JP2014029782A - Cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode - Google Patents

Cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode Download PDF

Info

Publication number
JP2014029782A
JP2014029782A JP2012169583A JP2012169583A JP2014029782A JP 2014029782 A JP2014029782 A JP 2014029782A JP 2012169583 A JP2012169583 A JP 2012169583A JP 2012169583 A JP2012169583 A JP 2012169583A JP 2014029782 A JP2014029782 A JP 2014029782A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
lithium
electrolyte secondary
active material
secondary battery
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
JP2012169583A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kaoru Osada
かおる 長田
Katsuisa Yanagida
勝功 柳田
Takeshi Ogasawara
毅 小笠原
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 JP2012169583A priority Critical patent/JP2014029782A/en
Publication of JP2014029782A publication Critical patent/JP2014029782A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery which uses, as a cathode active material, an oxide containing lithium excess lithium-containing transition metal, the nonaqueous electrolyte secondary battery having high capacity and superior high-rate characteristics.SOLUTION: The cathode active material for the nonaqueous electrolyte secondary battery is characterized by including a lithium-containing transition metal oxide 9a represented by Li(LiMnNiCo)O, and erbium oxy-hydroxide 9b sticking on a part of a surface of the lithium-containing transition metal oxide 9a, a charging voltage of the battery being 4.6 V(vs.Li/Li) or higher.

Description

本発明は、非水電解質二次電池用正極活物質等に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、携帯電話、ノートパソコン、スマートフォン等の移動情報端末の小型・軽量化が急速に進展しており、その駆動電源としての電池にはさらなる高容量化が要求されている。充放電に伴い、リチウムイオンが正、負極間を移動することにより充放電を行う非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるので、上記のような移動情報端末の駆動電源として広く利用されている。   In recent years, mobile information terminals such as mobile phones, notebook computers, and smart phones have been rapidly reduced in size and weight, and batteries as driving power sources are required to have higher capacities. A non-aqueous electrolyte secondary battery that performs charge / discharge by moving lithium ions between the positive and negative electrodes along with charge / discharge has a high energy density and a high capacity. Widely used as a drive power source.

また、上記移動情報端末は、動画再生機能、ゲーム機能といった機能の充実に伴って、更に消費電力が高まる一方、端末が小型化する傾向にあるため、非水電解質二次電池の更なる高容量化が強く望まれるところである。
更に、近年、非水電解質二次電池は、ハイブリッドカーや電気自動車の駆動用電源や、電力貯蔵用電源としての開発も急速に進められている。このような用途における非水電解質二次電池には、ハイレート特性が良好で、急速充放電が可能で、しかも充放電サイクルを長期間繰り返しても容量維持率を70%以上に維持できるような優れたサイクル特性を有することが求められている。
In addition, the mobile information terminal further increases power consumption with enhancement of functions such as a video playback function and a game function, and the terminal tends to be downsized. Therefore, the capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery is further increased. There is a strong need for a change.
Furthermore, in recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries have been rapidly developed as power sources for driving hybrid vehicles and electric vehicles and power sources for storing electric power. The non-aqueous electrolyte secondary battery in such applications has excellent high-rate characteristics, rapid charge / discharge, and excellent capacity maintenance rate of 70% or more even when the charge / discharge cycle is repeated for a long period of time. It is required to have a cycle characteristic.

ここで、最近、高容量化を実現可能な正極活物質として、マンガンを含んだ層状構造であってリチウム過剰のリチウム含有遷移金属が注目されている。この正極活物質を用いると、4.6V(vs.Li/Li)以上の充電を行うことで、250mAh/g以上の放電容量を得ることができる。しかしながら、該正極活物質を用いた場合にはサイクル特性が低下する等の課題を有していた。そこで、以下に示すような提案がなされている。
(1)リチウム過剰のリチウム含有遷移金属から成る正極活物質であるLi(LiMnxNiCoz)Oの表面に、ZrO、TiO、Alなどの酸化物を偏在させる提案(特許文献1参照)。
Here, recently, as a positive electrode active material capable of realizing a high capacity, a lithium-containing transition metal having a layered structure containing manganese and containing excess lithium has been attracting attention. When this positive electrode active material is used, a discharge capacity of 250 mAh / g or more can be obtained by charging at 4.6 V (vs. Li / Li + ) or more. However, when the positive electrode active material is used, there are problems such as deterioration of cycle characteristics. Therefore, the following proposals have been made.
(1) An oxide such as ZrO 2 , TiO 2 , and Al 2 O 3 is unevenly distributed on the surface of Li (Li w Mn x Ni y Co z ) O 2 , which is a positive electrode active material made of lithium-containing transition metal containing excess lithium. Proposal (see Patent Document 1).

(2)Mg、Al、Ti、Cu、Zrなどの添加元素を結晶構造に含有するリチウム過剰のリチウム含有遷移金属を正極活物質とし、更に、表面に存在するLiCO量を0.05〜0.20wt%に規制する提案(特許文献2参照)。 (2) A lithium-excess lithium-containing transition metal containing additive elements such as Mg, Al, Ti, Cu, and Zr in the crystal structure is used as a positive electrode active material, and the amount of Li 2 CO 3 present on the surface is 0.05 The proposal which regulates to -0.20 wt% (refer patent document 2).

WO2012/057289号公報WO2012 / 057289 特開2011−113792号公報JP 2011-113792 A

しかしながら、上記提案では、以下に示す課題を有していた。
上記(1)の提案の如く、ZrO、TiO、Alなどの酸化物でリチウム過剰正極活物質を被覆した場合には、ハイレート特性が悪化し、急速充放電を行うと充放電容量が低下するといった課題があった。
上記(2)の提案では、リチウム過剰の正極活物質に添加元素を含有させることによって、正極活物質の放電容量を低下させるばかりか、LiCOで被覆することでハイレート特性も悪化するといった課題があった。
However, the above proposal has the following problems.
When the lithium-rich positive electrode active material is coated with an oxide such as ZrO 2 , TiO 2 , or Al 2 O 3 as proposed in (1) above, the high rate characteristics deteriorate, and charge / discharge is performed when rapid charge / discharge is performed. There was a problem that the capacity decreased.
In the above proposal (2), not only the discharge capacity of the positive electrode active material is reduced by adding an additive element to the lithium-excess positive electrode active material, but also high rate characteristics are deteriorated by coating with Li 2 CO 3. There was a problem.

本発明は、リチウムと、マンガンと、ニッケル及び/又はコバルトとを含有し、上記リチウムのモル量が遷移金属元素の総モル量に対して1.1モル以上であって層状構造を有するリチウム含有遷移金属酸化物と、上記リチウム含有遷移金属酸化物の表面の一部に付着した希土類の化合物と、を有することを特徴とする。   The present invention contains lithium, manganese, nickel and / or cobalt, and the molar amount of the lithium is 1.1 mol or more with respect to the total molar amount of the transition metal element and has a layered structure It has a transition metal oxide and a rare earth compound attached to a part of the surface of the lithium-containing transition metal oxide.

本発明に係る電池構成によれば、ハイレート特性を飛躍的に向上させることができるといった優れた効果を奏する。   According to the battery configuration of the present invention, there is an excellent effect that the high rate characteristic can be dramatically improved.

本発明の一実施形態に係る円筒型の非水電解質二次電池の概略構造を示す縦断面模式図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a schematic structure of a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る正極活物質を示す説明図。Explanatory drawing which shows the positive electrode active material which concerns on one Embodiment of this invention. リチウム過剰な遷移金属酸化物〔化学式:Li(Li0.2Ni0.4Mn0.4)O〕のX線回折グラフ。Lithium-rich transition metal oxides: X-ray diffraction chart of [chemical formula Li (Li 0.2 Ni 0.4 Mn 0.4 ) O 2 ]. 三電極式試験セルの概略構造を示す模式図。The schematic diagram which shows schematic structure of a three-electrode type test cell.

はじめに、本発明の一実施形態である非水電解質二次電池を、図1を参照して説明する。図1の非水電解質二次電池は円筒型の非水電解質二次電池である。該非水電解質二次電池は、電池ケース1、ガスケット3、正極5、正極リード5a、負極6、負極リード6a、セパレータ7、上部絶縁板8a、下部絶縁板8b、及び封口体(封口板2を含む)17を備える。正極リード5aが取り付けられた帯状の正極5と、負極リード6aが取り付けられた帯状の負極6とが、セパレータ7を介して長手方向に捲回されて渦巻電極体を構成している。この渦巻電極体は、下部に下部絶縁板8bを配置し、上部に上部絶縁板8aを配置した状態で電池ケース1内に収納されている。また、負極リード6aの一端は電池ケース1に溶接される一方、正極リード5aの一端は封口体17に接続されている。更に、電池ケース1の中には非水電解液が注入され、ガスケット3を介して、封口体17が電池ケース1の開口端にかしめ固定される構造である。   First, a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The nonaqueous electrolyte secondary battery in FIG. 1 is a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery. The non-aqueous electrolyte secondary battery includes a battery case 1, a gasket 3, a positive electrode 5, a positive electrode lead 5a, a negative electrode 6, a negative electrode lead 6a, a separator 7, an upper insulating plate 8a, a lower insulating plate 8b, and a sealing body (including the sealing plate 2). 17). The belt-like positive electrode 5 to which the positive electrode lead 5a is attached and the belt-like negative electrode 6 to which the negative electrode lead 6a is attached are wound in the longitudinal direction via the separator 7 to form a spiral electrode body. The spiral electrode body is housed in the battery case 1 with the lower insulating plate 8b disposed at the lower portion and the upper insulating plate 8a disposed at the upper portion. One end of the negative electrode lead 6 a is welded to the battery case 1, while one end of the positive electrode lead 5 a is connected to the sealing body 17. Further, a non-aqueous electrolyte is injected into the battery case 1, and the sealing body 17 is caulked and fixed to the opening end of the battery case 1 via the gasket 3.

上記構造の非水電解質二次電池は、例えば、以下のようにして作製することができる。
まず、負極6と、正極5の間にセパレータ7を介在させて捲回することにより渦巻電極体を作製する。次に、この渦巻電極体の底部に下部絶縁板8bを配置した状態で、これらを電池ケース1内に収納し、更に、負極リード6aを電池ケース1の底部に溶接する。次いで、中芯を挿入し、上部絶縁板8aを渦巻電極体上に設置した後、上部絶縁板8aの上に位置するように電池ケースに溝部4を形成する。その後、電池ケース1内に非水電解質を注入する。非水電解質の量は、渦巻電極体のサイズなどに合わせて適宜設定することができる。最後に、電池ケース1の開口端に封口体17をかしめ固定する。これにより、内部が密封された円筒型の非水電解質二次電池を作製できる。
The nonaqueous electrolyte secondary battery having the above structure can be produced, for example, as follows.
First, a spiral electrode body is manufactured by winding a separator 7 between the negative electrode 6 and the positive electrode 5. Next, in a state where the lower insulating plate 8 b is disposed at the bottom of the spiral electrode body, these are accommodated in the battery case 1, and the negative electrode lead 6 a is welded to the bottom of the battery case 1. Next, after inserting the core and installing the upper insulating plate 8a on the spiral electrode body, the groove 4 is formed in the battery case so as to be positioned on the upper insulating plate 8a. Thereafter, a nonaqueous electrolyte is injected into the battery case 1. The amount of the nonaqueous electrolyte can be appropriately set according to the size of the spiral electrode body. Finally, the sealing body 17 is caulked and fixed to the open end of the battery case 1. Thereby, the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery sealed inside can be manufactured.

ここで、上記正極5に用いられる正極活物質は、リチウムと、マンガンと、ニッケル及び/又はコバルトとを含有し、上記リチウムのモル量が遷移金属元素の総モル量に対して1.1モル以上であって層状構造を有するリチウム含有遷移金属酸化物(リチウム過剰な遷移金属酸化物)と、このリチウム含有遷移金属酸化物の表面の一部に付着した希土類の化合物と、を有する。
リチウム含有遷移金属酸化物の表面の一部に希土類の化合物が付着している場合には、リチウム含有遷移金属酸化物の表面に形成される被膜のイオン導電性が高くなり、しかも、脱溶媒和反応を促進させることができる。したがって、非水電解質二次電池のハイレート特性が向上する。
Here, the positive electrode active material used for the positive electrode 5 contains lithium, manganese, nickel and / or cobalt, and the molar amount of the lithium is 1.1 mol with respect to the total molar amount of the transition metal element. The lithium-containing transition metal oxide (lithium-excess transition metal oxide) having a layered structure as described above and a rare earth compound attached to a part of the surface of the lithium-containing transition metal oxide.
When a rare earth compound adheres to a part of the surface of the lithium-containing transition metal oxide, the ionic conductivity of the film formed on the surface of the lithium-containing transition metal oxide increases, and desolvation is achieved. The reaction can be promoted. Therefore, the high rate characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery are improved.

上記正極活物質の具体的な構造は、図2に示すように、リチウム含有遷移金属酸化物9aの二次粒子の表面に希土類の化合物(例えば、オキシ水酸化エルビウム)9bが付着するような構造となっている。但し、希土類の化合物9bは、二次粒子の表面だけでなく、一次粒子間の隙間に入り込む構造であっても良い。
上記希土類の化合物としては、希土類の水酸化物、希土類のオキシ水酸化物、又は、希土類の酸化物であることが望ましく、特に、希土類の水酸化物、又は、希土類のオキシ水酸化物であることが望ましい。これらを用いると、上記作用効果が一層発揮されるからである。尚、希土類の化合物には、これらの他に希土類の炭酸化合物や、希土類の燐酸化合物などが一部含まれていても良い。
As shown in FIG. 2, the positive electrode active material has a specific structure in which a rare earth compound (for example, erbium oxyhydroxide) 9b adheres to the surface of the secondary particles of the lithium-containing transition metal oxide 9a. It has become. However, the rare earth compound 9b may have a structure that enters not only the surface of the secondary particles but also the gap between the primary particles.
The rare earth compound is preferably a rare earth hydroxide, a rare earth oxyhydroxide, or a rare earth oxide, and in particular, a rare earth hydroxide or a rare earth oxyhydroxide. It is desirable. This is because when these are used, the above-described effects are further exhibited. In addition to these, the rare earth compound may contain a rare earth carbonate compound, a rare earth phosphate compound, and the like.

上記希土類の化合物に含まれる希土類元素としては、イットリウム、ランタン、セリウム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリウム、セリウム、テルビウム、ディスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムが挙げられ、中でも、ネオジム、サマリウム、エルビウムであることが好ましい。ネオジムの化合物、サマリウムの化合物、及びエルビウムの化合物は、他の希土類の化合物に比べて平均粒径が小さく、リチウム含有遷移金属酸化物の表面により均一に析出し易いからである。   Examples of rare earth elements contained in the rare earth compounds include yttrium, lanthanum, cerium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, cerium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium. Samarium and erbium are preferable. This is because a neodymium compound, a samarium compound, and an erbium compound have a smaller average particle size than other rare earth compounds and are more likely to be deposited more uniformly on the surface of the lithium-containing transition metal oxide.

上記希土類の化合物の具体例としては、水酸化ネオジム、オキシ水酸化ネオジム、水酸化サマリウム、オキシ水酸化サマリウム、水酸化エルビウム、オキシ水酸化エルビウムが挙げられる。また、希土類の化合物として、水酸化ランタン又はオキシ水酸化ランタンを用いた場合には、ランタンは安価であるということから、正極の製造コストを低減することができる。   Specific examples of the rare earth compound include neodymium hydroxide, neodymium oxyhydroxide, samarium hydroxide, samarium oxyhydroxide, erbium hydroxide, and erbium oxyhydroxide. Further, when lanthanum hydroxide or lanthanum oxyhydroxide is used as the rare earth compound, lanthanum is inexpensive, so that the manufacturing cost of the positive electrode can be reduced.

上記希土類の化合物の割合は、希土類元素換算で、上記リチウム含有遷移金属酸化物に対して0.005質量%以上0.8質量%以下であることが望ましい。該割合が0.005質量%未満になると、希土類の化合物を付着させた効果が十分に発揮されないことがある一方、該割合が0.8質量%を超えると、リチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面におけるリチウムイオン透過性、電子伝導性が低くなって、ハイレート特性が低下することがある。   The ratio of the rare earth compound is preferably 0.005% by mass or more and 0.8% by mass or less with respect to the lithium-containing transition metal oxide in terms of rare earth elements. When the proportion is less than 0.005% by mass, the effect of attaching the rare earth compound may not be sufficiently exhibited. On the other hand, when the proportion exceeds 0.8% by mass, the lithium-containing transition metal oxide particles The lithium ion permeability and electronic conductivity on the surface may be lowered, and the high rate characteristics may be deteriorated.

リチウム含有遷移金属酸化物(リチウム過剰な遷移金属酸化物)としては、化学式:Liα(LiMnMe(1−x−y))O(0.99≦α≦1.05、0.1≦x≦0.4、0<y<1、MeはNi及び/又はCo)で示される酸化物であることが好ましい。
具体的には、Li(Li0.2Ni0.4Mn0.4)O、Li(Li0.12Ni0.374Mn0.374Co0.132)O、Li(Li0.12Ni0.2Co0.25Mn0.43)O、Li(Li0.11Ni0.17Co0.07Mn0.65)O、Li(Li0.2Ni0.18Co0.10Mn0.52)Oなどを挙げることができる。また、上記リチウム含有遷移金属酸化物には、Fe、Crなどが含まれていても良い。
Examples of the lithium-containing transition metal oxides (lithium-rich transition metal oxides), the chemical formula: Li α (Li x Mn y Me (1-x-y)) O 2 (0.99 ≦ α ≦ 1.05,0 0.1 ≦ x ≦ 0.4, 0 <y <1, Me is preferably an oxide represented by Ni and / or Co).
Specifically, Li (Li 0.2 Ni 0.4 Mn 0.4 ) O 2 , Li (Li 0.12 Ni 0.374 Mn 0.374 Co 0.132 ) O 2 , Li (Li 0. 12 Ni 0.2 Co 0.25 Mn 0.43 ) O 2 , Li (Li 0.11 Ni 0.17 Co 0.07 Mn 0.65 ) O 2 , Li (Li 0.2 Ni 0.18 Co 0.10 Mn 0.52 ) O 2 and the like. The lithium-containing transition metal oxide may contain Fe, Cr, and the like.

上記リチウム含有遷移金属酸化物とは、LiMeO(Meは遷移金属)と表され、リチウム層、遷移金属層、酸素層が一軸方向に積層したR−3M構造と、Li(Li1/3Me2/3)Oで表され、Li層とLi1/3Me2/3層と酸素層とが積層したC2/m構造と、を備えるリチウム含有遷移金属酸化物を指す。 The lithium-containing transition metal oxide is expressed as LiMeO 2 (Me is a transition metal), an R-3M structure in which a lithium layer, a transition metal layer, and an oxygen layer are stacked in a uniaxial direction, and Li (Li 1/3 Me 2/3 ) A lithium-containing transition metal oxide represented by O 2 and having a C2 / m structure in which a Li layer, a Li 1/3 Me 2/3 layer, and an oxygen layer are stacked.

上記リチウム含有遷移金属酸化物の一例を示すX線回折パターンは、図3に示すように、放電初期状態においてR−3M構造に由来するピーク(2θ=18°付近のピーク)を有する他、2θ=20〜23°付近にC2/m構造由来の強度の低いピークを有する。
尚、このようなリチウム含有遷移金属酸化物を用いることが好ましいが、本発明はこれに限定するものではない。
As shown in FIG. 3, the X-ray diffraction pattern showing an example of the lithium-containing transition metal oxide has a peak derived from the R-3M structure in the initial discharge state (peak near 2θ = 18 °) and 2θ. = It has a low intensity peak derived from the C2 / m structure in the vicinity of 20 to 23 °.
In addition, although it is preferable to use such a lithium containing transition metal oxide, this invention is not limited to this.

また、充電電圧は4.6V(vsLi/Li)以上とすることが好ましい。リチウム過剰なリチウム含有遷移金属酸化物は、4.6V(vsLi/Li)以上の充電電圧とすることで、化成が行われて、放電容量を250mAh/g以上とすることが可能となるからである。 The charging voltage is preferably 4.6 V (vsLi / Li + ) or higher. Lithium-containing lithium-containing transition metal oxides can be formed at a charging voltage of 4.6 V (vsLi / Li + ) or higher, and the discharge capacity can be 250 mAh / g or higher. It is.

ここで、上記正極5は、シート状の正極集電体と、この正極集電体の少なくとも一方の面に形成された正極活物質層とを備える構造であり、例えば、正極活物質と、カーボンブラックなどの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含む正極スラリーを、アルミニウムなどから成る正極集電体の少なくとも一方の面に塗布した後、乾燥、圧延することにより得られる。   Here, the positive electrode 5 has a structure including a sheet-like positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on at least one surface of the positive electrode current collector. For example, the positive electrode active material, carbon A positive electrode slurry containing a conductive agent such as black and a binder such as polyvinylidene fluoride is applied to at least one surface of a positive electrode current collector made of aluminum or the like, and then dried and rolled.

上記導電剤や上記結着剤は、公知の材料を特に限定することなく用いることができる。また、上記正極集電体としては、ステンレス鋼、アルミニウム、チタンなどのシートを用いることができる。正極活物質層を正極集電体の両面に形成する場合において、2つの正極活物質層の合計厚みは50〜250μmであることが好ましい。正極活物質層の合計厚みが50μmを下回ると、十分な容量を得られない場合がある。一方、正極活物質層の合計厚みが250μmを上回ると、電池の内部抵抗が大きくなる傾向がある。   As the conductive agent and the binder, known materials can be used without any particular limitation. Further, as the positive electrode current collector, a sheet of stainless steel, aluminum, titanium, or the like can be used. In the case where the positive electrode active material layers are formed on both surfaces of the positive electrode current collector, the total thickness of the two positive electrode active material layers is preferably 50 to 250 μm. If the total thickness of the positive electrode active material layer is less than 50 μm, sufficient capacity may not be obtained. On the other hand, when the total thickness of the positive electrode active material layer exceeds 250 μm, the internal resistance of the battery tends to increase.

また、正極作製工程における圧延時に、正極活物質と導電剤と結着剤とのすべり性を良化させるために、上記正極スラリーにセルロース類を添加しても良い。セルロース類の添加方法はどのような方法を用いても良いが、正極スラリーを作製する際に、正極スラリーの溶媒であるN−メチルピロリドンなどに溶解させて添加すると、均一に添加することができるため好ましい。上記セルロース類としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースが例示されるが、メチルセルロースを用いることが好ましい。メチルセルロースを用いれば、圧延時のすべり性を格段に向上できるのみならず、メチルセルロースは正極に印加される電圧範囲での安定性が高いからである。また、セルロース類は増粘剤としても使えるため、正極スラリーの分散性を向上させることができる。   In addition, cellulose may be added to the positive electrode slurry in order to improve the slip properties of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder during rolling in the positive electrode manufacturing step. Any method may be used for adding the celluloses, but when the positive electrode slurry is prepared, it can be uniformly added by dissolving it in N-methylpyrrolidone or the like as the solvent of the positive electrode slurry. Therefore, it is preferable. Examples of the celluloses include carboxymethyl cellulose and methyl cellulose, but methyl cellulose is preferably used. If methylcellulose is used, not only the slipping property during rolling can be remarkably improved, but also methylcellulose has high stability in the voltage range applied to the positive electrode. Moreover, since celluloses can be used as a thickener, the dispersibility of the positive electrode slurry can be improved.

上記希土類の化合物の平均粒径は1nm以上100nm以下であることが望ましい。希土類の化合物の平均粒子径が100nmを超えると、リチウム含有遷移金属酸化物粒子の粒径に対する希土類の化合物の粒径が大きくなり過ぎるために、リチウム含有遷移金属酸化物粒子の表面が希土類の化合物によって緻密に覆われなくなる。したがって、リチウム含有遷移金属酸化物粒子と非水電解質やその還元分解生成物が直に触れる面積が大きくなるため、非水電解質やその還元分解生成物の酸化分解が増加し、充放電特性が低下する。   The average particle size of the rare earth compound is desirably 1 nm or more and 100 nm or less. When the average particle size of the rare earth compound exceeds 100 nm, the particle size of the rare earth compound is too large relative to the particle size of the lithium-containing transition metal oxide particles, so that the surface of the lithium-containing transition metal oxide particles is a rare earth compound. Will not be covered precisely. Therefore, the area in which the lithium-containing transition metal oxide particles and the nonaqueous electrolyte and their reductive decomposition products are in direct contact with each other increases, so that the oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte and its reductive decomposition products increases, and the charge / discharge characteristics deteriorate. To do.

一方、希土類の化合物の平均粒子径が1nm未満になると、リチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面が希土類水酸化物等によって緻密に覆われ過ぎるため、リチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面におけるリチウムイオンの吸蔵,放出性能が低下して、充放電特性が低下するからである。このようなことを考慮すれば、希土類の化合物の平均粒径は、10nm以上50nm以下であることが、より好ましい。   On the other hand, when the average particle size of the rare earth compound is less than 1 nm, the surface of the lithium-containing transition metal oxide particle is too densely covered with the rare earth hydroxide or the like. This is because the occlusion / release performance of the battery deteriorates and the charge / discharge characteristics deteriorate. In consideration of this, the average particle size of the rare earth compound is more preferably 10 nm or more and 50 nm or less.

上記オキシ水酸化エルビウムなどの希土類の化合物をリチウム含有遷移金属酸化物に付着させるには、リチウム含有遷移金属酸化物を分散した溶液に、例えばエルビウム塩を溶解した水溶液を混合することで得られる。また別の方法としては、リチウム含有遷移金属酸化物を混合しながら、エルビウム塩を溶解した水溶液を噴霧した後に、乾燥するという方法もある。   In order to attach the rare earth compound such as erbium oxyhydroxide to the lithium-containing transition metal oxide, it can be obtained by mixing, for example, an aqueous solution in which an erbium salt is dissolved in a solution in which the lithium-containing transition metal oxide is dispersed. As another method, there is a method in which an aqueous solution in which an erbium salt is dissolved is sprayed and then dried while mixing a lithium-containing transition metal oxide.

中でも、リチウム含有遷移金属酸化物を分散した溶液に、エルビウム塩等の希土類塩を溶解した水溶液を混合する方法を用いることが好ましい。この理由としては、リチウム含有遷移金属酸化物の表面に、希土類の化合物をより均一に分散して付着させることができるからである。この際、リチウム含有遷移金属酸化物を分散した溶液のpHを一定にすることが好ましく、特に1〜100nmの微粒子を、リチウム含有遷移金属酸化物の表面に均一に分散させて析出させるには、pHを6〜10に規制することが好ましい。   Among them, it is preferable to use a method of mixing an aqueous solution in which a rare earth salt such as an erbium salt is dissolved in a solution in which a lithium-containing transition metal oxide is dispersed. This is because the rare earth compound can be more uniformly dispersed and adhered to the surface of the lithium-containing transition metal oxide. At this time, it is preferable to make the pH of the solution in which the lithium-containing transition metal oxide is dispersed constant. Particularly, in order to uniformly disperse fine particles of 1 to 100 nm on the surface of the lithium-containing transition metal oxide, It is preferable to regulate the pH to 6-10.

pHが6未満になると、リチウム含有遷移金属酸化物の遷移金属が溶出する恐れがある一方、pHが10を超えると、希土類の化合物が偏析してしまう恐れがあるという理由による。
尚、内部抵抗を少なく反応を均一に行わせるためには、正極リード5aは正極の中央部に近い位置に配置するのが好ましい。
When the pH is less than 6, the transition metal of the lithium-containing transition metal oxide may be eluted. On the other hand, when the pH exceeds 10, the rare earth compound may be segregated.
In order to reduce the internal resistance and perform the reaction uniformly, the positive electrode lead 5a is preferably disposed at a position close to the central portion of the positive electrode.

上記負極6は、シート状の負極集電体と、この負極集電体の少なくとも一方の面に形成された負極活物質層とを備える構造であり、例えば、カーボン粒子等の負極活物質と、結着剤と、必要に応じて添加する増粘剤及びその他の各種添加剤とを、水などに分散させて負極スラリーを調製し、この負極スラリーを、負極集電体の少なくとも一方の面に塗布した後、乾燥、圧延することにより得られる。   The negative electrode 6 has a structure including a sheet-like negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on at least one surface of the negative electrode current collector. For example, a negative electrode active material such as carbon particles; A negative electrode slurry is prepared by dispersing a binder, a thickener added as necessary, and various other additives in water, and the negative electrode slurry is placed on at least one surface of the negative electrode current collector. After coating, it is obtained by drying and rolling.

上記のようにして作製した負極活物質層中には、負極活物質と、結着剤と、増粘剤及びその他の各種添加剤と、負極活物質間に形成される隙間、すなわち空隙部分とを備えている。   In the negative electrode active material layer produced as described above, a negative electrode active material, a binder, a thickener and other various additives, and gaps formed between the negative electrode active materials, that is, void portions, It has.

上記負極活物質としては、炭素材料や、リチウムと合金形成可能な元素を用いることができる。上記炭素材料としては、天然黒鉛や難黒鉛化性炭素、人造黒鉛等のグラファイト類、コークス類等を用いることができ、リチウムと合金形成可能な元素としてはケイ素やスズであることが好ましく、また、これらが酸素と結合した、酸化ケイ素や酸化スズ等を用いることもできる。更に、上記炭素材料とケイ素やスズの化合物とを混合したものを用いることもできる。その他、エネルギー密度は低下するものの、負極材料としてはチタン酸リチウム等の金属リチウムに対する充放電の電位が、炭素材料等より高いものを用いることができる。   As the negative electrode active material, a carbon material or an element capable of forming an alloy with lithium can be used. As the carbon material, natural graphite, non-graphitizable carbon, graphite such as artificial graphite, coke, etc. can be used, and the element capable of forming an alloy with lithium is preferably silicon or tin. Silicon oxide or tin oxide in which these are combined with oxygen can also be used. Furthermore, what mixed the said carbon material and the compound of silicon or tin can also be used. In addition, although the energy density is decreased, a negative electrode material having a higher charge / discharge potential than that of a carbon material or the like for lithium metal such as lithium titanate can be used.

上記負極活物質層の総量に対する上記結着剤の割合は、0.5〜10質量%であることが好ましく、特に、0.8〜2質量%であることが好ましい。
負極の結着剤は特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、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(FEP)、スチレンブタジエンラテックス、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等が挙げられる。
The ratio of the binder to the total amount of the negative electrode active material layer is preferably 0.5 to 10% by mass, and particularly preferably 0.8 to 2% by mass.
The binder for the negative electrode is not particularly limited. For example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), styrene butadiene latex, And vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer.

負極集電体は特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、銅などからなるシートまたは箔を用いることができる。また、上記負極リード6aは、負極集電体と溶接などで接続後、絶縁テープで保護する。
尚、上記負極活物質層における結着剤や増粘剤は必須のものではなく、蒸着やCVDなどの方法を用いて負極活物質層を形成する場合には、結着剤は不要とされることが多い。
The negative electrode current collector is not particularly limited. For example, a sheet or foil made of stainless steel, copper, or the like can be used. The negative electrode lead 6a is protected by an insulating tape after being connected to the negative electrode current collector by welding or the like.
Note that the binder and thickener in the negative electrode active material layer are not essential, and when forming the negative electrode active material layer using a method such as vapor deposition or CVD, the binder is unnecessary. There are many cases.

本発明に用いる非水電解液の溶媒は限定するものではなく、非水電解質二次電池に従来から用いられてきた溶媒を使用することができる。例えば、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、ビニレンカーボネート等の環状カーボネートや、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネートや、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステルを含む化合物や、プロパンスルトン等のスルホン基を含む化合物や、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,2−ジオキサン、1,4−ジオキサン、2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテルを含む化合物や、ブチロニトリル、バレロニトリル、n−ヘプタンニトリル、スクシノニトリル、グルタルニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、1,2,3−プロパントリカルボニトリル、1,3,5−ペンタントリカルボニトリル等のニトリルを含む化合物や、ジメチルホルムアミド等のアミドを含む化合物等を用いることができる。特に、これらのHの一部がFにより置換されている溶媒が好ましく用いられる。また、これらを単独又は複数組み合わせて使用することができ、特に環状カーボネートと鎖状カーボネートとを組み合わせた溶媒や、さらにこれらに少量のニトリルを含む化合物やエーテルを含む化合物が組み合わされた溶媒が好ましい。   The solvent of the non-aqueous electrolyte used in the present invention is not limited, and solvents conventionally used for non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, propionic acid Compounds containing esters such as ethyl and γ-butyrolactone, compounds containing sulfone groups such as propane sultone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, 1,4 -Compounds containing ethers such as dioxane and 2-methyltetrahydrofuran, butyronitrile, valeronitrile, n-heptanenitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimeronite Le, 1,2,3-propanetriol-carbonitrile, 1,3,5-pentanetricarboxylic carbonitrile compounds containing nitrile such as nitrile or can be used compounds comprising an amide such as dimethylformamide. In particular, a solvent in which a part of these H is substituted with F is preferably used. Further, these can be used alone or in combination, and a solvent in which a cyclic carbonate and a chain carbonate are combined, and a solvent in which a compound containing a small amount of nitrile or an ether is further combined with these is preferable. .

リチウム塩としては、無機リチウムフッ化物やリチウムイミド化合物などが挙げられる。無機リチウムフッ化物としては、LiPF、LIBF等が挙げられ、リチウムイミド化合物としてはLiN(CFSO等の他に、オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩が例示される。このオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩としては、LiBOB〔リチウム−ビスオキサレートボレート〕の他、中心原子にC 2−が配位したアニオンを有するリチウム塩、例えば、Li[M(C](式中、Mは遷移金属,周期律表のIIIb族,IVb族,Vb族から選択される元素、Rはハロゲン、アルキル基、ハロゲン置換アルキル基から選択される基、xは正の整数、yは0又は正の整数である。)が挙げられる。具体的には、Li[B(C)F]、Li[P(C)F]、Li[P(C]等がある。但し、高温環境下においても負極の表面に安定な被膜を形成するためには、LiBOBを用いることが最も好ましい。
尚、上記溶質は、単独で用いるのみならず、2種以上を混合して用いても良い。また、溶質の濃度は特に限定されないが、電解液1リットル当り0.8〜1.7モルであることが望ましい。
Examples of lithium salts include inorganic lithium fluorides and lithium imide compounds. Examples of the inorganic lithium fluoride include LiPF 6 and LIBF 4 , and examples of the lithium imide compound include a lithium salt having an oxalato complex as an anion in addition to LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and the like. As a lithium salt having this oxalato complex as an anion, in addition to LiBOB [lithium-bisoxalate borate], a lithium salt having an anion in which C 2 O 4 2− is coordinated to the central atom, for example, Li [M (C 2 O 4 ) x R y ] (wherein M is a transition metal, an element selected from groups IIIb, IVb, and Vb of the periodic table, R is selected from a halogen, an alkyl group, and a halogen-substituted alkyl group) Group, x is a positive integer, and y is 0 or a positive integer.). Specifically, there are Li [B (C 2 O 4 ) F 2 ], Li [P (C 2 O 4 ) F 4 ], Li [P (C 2 O 4 ) 2 F 2 ], and the like. However, it is most preferable to use LiBOB in order to form a stable film on the surface of the negative electrode even in a high temperature environment.
In addition, the said solute may be used not only independently but in mixture of 2 or more types. Further, the concentration of the solute is not particularly limited, but is preferably 0.8 to 1.7 mol per liter of the electrolytic solution.

上記セパレータ7としては、一般的なポリエチレン、ポリプロピレンなどからなる微多孔性フィルムを用いることができるが、好ましくは、ポリエチレンまたはポリプロプレン上にアラミド層を含んだセパレータを用いることである。アラミド層は耐久性や耐熱性に優れ、セパレータの収縮を防ぎ、非水電解質二次電池の安全性を向上させうるからである。
また、セパレータ7の厚みは10〜25μmであることが好ましい。セパレータ7の厚みが10μm未満では正極と負極との極間が狭いためOCV不良が発生し易い。捲回時に極板とセパレータとの擦れにより大粒子が滑落した際、この大粒子がセパレータを突き破って正負極間で短絡が発生することがある。また、セパレータ7の厚みが25μmより大きいと、電池容量を大きくすることができず、またハイレート特性が低下することがある。
As the separator 7, a microporous film made of general polyethylene, polypropylene, or the like can be used. Preferably, a separator including an aramid layer on polyethylene or polypropylene is used. This is because the aramid layer is excellent in durability and heat resistance, can prevent shrinkage of the separator, and can improve the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery.
Moreover, it is preferable that the thickness of the separator 7 is 10-25 micrometers. If the thickness of the separator 7 is less than 10 μm, an OCV defect is likely to occur because the distance between the positive electrode and the negative electrode is narrow. When large particles slide off due to rubbing between the electrode plate and the separator during winding, the large particles may break through the separator and cause a short circuit between the positive and negative electrodes. On the other hand, if the thickness of the separator 7 is larger than 25 μm, the battery capacity cannot be increased and the high rate characteristics may be deteriorated.

以下、この発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質等について、以下に説明する。尚、この発明における非水電解質二次電池用正極活物質等は、下記の実施例に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。   Hereinafter, the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described below. In addition, the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries in this invention is not limited to what was shown in the following Example, It can implement by changing suitably in the range which does not change the summary.

(実施例)
(a)正極の作製
リチウム含有遷移金属酸化物(リチウム過剰な遷移金属酸化物)としてのLi(Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13)O粒子1000gを、3リットルの純水に投入して攪拌した。次に、この溶液に硝酸エルビウム5水和物5.31gを溶解した溶液を加えた。この際、10質量%の水酸化ナトリウム水溶液を適宜加え、Li(Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13)Oを含む溶液のpHが9となるように調整した。次いで、吸引濾過、水洗した後、250℃にて得られた粉末を乾燥することにより、Li(Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13)Oの表面にエルビウムを含む化合物(オキシ水酸化エルビウム)が均一に付着した正極活物質を得た。尚、上記オキシ水酸化エルビウムの付着量は、エルビウム元素換算で、上記リチウム含有遷移金属酸化物に対して0.20質量%であった。
(Example)
(A) Preparation of positive electrode 3 liters of Li (Li 0.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 ) O 2 particles 1000 g as a lithium-containing transition metal oxide (lithium-excess transition metal oxide) Was added to pure water and stirred. Next, a solution in which 5.31 g of erbium nitrate pentahydrate was dissolved was added to this solution. At this time, a 10% by mass aqueous sodium hydroxide solution was appropriately added to adjust the pH of the solution containing Li (Li 0.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 ) O 2 to 9. Next, after suction filtration and washing with water, the powder obtained at 250 ° C. is dried to contain erbium on the surface of Li (Li 0.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 ) O 2. A positive electrode active material to which a compound (erbium oxyhydroxide) was uniformly attached was obtained. In addition, the adhesion amount of the said erbium oxyhydroxide was 0.20 mass% with respect to the said lithium containing transition metal oxide in conversion of the erbium element.

次に、上記正極活物質100質量部に、炭素導電剤としてのカーボンブラック4質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン2質量部とを混合し、更に、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)を適量加えることにより正極スラリーを調製した。次いで、該正極スラリーを、アルミニウムからなる正極集電体の両面に塗布、乾燥した。最後に、所定の電極サイズに切り取り、ローラーを用いて圧延し、更に、正極リードを取り付けることにより、単極セル(正極)を作製した。当該単極セルにおける正極活物質の充填密度は3.0g/ccとした。   Next, 4 parts by mass of carbon black as a carbon conductive agent and 2 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed with 100 parts by mass of the positive electrode active material, and further NMP (N-methyl-2- A positive electrode slurry was prepared by adding an appropriate amount of pyrrolidone). Next, the positive electrode slurry was applied to both sides of a positive electrode current collector made of aluminum and dried. Finally, it cut out to the predetermined electrode size, rolled using the roller, and also the positive electrode lead was attached, and the single electrode cell (positive electrode) was produced. The packing density of the positive electrode active material in the single electrode cell was 3.0 g / cc.

(b)三電極式試験セルの作製
上記正極を作用極11として用いる一方、負極となる対極12及び参照極13にそれぞれ金属リチウムを用いて、図4に示すような三電極式試験セル10を作製した。尚、非水電解液14としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを3:7の体積比で混合した混合溶媒に、LiPFを1モル/リットルの濃度になるように溶解させたものを用いた。
このようにして作製したセルを、以下、セルAと称する。
(B) Production of three-electrode test cell While using the positive electrode as the working electrode 11, the three-electrode test cell 10 as shown in FIG. Produced. As the non-aqueous electrolyte solution 14, a solution obtained by dissolving LiPF 6 to a concentration of 1 mol / liter in a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7 was used. .
The cell thus produced is hereinafter referred to as cell A.

(比較例1)
正極活物質を作製する際、Li(Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13)Oの表面に、エルビウムを含む化合物を付着しなかったこと以外は、上記実施例と同様にしてセルを作製した。
このようにして作製したセルを、以下、セルZ1と称する。
(Comparative Example 1)
Except that the compound containing erbium did not adhere to the surface of Li (Li 0.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 ) O 2 when producing the positive electrode active material, A cell was produced in the same manner.
The cell thus fabricated is hereinafter referred to as cell Z1.

(比較例2)
正極活物質を作製する際、硝酸エルビウムの代わりに硝酸アルミニウム9水和物を27.8g用い、且つ、熱処理温度を400℃としたこと以外は、上記実施例と同様にしてセルを作製した。尚、このようにして作製した正極活物質では、Li(Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13)Oの表面に、Alを含む酸化物(酸化アルミニウム)が付着していた。尚、上記酸化アルミニウムの付着量は、アルミニウム元素換算で、上記リチウム含有遷移金属酸化物に対して0.20質量%であった。このようにして作製したセルを、以下、セルZ2と称する。
(Comparative Example 2)
When producing the positive electrode active material, a cell was produced in the same manner as in the above example except that 27.8 g of aluminum nitrate nonahydrate was used instead of erbium nitrate and the heat treatment temperature was 400 ° C. In the positive electrode active material thus manufactured, an oxide containing aluminum (aluminum oxide) adheres to the surface of Li (Li 0.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 ) O 2. It was. In addition, the adhesion amount of the said aluminum oxide was 0.20 mass% with respect to the said lithium containing transition metal oxide in conversion of the aluminum element. The cell thus fabricated is hereinafter referred to as cell Z2.

(実験)
上記セルA、Z1、Z2を下記条件で充放電し、初回充放電容量と、ハイレート放電特性(1.0Itでの放電容量)と、サイクル特性(30サイクル目の放電容量)とを調べたので、それらの結果を表1に示す。尚、全てのセルにおいて、1.0Itは260mAh/gとして実験を行った。また、初回充放電容量から初回充放電効率を算出したので、その結果も表1に示す。
(Experiment)
Since the cells A, Z1, and Z2 were charged / discharged under the following conditions, the initial charge / discharge capacity, high-rate discharge characteristics (discharge capacity at 1.0 It), and cycle characteristics (discharge capacity at the 30th cycle) were examined. The results are shown in Table 1. In all the cells, the experiment was conducted with 1.0 It being 260 mAh / g. Further, since the initial charge / discharge efficiency was calculated from the initial charge / discharge capacity, the results are also shown in Table 1.

・初回充放電容量を調べるときの充放電条件
25℃環境下で、0.05Itの定電流で電圧が4.8V(vs.Li/Li)になるまで充電を行い、引き続き4.8Vの定電圧で電流が0.01Itになるまで充電を行って初回充電容量を測定した。その後、0.05Itの定電流で電圧が2.0V(vs.Li/Li)になるまで放電を行って初回放電容量を測定した。
-Charging / discharging conditions when investigating the initial charge / discharge capacity In a 25 ° C environment, the battery was charged with a constant current of 0.05 It until the voltage became 4.8 V (vs. Li / Li + ), and then continuously charged at 4.8 V. Charging was performed at a constant voltage until the current became 0.01 It, and the initial charge capacity was measured. Thereafter, discharging was performed at a constant current of 0.05 It until the voltage became 2.0 V (vs. Li / Li + ), and the initial discharge capacity was measured.

・ハイレート放電特性を調べるときの充放電条件
25℃環境下で、0.2Itの定電流で電圧が4.8V(vs.Li/Li)になるまで充電を行い、引き続き4.8Vの定電圧で電流が0.05Itになるまで充電を行った。その後、1.0Itの定電流で電圧が2.0V(vs.Li/Li)になるまで放電を行った。この放電時の容量を測定して、1.0Itでの放電容量とした。
-Charging / discharging conditions for investigating high-rate discharge characteristics In a 25 ° C environment, charging was performed at a constant current of 0.2 It until the voltage reached 4.8 V (vs. Li / Li + ), and then a constant voltage of 4.8 V was maintained. Charging was performed until the current was 0.05 It at voltage. Thereafter, discharging was performed at a constant current of 1.0 It until the voltage became 2.0 V (vs. Li / Li + ). The capacity at the time of discharge was measured to obtain a discharge capacity at 1.0 It.

・サイクル特性を調べるときの充放電条件
25℃環境下で、0.2Itの定電流で電圧が4.8V(vs.Li/Li)になるまで充電を行い、引き続き4.8Vの定電圧で電流が0.05Itになるまで充電を行った。その後、0.05Itの定電流で電圧が2.0V(vs.Li/Li)になるまで放電を行った。このような充放電を30回繰り返し、30サイクル目の放電容量を測定した。
-Charging / discharging conditions when investigating cycle characteristics In a 25 ° C environment, charging was performed at a constant current of 0.2 It until the voltage reached 4.8 V (vs. Li / Li + ), and then a constant voltage of 4.8 V The battery was charged until the current reached 0.05 It. Thereafter, discharging was performed at a constant current of 0.05 It until the voltage became 2.0 V (vs. Li / Li + ). Such charge / discharge was repeated 30 times, and the discharge capacity at the 30th cycle was measured.

Figure 2014029782
Figure 2014029782

表1から明らかなように、セルZ1では、初期充電容量が大きくなることにより、初期の充放電効率が低下している。また、1.0Itでの放電容量が低く、30サイクル目の放電容量が大幅に低下していることが認められる。これは、以下に示す理由によるものと考えられる。セルZ1の正極活物質では、リチウム含有遷移金属酸化物の表面には化合物が付着していない(リチウム含有遷移金属酸化物の表面は完全に露出している)ので、初期の充放電時からリチウム含有遷移金属酸化物の表面で電解液の分解反応が生じる。このため、初回充電容量が大きくなり、しかも1.0Itでの放電容量が低くなったと考えられる。また、充放電サイクルを経過するにしたがい上記電解液の分解反応量が多くなるので、リチウム含有遷移金属酸化物の劣化も顕著となる。このため、30サイクル目の放電容量が大幅に低下したと考えられる。   As apparent from Table 1, in the cell Z1, the initial charge capacity is increased, so that the initial charge / discharge efficiency is lowered. It can also be seen that the discharge capacity at 1.0 It is low and the discharge capacity at the 30th cycle is greatly reduced. This is considered to be due to the following reasons. In the positive electrode active material of the cell Z1, no compound adheres to the surface of the lithium-containing transition metal oxide (the surface of the lithium-containing transition metal oxide is completely exposed). The decomposition reaction of the electrolytic solution occurs on the surface of the contained transition metal oxide. For this reason, it is considered that the initial charge capacity is increased and the discharge capacity at 1.0 It is decreased. In addition, as the amount of decomposition reaction of the electrolytic solution increases as the charge / discharge cycle elapses, the deterioration of the lithium-containing transition metal oxide becomes significant. For this reason, it is considered that the discharge capacity at the 30th cycle is greatly reduced.

また、リチウム含有遷移金属酸化物の表面にアルミニウム化合物を付着させたセルZ2では、アルミニウム化合物の存在により電解液の分解反応が抑制されるため、30サイクル目の放電容量は大きいが、1.0Itでの放電容量が大幅に低下していることが認められる。これは、以下に示す理由によるものと考えられる。先ず、セルZ2では初期充放電効率が高いことから、リチウム含有遷移金属酸化物表面に生成する被膜の量は少ないと考えられる。しかしながら、当該被膜自体の抵抗は高いと考えられる。このため、アルミニウム化合物の抵抗が高いということと相俟って、1.0Itでの放電容量が大幅に低下したと考えられる。尚、初期充電容量が低下したことにより、初期放電容量が低下していることが認められる。   Further, in the cell Z2 in which the aluminum compound is adhered to the surface of the lithium-containing transition metal oxide, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed by the presence of the aluminum compound, so that the discharge capacity at the 30th cycle is large, but 1.0 It It can be seen that the discharge capacity at is significantly reduced. This is considered to be due to the following reasons. First, since the initial charge / discharge efficiency is high in the cell Z2, it is considered that the amount of the coating formed on the surface of the lithium-containing transition metal oxide is small. However, the resistance of the coating itself is considered high. For this reason, combined with the high resistance of the aluminum compound, it is considered that the discharge capacity at 1.0 It was greatly reduced. In addition, it is recognized that the initial discharge capacity is reduced due to the reduction of the initial charge capacity.

これに対して、リチウム含有遷移金属酸化物の表面にエルビウム化合物を付着させたセルAでは、エルビウム化合物の存在により電解液の分解反応が抑制されるため、30サイクル目の放電容量は大きい。加えて、1.0Itでの放電容量も大きくなっていることが認められる。これは、以下に示す理由によるものと考えられる。セルAでは、リチウム含有遷移金属酸化物の表面にエルビウム化合物が付着しているが、当該化合物は上記アルミニウム化合物と同様、付着物質そのものの抵抗は大きいと考えられる。しかしながら、リチウム含有遷移金属酸化物の表面にアルミニウム化合物が付着しているときに生成された被膜と、希土類化合物(エルビウム化合物)が存在したときに生成された被膜とでは被膜の状態が異なる。具体的には、希土類化合物が存在したときに生成された被膜の方が被膜のイオン導電性が高く、脱溶媒和が容易になる。このことから、セルAでは1.0Itでの放電容量が大きくなったと考えられる。尚、セルAはセルZ2に比べて、初期充放電容量も大きくなっていることが認められる。   On the other hand, in the cell A in which the erbium compound is attached to the surface of the lithium-containing transition metal oxide, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed due to the presence of the erbium compound, and thus the discharge capacity at the 30th cycle is large. In addition, it is recognized that the discharge capacity at 1.0 It is also increased. This is considered to be due to the following reasons. In the cell A, an erbium compound is attached to the surface of the lithium-containing transition metal oxide, but the compound is considered to have a high resistance of the attached substance itself, like the aluminum compound. However, the state of the coating differs between the coating formed when the aluminum compound is adhered to the surface of the lithium-containing transition metal oxide and the coating generated when the rare earth compound (erbium compound) is present. Specifically, the coating produced when the rare earth compound is present has higher ionic conductivity of the coating and facilitates desolvation. From this, it is considered that the discharge capacity at 1.0 It increased in cell A. Note that it is recognized that the cell A has a larger initial charge / discharge capacity than the cell Z2.

本発明にかかる非水電解質二次電池は、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどの携帯型電子機器における駆動用電源としてだけでなく、ハイブリッドカー、電気自動車における駆動用電源や、電力貯蔵用電源として、好適に用いることができる。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is used not only as a driving power source in portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, but also as a driving power source and power storage power source in hybrid cars and electric vehicles. Can be preferably used.

1 電池ケース
5 正極
6 負極
7 セパレータ
11 作用極
12 対極
13 参照極
14 非水電解液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery case 5 Positive electrode 6 Negative electrode 7 Separator 11 Working electrode 12 Counter electrode 13 Reference electrode 14 Nonaqueous electrolyte

Claims (8)

リチウムと、マンガンと、ニッケル及び/又はコバルトとを含有し、上記リチウムのモル量が遷移金属元素の総モル量に対して1.1モル以上であって層状構造を有するリチウム含有遷移金属酸化物と、
上記リチウム含有遷移金属酸化物の表面の一部に付着した希土類の化合物と、
を有することを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質。
Lithium-containing transition metal oxide containing lithium, manganese, nickel and / or cobalt, wherein the molar amount of lithium is 1.1 mol or more with respect to the total molar amount of the transition metal element and has a layered structure When,
A rare earth compound attached to a part of the surface of the lithium-containing transition metal oxide;
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising:
上記希土類の化合物が、希土類の水酸化物、希土類のオキシ水酸化物、及び希土類の酸化物から成る群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。   2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the rare earth compound is at least one selected from the group consisting of a rare earth hydroxide, a rare earth oxyhydroxide, and a rare earth oxide. Positive electrode active material. 上記希土類の化合物中の希土類元素が、ネオジム、サマリウム、及びエルビウムから成る群から選択される1種である、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。   3. The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the rare earth element in the rare earth compound is one selected from the group consisting of neodymium, samarium, and erbium. 上記希土類の化合物が、希土類元素換算で、上記リチウム含有遷移金属酸化物に対して0.005質量%以上0.8質量%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。   The non-reactive compound according to any one of claims 1 to 3, wherein the rare earth compound is 0.005 mass% or more and 0.8 mass% or less with respect to the lithium-containing transition metal oxide in terms of rare earth elements. Positive electrode active material for water electrolyte secondary battery. 上記リチウム含有遷移金属酸化物が、化学式Liα(LiMnMe(1−x−y))O(0.99≦α≦1.05、0.1≦x≦0.4、0<y<1、MeはNi及び/又はCo)で表される酸化物である、請求項1〜4の何れか1項に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。 The lithium-containing transition metal oxide has the chemical formula Li α (Li x Mn y Me (1-xy) ) O 2 (0.99 ≦ α ≦ 1.05, 0.1 ≦ x ≦ 0.4, 0 The positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 1 to 4, wherein <y <1, Me is an oxide represented by Ni and / or Co). シート状の正極集電体と、
上記正極集電体の少なくとも一方の面に形成され、請求項1〜5の何れか1項に記載の非水電解質二次電池用正極活物質が含まれた正極活物質層と、
を有することを特徴とする非水電解質二次電池用正極。
A sheet-like positive electrode current collector;
A positive electrode active material layer formed on at least one surface of the positive electrode current collector and containing the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
A positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
請求項6に記載の非水電解質二次電池用正極と、
負極活物質を含む負極と、
上記正極と上記負極との間に配置されたセパレータと、
非水電解質と、
を備えることを特徴とする非水電解質二次電池。
The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 6,
A negative electrode containing a negative electrode active material;
A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode;
A non-aqueous electrolyte,
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
充電電圧が4.6V(vs.Li/Li)以上である、請求項7に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 7, wherein the charging voltage is 4.6 V (vs. Li / Li + ) or higher.
JP2012169583A 2012-07-31 2012-07-31 Cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode Pending JP2014029782A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012169583A JP2014029782A (en) 2012-07-31 2012-07-31 Cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012169583A JP2014029782A (en) 2012-07-31 2012-07-31 Cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014029782A true JP2014029782A (en) 2014-02-13

Family

ID=50202234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012169583A Pending JP2014029782A (en) 2012-07-31 2012-07-31 Cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014029782A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016017093A1 (en) * 2014-07-30 2017-04-27 三洋電機株式会社 Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016017093A1 (en) * 2014-07-30 2017-04-27 三洋電機株式会社 Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5399188B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6092847B2 (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2015125444A1 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries
JP6124309B2 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material
JP6254091B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5675113B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2012035648A1 (en) Active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2011077016A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery, and manufacturing method of nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6443339B2 (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2012101949A1 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, production method for same, positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery using said positive electrode active material, and non-aqueous electrolyte secondary battery using said positive electrode
JPWO2014156054A1 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
WO2015004841A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5556844B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode active material, non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode active material manufacturing method, non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2004022523A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2014049287A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery stack
JP2014072071A (en) Nonaqueous electrolytic secondary battery
CN112018342A (en) Positive electrode active material and secondary battery using same
US11456452B2 (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6158307B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode, non-aqueous electrolyte secondary battery manufacturing method and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6117553B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode, method for producing the positive electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode
JP2014029782A (en) Cathode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the cathode
JP6237792B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2014072072A (en) Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery manufactured using the positive electrode active material
JP2013020702A (en) Electrolyte and lithium ion secondary battery
WO2022203048A1 (en) Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery using same