であることが好ましい。   The conditions of the water washing treatment described above tend to cause excessive dissolution of the lithium metal oxide when the weight of the active material per liter of water is 750 g or less. Therefore, the weight of the active material per liter of water is preferably 750 g or more and 1500 g or less.

前述の乾燥条件は、120℃未満の場合では、金属酸化物の層12が十分に生成しない傾向にあり、200℃より高温の場合においては、活物質表面に内部リチウムがマイグレーションしてしまう傾向があることから、120℃以上200℃以下であることが好ましい。   When the drying conditions are lower than 120 ° C., the metal oxide layer 12 tends not to be sufficiently formed. When the temperature is higher than 200 ° C., internal lithium tends to migrate to the active material surface. Therefore, it is preferably 120 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.

正極集電体としては、リチウムイオン二次電池の正極に用いられる集電体が特に限定なく挙げられる。具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金などを、箔、膜、フィルム、シートなどの形態で用いることができる。正極集電体の厚みは、通常1〜500μmであって、リチウムイオン二次電池の容量、サイズなどに応じて適宜設定することができる。   As the positive electrode current collector, a current collector used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery is not particularly limited. Specifically, aluminum, an aluminum alloy, or the like can be used in the form of a foil, a film, a film, a sheet, or the like. The thickness of the positive electrode current collector is usually 1 to 500 μm, and can be appropriately set according to the capacity and size of the lithium ion secondary battery.

正極活物質層は、例えば、リチウムニッケル複合酸化物と、結着剤と、分散媒と、必要に応じて導電剤などの添加剤とを混合して、正極合剤スラリーを調製した後、得られた正
極合剤スラリーを正極集電体の表面に塗布して、乾燥および圧延することにより形成できる。
The positive electrode active material layer is obtained, for example, by mixing a lithium nickel composite oxide, a binder, a dispersion medium, and an additive such as a conductive agent as necessary to prepare a positive electrode mixture slurry. The obtained positive electrode mixture slurry can be applied to the surface of the positive electrode current collector, dried and rolled.

結着剤としては、リチウムイオン二次電池に用いられる結着剤を特に限定なく挙げることができる。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンおよびその変性体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体などの含フッ素ポリマー、スチレン−ブタジエンゴムなどのゴム、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂が挙げられる。これらは1種を単独で用いることができ、2種以上を組み合わせて用いることもできる。導電剤としては、リチウムイオン二次電池に用いられる導電剤を特に限定なく挙げることができる。具体的には、黒鉛類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などが挙げられる。   As a binder, the binder used for a lithium ion secondary battery can be mentioned without particular limitation. Specifically, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride and modified products thereof, fluorine-containing polymers such as tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene-butadiene rubber, etc. And polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, and the like. These can be used individually by 1 type and can also be used in combination of 2 or more type. As the conductive agent, a conductive agent used for a lithium ion secondary battery can be mentioned without particular limitation. Specifically, carbon blacks such as graphites, acetylene black, ketjen black, furnace black, lamp black and thermal black, carbon fibers, metal fibers and the like can be mentioned.

リチウム金属酸化物としては、メタホウ酸リチウム、ニオブ酸リチウム、チタン酸リチウム、タングステン酸リチウム、モリブデン酸リチウム、ユーロピウム酸リチウム、エルビウム酸リチウム、サマリウム酸リチウムからなる群より選択される少なくとも一種のリチウム金属酸化物である。   The lithium metal oxide includes at least one lithium metal selected from the group consisting of lithium metaborate, lithium niobate, lithium titanate, lithium tungstate, lithium molybdate, lithium europate, lithium erbate, and lithium samarate. It is an oxide.

リチウムニッケル複合酸化物の原料混合物は、従来からリチウムニッケル複合酸化物の製造に用いられている各種原料が特に限定なく用いられ得る。具体的には、リチウム化合物とてして水酸化リチウム、炭酸リチウムなどが挙げられ、ニッケル化合物として水酸化ニッケル、酸化ニッケルなどが挙げられる。異種元素化合物としては、各種酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物などが上げられる。   As the raw material mixture of the lithium nickel composite oxide, various raw materials conventionally used for producing lithium nickel composite oxide can be used without any particular limitation. Specifically, examples of the lithium compound include lithium hydroxide and lithium carbonate, and examples of the nickel compound include nickel hydroxide and nickel oxide. Examples of the different element compound include various oxides, carbonates, nitrates, hydroxides and the like.

上述した原料混合物および異種元素化合物との混合は、乾式混合および湿式混合のいずれによってもよいが、簡便性の点では乾式混合が好ましい。混合装置としては、ボールミルなどが挙げられる。   The mixing of the raw material mixture and the different element compound described above may be either dry mixing or wet mixing, but dry mixing is preferred from the standpoint of simplicity. Examples of the mixing device include a ball mill.

得られた原料混合物および異種元素化合物との混合物の焼成を、大気雰囲気で焼成することにより、異種元素が内添されたリチウムニッケル複合酸化物が得られる。このときの焼成条件としては600℃〜900℃、12時間〜24時間が好ましい。   By firing the obtained raw material mixture and the mixture with the different element compound in an air atmosphere, a lithium nickel composite oxide in which the different element is internally added can be obtained. As baking conditions at this time, 600 to 900 degreeC and 12 to 24 hours are preferable.

次に、本発明に用いたリチウムイオン二次電池用負極について説明する。   Next, the negative electrode for a lithium ion secondary battery used in the present invention will be described.

リチウムイオン二次電池用負極は、負極集電体と、負極集電体の表面に形成された負極活物質層とを備えている。   A negative electrode for a lithium ion secondary battery includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector.

負極集電体としては、リチウムイオン二次電池の負極に用いられる集電体が特に限定なく挙げられる。具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、銅などを、箔、膜、フィルム、シートなどの形態で用いることができる。また、負極集電体の厚みは、1μm〜500μmの範囲で、リチウムイオン二次電池の容量、サイズなどに合わせて適宜設定することができる。   As the negative electrode current collector, a current collector used for a negative electrode of a lithium ion secondary battery is not particularly limited. Specifically, stainless steel, nickel, copper, or the like can be used in the form of a foil, a film, a film, a sheet, or the like. The thickness of the negative electrode current collector can be appropriately set in the range of 1 μm to 500 μm according to the capacity, size, etc. of the lithium ion secondary battery.

炭素材料としては、リチウムイオン二次電池に用いられるリチウムの吸蔵および放出が可能な炭素材料が特に限定なく挙げられる。具体的には、グラファイト、非晶質カーボンなどの炭素材料、などが挙げられる。結着剤としては、リチウムイオン二次電池の負極に用いられるものが特に限定なく用いられる。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン;スチレン−ブタジエンゴム(SBR)およびその変性体、などが挙げられる。これらは1種を単独で用いることができ、2種以上を組み合わせて用いるこ
ともできる。導電剤としては、正極活物質層に用いる導電剤として例示したものと同様のものが挙げられる。
As the carbon material, a carbon material capable of inserting and extracting lithium used in a lithium ion secondary battery is not particularly limited. Specific examples include carbon materials such as graphite and amorphous carbon. As a binder, what is used for the negative electrode of a lithium ion secondary battery is used without limitation. Specific examples include polyolefins such as polyethylene and polypropylene; styrene-butadiene rubber (SBR) and modified products thereof. These can be used individually by 1 type and can also be used in combination of 2 or more type. Examples of the conductive agent include those exemplified as the conductive agent used for the positive electrode active material layer.

また、非水電解液としてフルオロエチレンカーボネート、フルオロプロピオン酸メチル、フルオロベンゼン、フルオロエチルメチルカーボネートおよびフルオロジメチレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも一種であるフッ化溶媒を含むと、負極表面に良好な被膜を形成することができる点から好ましい。   In addition, if the nonaqueous electrolyte contains at least one fluorinated solvent selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate, methyl fluoropropionate, fluorobenzene, fluoroethyl methyl carbonate, and fluorodimethylene carbonate, the surface of the negative electrode is good. It is preferable from the point that a thick film can be formed.

次に、本発明に係るリチウムイオン二次電池について説明する。   Next, the lithium ion secondary battery according to the present invention will be described.

本発明に係るリチウムイオン二次電池は、上述の少なくとも一つの一次粒子表面の一部をリチウム金属酸化物で被覆し、残りの表面を結晶構造が立方晶である金属酸化物層で被覆したリチウムニッケル複合酸化物を採用した正極と、負極と、正極および負極の間に配したセパレータと、非水電解液とを備えることを特徴とする。   The lithium ion secondary battery according to the present invention is a lithium ion battery in which a part of the surface of at least one primary particle is covered with a lithium metal oxide and the remaining surface is covered with a metal oxide layer having a crystal structure of a cubic structure. A positive electrode employing a nickel composite oxide, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte are provided.

図2に示されるように、リチウムイオン二次電池20は、正極21と、負極22と、正極21および負極22の間に介在された微多孔性のセパレータ23とが渦巻状に捲回された電極群24を備えている。電極群24は、捲回軸方向における一方の端部に正極側絶縁板25を備えており、他方の端部に負極側絶縁板26を備えている。電極群24は、負極端子を兼ねた電池ケース27内に、非水電解液とともに収容されている。電池ケース27は封口板28によって密封されている。電池ケース27は、負極リード29を介して負極22と電気的に接続しており、封口板28の正極端子30は、正極リード31を介して正極21と電気的に接続している。   As shown in FIG. 2, in the lithium ion secondary battery 20, a positive electrode 21, a negative electrode 22, and a microporous separator 23 interposed between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound in a spiral shape. An electrode group 24 is provided. The electrode group 24 includes a positive-side insulating plate 25 at one end in the winding axis direction, and a negative-side insulating plate 26 at the other end. The electrode group 24 is housed together with a non-aqueous electrolyte in a battery case 27 that also serves as a negative electrode terminal. The battery case 27 is sealed with a sealing plate 28. The battery case 27 is electrically connected to the negative electrode 22 via the negative electrode lead 29, and the positive terminal 30 of the sealing plate 28 is electrically connected to the positive electrode 21 via the positive electrode lead 31.

以下、正極21および負極22以外の構成要素について説明するが、上記リチウムイオン二次電池において正極21および負極22以外の構成要素は特に制限されず、リチウムイオン二次電池として公知の構成を適宜用いることができる。   Hereinafter, although components other than the positive electrode 21 and the negative electrode 22 will be described, the components other than the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are not particularly limited in the lithium ion secondary battery, and a known configuration is appropriately used as the lithium ion secondary battery. be able to.

セパレータ23は、正極と負極との間に介在する。セパレータ23としては、イオン透過度が大きく、機械的強度が充分な微多孔性薄膜、織布および不織布が挙げられる。セパレータ23の材質は、耐久性に優れ、過熱時にシャットダウン機能を発揮できるという観点から、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンが好ましい。セパレータの厚さは一般に10μm〜300μmであるが、10μm〜40μmが好ましい。セパレータは、1種の材料からなる単層膜であってもよく、2種以上の材料からなる複合膜または多層膜であってもよい。セパレータの空孔率は30%〜70%が好ましく、35%〜60%がより好ましい。空孔率とは、セパレータ全体の体積に占める孔部の体積の割合を示す。   The separator 23 is interposed between the positive electrode and the negative electrode. Examples of the separator 23 include microporous thin films, woven fabrics, and non-woven fabrics that have high ion permeability and sufficient mechanical strength. The material of the separator 23 is preferably a polyolefin such as polypropylene or polyethylene from the viewpoint that it has excellent durability and can exhibit a shutdown function when overheated. The thickness of the separator is generally 10 μm to 300 μm, preferably 10 μm to 40 μm. The separator may be a single layer film made of one kind of material, or a composite film or a multilayer film made of two or more kinds of materials. The porosity of the separator is preferably 30% to 70%, more preferably 35% to 60%. The porosity indicates the ratio of the volume of the hole portion to the total volume of the separator.

非水電解液は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解されるリチウム塩とを含む。   The nonaqueous electrolytic solution includes a nonaqueous solvent and a lithium salt dissolved in the nonaqueous solvent.

非水溶媒としては、リチウムイオン二次電池の非水電解液に用いられる各種の非水溶媒を用いることができる。具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル溶媒、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル溶媒、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソランなどの環状エーテル溶媒、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンなどの鎖状エーテル溶媒、γ−ブチロラクトンなどの環状エステル溶媒、酢酸メチルなどの鎖状エステル溶媒、フルオロエチレンカーボネート、フルオロプロピオン酸メチル、フルオロベンゼン、フルオロエチルメチルカーボネートおよびフルオロジメチレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも一種であるフッ化溶媒を用いることができる。また、これらは1種を単独で用いることができ
、2種以上を組み合わせて用いることもできる。
As the non-aqueous solvent, various non-aqueous solvents used for the non-aqueous electrolyte of the lithium ion secondary battery can be used. Specifically, cyclic carbonate solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, chain carbonate solvents such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane Cyclic ether solvents such as 1, 2-dimethoxyethane, chain ether solvents such as 1,2-diethoxyethane, cyclic ester solvents such as γ-butyrolactone, chain ester solvents such as methyl acetate, fluoroethylene carbonate, fluoro A fluorinated solvent that is at least one selected from the group consisting of methyl propionate, fluorobenzene, fluoroethyl methyl carbonate, and fluorodimethylene carbonate can be used. Moreover, these can be used individually by 1 type and can also be used in combination of 2 or more type.

リチウム塩としては、リチウムイオン二次電池の非水電解液に溶質として用いられる各種のリチウム塩が挙げられる。具体的には、LiPF、LiBF、LiSbF、LiAsF、LiSOCF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)、LiC(SOCFなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いることができ、2種以上を組み合わせて用いることもできる。リチウム塩の濃度は0.5mol/L〜2mol/Lが好ましい。 Examples of the lithium salt include various lithium salts used as a solute in the non-aqueous electrolyte of a lithium ion secondary battery. Specifically, LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6, LiSO 3 CF 3, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) ( SO 2 C 4 F 9 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 and the like. These can be used individually by 1 type and can also be used in combination of 2 or more type. The concentration of the lithium salt is preferably 0.5 mol / L to 2 mol / L.

上記の説明では、リチウムイオン二次電池の具体的な実施形態として、捲回式の円筒型電池を例示したが、リチウムイオン二次電池の形状はこれに限定されない。リチウムイオン二次電池は、その用途などに合わせて、円筒型だけでなく、コイン型、角型、シート型、ボタン型、扁平型、積層型などの形状を適宜選択することができる。   In the above description, a wound cylindrical battery is illustrated as a specific embodiment of the lithium ion secondary battery, but the shape of the lithium ion secondary battery is not limited thereto. The lithium ion secondary battery can be appropriately selected not only in a cylindrical shape but also in a shape such as a coin shape, a square shape, a sheet shape, a button shape, a flat shape, and a stacked shape, depending on the application.

(実施例1)
(1)リチウムニッケル複合酸化物の作製
メタホウ酸リチウム1gを、水中に溶解した。得られた溶液中にリチウムニッケル複合酸化物(LiNi0.8Co0.16Al0.04:NCA)100gを分散させた。次に、攪拌しながら過熱することにより、溶媒を完全に除去した。得られた混合物を、真空雰囲気において250℃で12時間加熱処理することにより、メタホウ酸リチウムで被覆されたリチウムニッケル複合酸化物を得た。得られたメタホウ酸リチウムで被覆されたリチウムニッケル複合酸化物を水中に分散させ、吸引濾過で水分を除去することにより、メタホウ酸リチウム層を一部溶解させたリチウムニッケル複合酸化物を得た。さらに、得られたメタホウ酸リチウム層を一部溶解させたリチウムニッケル複合酸化物を真空中150℃で5時間加熱し、メタホウ酸リチウムで被覆されていない表面を酸化することにより、少なくとも一つの一次粒子表面の一部をメタホウ酸リチウム層で被覆され、その残りの表面を酸化ニッケル層で被覆されたリチウムニッケル複合酸化物を得た。このときのメタホウ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
Example 1
(1) Production of lithium nickel composite oxide 1 g of lithium metaborate was dissolved in water. In the obtained solution, 100 g of lithium nickel composite oxide (LiNi 0.8 Co 0.16 Al 0.04 O 2 : NCA) was dispersed. Next, the solvent was completely removed by heating with stirring. The obtained mixture was heat-treated at 250 ° C. for 12 hours in a vacuum atmosphere to obtain a lithium nickel composite oxide coated with lithium metaborate. The obtained lithium nickel composite oxide coated with lithium metaborate was dispersed in water and the water was removed by suction filtration to obtain a lithium nickel composite oxide in which the lithium metaborate layer was partially dissolved. Furthermore, the lithium nickel composite oxide in which the obtained lithium metaborate layer is partially dissolved is heated in vacuum at 150 ° C. for 5 hours to oxidize the surface not covered with lithium metaborate, thereby at least one primary A lithium nickel composite oxide in which part of the particle surface was coated with a lithium metaborate layer and the remaining surface was coated with a nickel oxide layer was obtained. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(2)正極の作製
正極活物質粒子90質量部と、導電剤3質量部と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)の2−メチルピロリドン(NMP)溶液87.5質量部(PVDFの濃度8質量部、PVDFの固形分7質量部)と、を混合することにより正極合剤スラリーを得た。得られた正極合剤スラリーを厚み10μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布、乾燥および圧延することにより、正極活物質層を備えた総厚140μmの正極を得た。
(2) Production of positive electrode 90 parts by mass of positive electrode active material particles, 3 parts by mass of a conductive agent, 87.5 parts by mass of a 2-methylpyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVDF) (concentration of 8 parts by mass of PVDF, The positive electrode mixture slurry was obtained by mixing the solid content of PVDF (7 parts by mass). The obtained positive electrode mixture slurry was applied to both sides of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 10 μm, dried and rolled to obtain a positive electrode having a total thickness of 140 μm provided with a positive electrode active material layer.

(3)負極の作製
人造黒鉛(C)粉末93.5質量部と、変性スチレンブタジエンゴム12.5質量部(固形分40質量部))カルボキシメチルセルロースナトリウム1.5質量部と、を混合することにより、人造黒鉛合剤スラリーを得た。得られた人造黒鉛合剤スラリーを、厚み10μmの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布、乾燥および圧延し、総厚160μmの負極を得た。
(3) Production of negative electrode 93.5 parts by mass of artificial graphite (C) powder and 12.5 parts by mass of modified styrene-butadiene rubber (solid content 40 parts by mass)) 1.5 parts by mass of sodium carboxymethylcellulose Thus, an artificial graphite mixture slurry was obtained. The obtained artificial graphite mixture slurry was applied to both sides of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm, dried and rolled to obtain a negative electrode having a total thickness of 160 μm.

(4)非水電解液の調製
フルオロエチレンカーボネート(FEC)と、エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)と、を1:1:6の体積比で混合して非水溶媒を得た。こうして得られた非水溶媒にLiPFを濃度1.0mol/Lになるように溶解させる
ことにより非水電解液(F/E/E)を調製した。
(4) Preparation of non-aqueous electrolyte Fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene carbonate (EC), and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 1: 6 to obtain a non-aqueous solvent. It was. A non-aqueous electrolyte (F / E / E) was prepared by dissolving LiPF 6 in the non-aqueous solvent thus obtained to a concentration of 1.0 mol / L.

(5)リチウムイオン二次電池の作製
正極と負極と正極および負極の間に介挿された微多孔性セパレータ(ポリエチレンとポリプロピレンとの複合フィルム、セルガード(株)製の品番「2300」、厚さ25μm)からなる積層体を渦巻状に捲回することにより電極群を得た。そして、正極集電体の一部にアルミニウム製の正極リードを溶接し、負極集電体の一部にニッケル製の負極リードを溶接した。このような電極群を、直径18mm、高さ65mmの有底略円筒形の電池ケースに収容した。そして、電池ケース内に非水電解液5.2mLを注液した。
(5) Fabrication of lithium ion secondary battery Microporous separator (Polyethylene and polypropylene composite film, product number “2300” manufactured by Celgard Co., Ltd.), thickness inserted between the positive electrode, the negative electrode, the positive electrode, and the negative electrode An electrode group was obtained by winding a laminate of 25 μm in a spiral shape. Then, an aluminum positive electrode lead was welded to a part of the positive electrode current collector, and a nickel negative electrode lead was welded to a part of the negative electrode current collector. Such an electrode group was accommodated in a battery case having a bottomed substantially cylindrical shape having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm. And 5.2 mL of nonaqueous electrolyte solution was inject | poured in the battery case.

(6)電池の評価
得られたリチウムイオン二次電池のサイクル特性を以下の方法に従って評価した。
(6) Evaluation of battery The cycle characteristics of the obtained lithium ion secondary battery were evaluated according to the following methods.

<初期放電容量>
リチウムイオン二次電池を、充電終止電圧を4.4Vに設定して、1Cのレートで充電させた後、放電終止電圧を2.5Vに設定して、0.2C、1C、2Cのレートで放電させた。このとき得られた0.2Cにおける放電容量を、初期放電容量とした。
<Initial discharge capacity>
After charging the lithium ion secondary battery with a charge end voltage of 4.4V and charging at a rate of 1C, the discharge end voltage is set to 2.5V and at a rate of 0.2C, 1C and 2C. Discharged. The discharge capacity at 0.2 C obtained at this time was defined as the initial discharge capacity.

<サイクル特性>
リチウムイオン二次電池に対して、下記の条件による充放電サイクルを繰り返した。充放電時の環境温度は25℃に設定した。最初に最大電流値を2.5Aとして、電圧が4.4Vになるまで定電流充電をした後、電流値が50mAに低下するまで4.4Vで定電圧充電をした。次いで、放電終止電圧を2.5Vとして、0.2Cのレートで定電流放電をした。充電と放電との間の休止時間は30分間とした。この充放電サイクルを1サイクルとして、充放電を100サイクル繰り返した。上記充放電サイクルにおける100サイクル目の放電容量を100%とみなし、100サイクルを経過した時の放電容量を容量維持率として百分率で表すことにより、サイクル特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例2)
加熱処理の温度を500℃としたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
<Cycle characteristics>
The charge / discharge cycle under the following conditions was repeated for the lithium ion secondary battery. The environmental temperature at the time of charging / discharging was set to 25 degreeC. Initially, the maximum current value was set to 2.5 A, and constant current charging was performed until the voltage reached 4.4 V, and then constant voltage charging was performed at 4.4 V until the current value decreased to 50 mA. Next, the discharge end voltage was set to 2.5 V, and constant current discharge was performed at a rate of 0.2 C. The pause time between charging and discharging was 30 minutes. This charging / discharging cycle was made into 1 cycle, and charging / discharging was repeated 100 cycles. The discharge capacity at the 100th cycle in the charge / discharge cycle was regarded as 100%, and the cycle characteristics were evaluated by expressing the discharge capacity when 100 cycles passed as a percentage as the capacity retention rate. The results are shown in Table 1.
(Example 2)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the heat treatment was 500 ° C. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(実施例3)
加熱処理の温度を700℃としたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
(Example 3)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the heat treatment was 700 ° C. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(実施例4)
水洗処理の条件を水1Lあたりの活物質重量を1000gとしたこと以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は3nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.85、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.15であった。
Example 4
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the weight of the active material per liter of water was set to 1000 g under the conditions of the water washing treatment. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 3 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. Moreover, the average coverage of the lithium metaborate layer at this time was 0.85, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.15.

(実施例5)
水洗処理の条件を水1Lあたりの活物質重量を1500gとしたこと以外は実施例2と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は2nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.95、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.05であった。
(Example 5)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the weight of the active material per liter of water was changed to 1500 g under the conditions of the water washing treatment. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 2 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.95, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.05.

(実施例6)
乾燥工程の温度を100℃としたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は3nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
(Example 6)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the drying step was 100 ° C. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 3 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(実施例7)
乾燥工程の温度を180℃としたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は7nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
(Example 7)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the drying step was 180 ° C. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 7 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(実施例8)
リチウム金属酸化物をニオブ酸リチウムにしたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのニオブ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
(Example 8)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium metal oxide was changed to lithium niobate. At this time, the lithium niobate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(実施例9)
リチウム金属酸化物をチタン酸リチウムにしたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのチタン酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
Example 9
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium metal oxide was changed to lithium titanate. At this time, the lithium titanate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(実施例10)
リチウム金属酸化物をタングステン酸リチウムにしたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのタングステン酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
(実施例11)
リチウム金属酸化物をモリブデン酸リチウムにしたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのモリブデン酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
(Example 10)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium metal oxide was changed to lithium tungstate. At this time, the lithium tungstate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.
(Example 11)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium metal oxide was changed to lithium molybdate. At this time, the lithium molybdate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(比較例1)
リチウム金属酸化物および金属酸化物を被覆していないNCAを正極活物質に用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 1)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that lithium metal oxide and NCA not coated with metal oxide were used as the positive electrode active material.

(比較例2)
加熱処理の温度を200℃としたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は1.0、酸化ニッケル層の平均被覆率は0であった。
(Comparative Example 2)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the heat treatment was 200 ° C. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. Moreover, the average coverage of the lithium metaborate layer at this time was 1.0, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.

(比較例3)
加熱処理の温度を750℃としたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0
.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
(Comparative Example 3)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the heat treatment was 750 ° C. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. The average coverage of the lithium metaborate layer at this time is 0
. 9. The average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(比較例4)
水洗処理の条件を、水1Lあたりの活物質重量を650gとしたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は7nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.8、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.2であった。
(Comparative Example 4)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the weight of the active material per liter of water was 650 g under the conditions of the water washing treatment. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 7 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. Moreover, the average coverage of the lithium metaborate layer at this time was 0.8, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.2.

(比較例5)
水洗処理の条件を、水1Lあたりの活物質重量を1600gとしたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は1nm、酸化ニッケル層は5nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.98、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.02であった。
(Comparative Example 5)
A lithium ion secondary battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the weight of the active material per liter of water was changed to 1600 g under the conditions of the water washing treatment. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 1 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 5 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.98, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.02.

(比較例6)
乾燥工程の温度を80℃としたこと以外は実施例と1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は2nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
(Comparative Example 6)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the drying step was 80 ° C. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 2 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

(比較例7)
乾燥工程の温度を200℃としたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。このときのメタホウ酸リチウム層は4nm、酸化ニッケル層は7nmの厚さを有していた。また、このときのメタホウ酸リチウム層の平均被覆率は0.9、酸化ニッケル層の平均被覆率は0.1であった。
(Comparative Example 7)
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the drying step was 200 ° C. At this time, the lithium metaborate layer had a thickness of 4 nm, and the nickel oxide layer had a thickness of 7 nm. At this time, the average coverage of the lithium metaborate layer was 0.9, and the average coverage of the nickel oxide layer was 0.1.

実施例1の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。   The battery of Example 1 had good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing a lithium metaborate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value.

さらに、実施例1はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。   Furthermore, Example 1 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate.

また、実施例1の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   Further, the battery of Example 1 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles.

また、実施例2の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。   Further, the battery of Example 2 had a good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing a lithium metaborate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value.

さらに、実施例2の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりもレート特性が低くなっているが、これは加熱処理の温度を高くしたことにより、メタホウ酸リチウム層の一部が分解し、抵抗層となったことによると考えられる。   Furthermore, the battery of Example 2 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate. However, although the rate characteristic is lower than that in Example 1, it is considered that a part of the lithium metaborate layer was decomposed to become a resistance layer by increasing the temperature of the heat treatment.

また、実施例2の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   The battery of Example 2 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles.

また、実施例3の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。   In addition, the battery of Example 3 had a good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing a lithium metaborate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value.

さらに、実施例3の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりもレート特性が低くなっているが、これは加熱処理の温度を高くしたことにより、メタホウ酸リチウム層の一部が分解し、表面抵抗層となったことによると考えられる。   Furthermore, the battery of Example 3 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate. However, although the rate characteristic is lower than that in Example 1, it is considered that this is because a part of the lithium metaborate layer was decomposed to become a surface resistance layer by increasing the temperature of the heat treatment. .

また、実施例3の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   Further, the battery of Example 3 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles.

また、実施例4の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。   In addition, the battery of Example 4 had a good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing a lithium metaborate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value.

さらに、実施例4の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。   Furthermore, the battery of Example 4 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate.

また、実施例4の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりもサイクル特性が低くなっているが、これは水洗処理条件を水1Lあたりの活物質重量を750gとしたことにより、メタホウ酸リチウム層の平均被覆率が0.85となったことにより、サイクルを繰り返した際の活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制する効果が低下したことによると考えられる。   Further, the battery of Example 4 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles. However, although the cycle characteristics are lower than in Example 1, the average coverage of the lithium metaborate layer is 0.85 because the weight of the active material per liter of water is 750 g. This is considered to be because the effect of physically suppressing the volume expansion and contraction of the active material when the cycle is repeated is reduced.

また、実施例5の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。   In addition, the battery of Example 5 had a good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing a lithium metaborate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value.

さらに、実施例5の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりもレート特性が低くなっているが、これは水洗処理条件を水1Lあたりの活物質重量を1500gとしたことにより、メタホウ酸リチウム層の平均被覆率が0.95となったことにより、リチウムイオン伝導性が低下したことによると考えられる。   Furthermore, the battery of Example 5 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate. However, the rate characteristic is lower than that of Example 1, but this is because the weight ratio of the active material per liter of water is 1500 g, and the average coverage of the lithium metaborate layer is 0.95. This is considered to be due to a decrease in lithium ion conductivity.

また、実施例5の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   Further, the battery of Example 5 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles.

また、実施例6の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。   In addition, the battery of Example 6 had a good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing a lithium metaborate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value.

さらに、実施例6の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。   Furthermore, the battery of Example 6 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate.

また、実施例6の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりもサイクル特性が低くなっているが、これは乾燥条件を100℃としたことで酸化ニッケル層の厚さが3nmとなったことにより、電解液との副反応抑制効果が低下したことによると考えられる。   Further, the battery of Example 6 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles. However, the cycle characteristics are lower than in Example 1, but this is because the drying condition is set to 100 ° C., and the thickness of the nickel oxide layer is 3 nm, thereby suppressing the side reaction with the electrolyte. This is thought to be due to the decline.

また、実施例7の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。   In addition, the battery of Example 7 had good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing a lithium metaborate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value.

さらに、実施例7の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりもレート特性が低くなっているが、これは乾燥条件を180℃としたことで酸化ニッケル層の厚さが7nmとなったことにより、リチウムイオン伝導性が低下したことによると考えられる。   Furthermore, the battery of Example 7 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate. However, the rate characteristics are lower than in Example 1, but this is because the lithium ion conductivity was lowered because the thickness of the nickel oxide layer was 7 nm by setting the drying condition to 180 ° C. it is conceivable that.

また、実施例7の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   Further, the battery of Example 7 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles.

また、実施例8の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にニオブ酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりも初期放電容量が低くなっているが、これはメタホウ酸リチウムの層がより電解液との副反応を抑制する効果があることによると考えられる。   In addition, the battery of Example 8 had a good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing the lithium niobate layer and the nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value. However, although the initial discharge capacity is lower than that in Example 1, it is considered that this is because the lithium metaborate layer is more effective in suppressing side reactions with the electrolyte.

さらに、実施例8の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。   Furthermore, the battery of Example 8 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate.

また、実施例8の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   Further, the battery of Example 8 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles.

また、実施例9の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にチタン酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりも初期放電容量が低くなっているが、これはメタホウ酸リチウムの層がより電解液との副反応を抑制する効果があることによると考えられる。   In addition, the battery of Example 9 had a good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing a lithium titanate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value. However, although the initial discharge capacity is lower than that in Example 1, it is considered that this is because the lithium metaborate layer is more effective in suppressing side reactions with the electrolyte.

さらに、実施例9の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。   Furthermore, the battery of Example 9 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate.

また、実施例9の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   Further, the battery of Example 9 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles.

また、実施例10の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にタングステン酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりも初期放電容量が低くなっているが、これはメタホウ酸リチウムの層がより電解液との副反応を抑制する効果があることによると考えられる。   In addition, the battery of Example 10 had a good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolyte was suppressed by providing a lithium tungstate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value. However, although the initial discharge capacity is lower than that in Example 1, it is considered that this is because the lithium metaborate layer is more effective in suppressing side reactions with the electrolyte.

さらに、実施例10の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。   Furthermore, the battery of Example 10 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate.

また、実施例10の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   Further, the battery of Example 10 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles.

また、実施例11の電池は、初期放電容量が良好であった。これは、一次粒子の表面にモリブデン酸リチウムの層と酸化ニッケルの層とを設けたことにより電解液との副反応が抑制され、放電容量が良好な値を示したと考えられる。しかしながら、実施例1よりも初期放電容量が低くなっているが、これはメタホウ酸リチウムの層がより電解液との副反応を抑制する効果があることによると考えられる。   In addition, the battery of Example 11 had good initial discharge capacity. This is probably because the side reaction with the electrolytic solution was suppressed by providing a lithium molybdate layer and a nickel oxide layer on the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value. However, although the initial discharge capacity is lower than that in Example 1, it is considered that this is because the lithium metaborate layer is more effective in suppressing side reactions with the electrolyte.

さらに、実施例11の電池はレート特性が良好であった。これは、一次粒子の表面の一部に酸化ニッケルの層を設けたことにより、リチウムイオン伝導性が確保され、高放電レートにおいても放電容量が良好な値を示したと考えられる。   Furthermore, the battery of Example 11 had good rate characteristics. This is probably because the lithium ion conductivity was ensured by providing a nickel oxide layer on a part of the surface of the primary particles, and the discharge capacity showed a good value even at a high discharge rate.

また、実施例11の電池はサイクル特性が良好であった。これは、一次粒子の表面にメタホウ酸リチウムの層を設けたことにより、サイクルを繰り返すことにより生じる活物質の体積膨張収縮を物理的に抑制したことにより、良好なサイクル特性を示したと考えられる。   Further, the battery of Example 11 had good cycle characteristics. This is considered to have exhibited good cycle characteristics by physically suppressing the volume expansion / contraction of the active material caused by repeating the cycle by providing a layer of lithium metaborate on the surface of the primary particles.

また、比較例1の電池は、実施例1〜11の電池と比較して、初期放電容量とサイクル特性が低い値を示した。これは、活物質表面に電解液との副反応を抑制させる層が存在しなかったことによると考えられる。   In addition, the battery of Comparative Example 1 showed lower values of initial discharge capacity and cycle characteristics than the batteries of Examples 1-11. This is presumably due to the absence of a layer on the active material surface that suppresses side reactions with the electrolyte.

一方、比較例2の電池は、実施例1〜11の電池と比較して、初期放電容量とサイクル特性が低い値を示した。これは、加熱処理条件が200℃であったことにより、メタホウ酸リチウム層の被覆強度が低下し、電解液との副反応抑制効果が低下したことによると考えられる。   On the other hand, the battery of Comparative Example 2 showed lower initial discharge capacity and cycle characteristics than the batteries of Examples 1-11. This is presumably because the coating strength of the lithium metaborate layer was lowered due to the heat treatment condition being 200 ° C., and the side reaction inhibition effect with the electrolytic solution was lowered.

さらに、比較例3の電池は、実施例1〜11の電池と比較して、初期放電容量、レート特性およびサイクル特性が低い値を示した。これは、加熱処理条件が750℃であったことによりメタホウ酸リチウムが分解し、表面抵抗層になったことによると考えられる。   Furthermore, the battery of Comparative Example 3 exhibited lower values for the initial discharge capacity, rate characteristics, and cycle characteristics than the batteries of Examples 1-11. This is considered to be due to the fact that the lithium metaborate was decomposed due to the heat treatment condition being 750 ° C. and became a surface resistance layer.

また、比較例4の電池は、実施例1〜11の電池と比較して、初期放電容量およびサイクル特性が低い値を示した。これは、水洗条件が水1Lあたりの活物質重量が650gであったことにより、メタホウ酸リチウム層の被覆率が0.8となり、電解液との副反応抑制効果が低下したことによると考えられる。   In addition, the battery of Comparative Example 4 showed lower initial discharge capacity and cycle characteristics than the batteries of Examples 1-11. This is considered to be due to the fact that the weight of the active material per liter of water was 650 g under water washing conditions, so that the coverage of the lithium metaborate layer was 0.8 and the side reaction suppression effect with the electrolytic solution was reduced. .

一方、比較例5の電池は、実施例1〜11の電池と比較して、レート特性が低い値を示した。これは、水洗条件が水1Lあたりの活物質重量が1600gであったことにより、メタホウ酸リチウム層の被覆率が0.98となり、リチウムイオン導電性が低下したことによると考えられる。   On the other hand, the battery of the comparative example 5 showed a value with a low rate characteristic compared with the battery of Examples 1-11. This is thought to be due to the fact that the weight of the active material per liter of water was 1600 g, and the lithium metaborate layer coverage was 0.98 and the lithium ion conductivity was reduced.

さらに、比較例6の電池は、実施例1〜11の電池と比較して、サイクル特性が低い値を示した。これは、乾燥条件が80℃であったことにより、酸化ニッケルの層の厚みが2nmとなり、電解液との副反応抑制効果が低下したことによると考えられる。   Furthermore, the battery of Comparative Example 6 showed a lower cycle characteristic than the batteries of Examples 1-11. This is presumably because the thickness of the nickel oxide layer was 2 nm because the drying condition was 80 ° C., and the side reaction suppression effect with the electrolytic solution was reduced.

また、比較例7の電池は、実施例1〜11の電池と比較して、レート特性が低い値を示した。これは、乾燥条件が200℃であったことにより、酸化ニッケルの層の厚みが7nmとなったことにより、表面抵抗が増大したことによると考えられる。   In addition, the battery of Comparative Example 7 showed a lower rate characteristic than the batteries of Examples 1-11. This is presumably because the surface resistance increased because the thickness of the nickel oxide layer became 7 nm because the drying condition was 200 ° C.

本発明のリチウムイオン二次電池は、高電圧で充電した場合においても放電容量が大きく、また高いレート特性を示し、さらに充放電サイクル中における非水電解液の分解を抑
制することができ、サイクル特性が良好である。それゆえ、本発明のリチウムイオン二次電池が、携帯電話、PDA、パーソナル型コンピュータ、デジタルカメラ、携帯ゲーム機などの各種携帯用電子機器の電源として有用である。また、電気自動車、ハイブリッド自動車などの駆動用電源の用途にも応用することができる。
The lithium ion secondary battery of the present invention has a large discharge capacity even when charged at a high voltage, shows a high rate characteristic, and can further suppress the decomposition of the non-aqueous electrolyte during the charge / discharge cycle. Good characteristics. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention is useful as a power source for various portable electronic devices such as mobile phones, PDAs, personal computers, digital cameras, and portable game machines. Further, it can be applied to the use of a driving power source for an electric vehicle, a hybrid vehicle and the like.

10 正極活物質
11 リチウム金属酸化物の層
12 金属酸化物の層
20 リチウムイオン二次電池
21 正極
22 負極
23 セパレータ
24 電極群
25 正極側絶縁板
26 負極側絶縁板
27 電池ケース
28 封口板
29 負極リード
30 正極端子
31 正極リード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Positive electrode active material 11 Lithium metal oxide layer 12 Metal oxide layer 20 Lithium ion secondary battery 21 Positive electrode 22 Negative electrode 23 Separator 24 Electrode group 25 Positive electrode side insulating plate 26 Negative electrode side insulating plate 27 Battery case 28 Sealing plate 29 Negative electrode Lead 30 Positive terminal 31 Positive lead

Claims (7)

正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、前記正極および前記負極の間に配されたセパレータと、非水電解液と、を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質は、一次粒子で構成された二次粒子からなり、
前記一次粒子の表面の一部がリチウム金属酸化物の層で被覆され、残りの一次粒子の表面が立方晶の金属酸化物の層で被覆されたリチウムニッケル複合酸化物であって、
前記リチウム金属酸化物は、メタホウ酸リチウム、ニオブ酸リチウム、チタン酸リチウム、タングステン酸リチウム、モリブデン酸リチウムからなる群より選択される少なくとも一種であり、
前記リチウム金属酸化物の層の厚さは、0.5nm以上5nm以下であり、
前記立方晶の金属酸化物は酸化ニッケルであり、
前記立方晶の金属酸化物の層の厚さは、0.5nm以上10nm以下であり、
前記リチウム金属酸化物の層の平均被覆率xは、0.85以上0.95未満であり、
前記金属酸化物の層の被覆率yは、0.05以上0.15未満(x+y=1)であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising: a positive electrode including a positive electrode active material; a negative electrode including a negative electrode active material; a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode; and a non-aqueous electrolyte.
The positive electrode active material consists of secondary particles composed of primary particles,
A lithium nickel composite oxide in which a part of the surface of the primary particle is coated with a layer of lithium metal oxide and the surface of the remaining primary particle is coated with a layer of cubic metal oxide,
The lithium metal oxide is at least one selected from the group consisting of lithium metaborate, lithium niobate, lithium titanate, lithium tungstate, and lithium molybdate,
The lithium metal oxide layer has a thickness of 0.5 nm or more and 5 nm or less,
The cubic metal oxide is nickel oxide;
The cubic metal oxide layer has a thickness of 0.5 nm or more and 10 nm or less,
The average coverage x of the lithium metal oxide layer is 0.85 or more and less than 0.95,
The lithium ion secondary battery, wherein the metal oxide layer has a coverage y of 0.05 or more and less than 0.15 (x + y = 1).
前記リチウムニッケル複合酸化物は、30nm以上300nm以下の平均一次粒子径を有する請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium nickel composite oxide has an average primary particle diameter of 30 nm or more and 300 nm or less. 前記非水電解液は、フルオロエチレンカーボネート、フルオロプロピオン酸メチル、フルオロベンゼン、フルオロエチルメチルカーボネートおよびフルオロジメチレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも一種であるフッ化溶媒を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   The non-aqueous electrolyte includes a fluorinated solvent that is at least one selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate, methyl fluoropropionate, fluorobenzene, fluoroethyl methyl carbonate, and fluorodimethylene carbonate. Item 3. The lithium ion secondary battery according to Item 1 or 2. リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、
前記正極活物質は、一次粒子で構成された二次粒子からなり、
前記一次粒子の表面の一部がリチウム金属酸化物の層で被覆され、残りの一次粒子の表面が立方晶の金属酸化物の層で被覆されたリチウムニッケル複合酸化物であって、
前記リチウム金属酸化物を水あるいは有機溶媒を用いて前記リチウムニッケル複合酸化物の表面に被着させる工程と、
前記リチウム金属酸化物を被着させたリチウムニッケル複合酸化物リチウムを加熱処理する加熱工程と、
前記加熱処理したリチウムニッケル複合酸化物を水洗処理する工程と、
前記水洗したリチウムニッケル複合酸化物を乾燥する乾燥工程と、
を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising:
The positive electrode active material consists of secondary particles composed of primary particles,
A lithium nickel composite oxide in which a part of the surface of the primary particle is coated with a layer of lithium metal oxide and the surface of the remaining primary particle is coated with a layer of cubic metal oxide,
Depositing the lithium metal oxide on the surface of the lithium nickel composite oxide using water or an organic solvent;
A heating step of heat-treating lithium nickel composite oxide lithium to which the lithium metal oxide is deposited;
A step of washing the heat-treated lithium nickel composite oxide with water;
A drying step of drying the lithium nickel composite oxide washed with water;
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which has this.
前記加熱処理の温度は、200℃以上500℃以下であることを特徴とする請求項4に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。   5. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the temperature of the heat treatment is 200 ° C. or more and 500 ° C. or less. 前記水洗処理の活物質量は、水1Lあたり前記正極活物質750g以上1500g以下で行うことを特徴とする請求項4または5に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。   6. The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the amount of the active material for the water washing treatment is 750 g to 1500 g per liter of water. 前記乾燥工程の温度は、120℃以上200℃以下であることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。   The temperature of the said drying process is 120 to 200 degreeC, The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries in any one of Claims 4-6 characterized by the above-mentioned.
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