JP2014130774A - Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent durability, and to provide a manufacturing method therefor.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte secondary battery 100 comprises: a positive electrode 10; a negative electrode 20; and a nonaqueous electrolyte 90. The positive electrode 10 comprises a positive electrode active material particles having an actuation upper limit potential of 4.5 V or more with reference to metal lithium; and a basic composition of a lithium transition metal compound. The positive electrode active material particles include a center region having the basic composition, and an outer region covering the outside of the center region. The outer region does not contain at least one kind of transition metal contained in the basic composition, or the concentration of transition metal is lower than that of the basic composition. The nonaqueous electrolyte 90 contains a transition metal ion scavenger.

Description

本発明は、非水電解質二次電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for manufacturing the same.

非水電解質二次電池の性能向上の一環として、さらなる高エネルギー密度化が求められている。より作動電位の高い正極活物質を用いることは、非水電解質二次電池の高エネルギー密度化を図るために有効な手段の一つである。例えば、特許文献1には、Li電位基準に対して4.5V以上の作動電圧を示すスピネル型リチウムニッケルマンガン複合酸化物からなる非水二次電池用正極活物質が記載されている。非水電解質二次電池に関連する他の技術文献として、特許文献2および3が挙げられる。   As part of improving the performance of non-aqueous electrolyte secondary batteries, higher energy density is required. The use of a positive electrode active material having a higher operating potential is one of effective means for increasing the energy density of the nonaqueous electrolyte secondary battery. For example, Patent Document 1 describes a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery made of a spinel type lithium nickel manganese composite oxide that exhibits an operating voltage of 4.5 V or more with respect to a Li potential reference. Other technical documents related to the nonaqueous electrolyte secondary battery include Patent Documents 2 and 3.

特開2002−158008号公報JP 2002-158008 A 特開2011−187193号公報JP 2011-187193 A 特開2000−195548号公報JP 2000-195548 A

しかし、正極活物質としてスピネル型リチウムニッケルマンガン複合酸化物を用いた二次電池は、その性能が劣化しやすい傾向にあった。例えば、正極の電位が金属リチウム基準で4.5V以上(以下、金属リチウム基準の電位を「vs.Li/Li」と表記することがある。)となるまで充電される条件で電池の充放電を繰り返すと、充放電回数の増加につれて電池容量が大きく低下することがあった。このため、作動電位の高い正極活物質を用いた非水電解質二次電池において、耐久性を向上させることが望まれていた。 However, the performance of secondary batteries using spinel type lithium nickel manganese composite oxide as the positive electrode active material tends to deteriorate. For example, the battery is charged under the condition of being charged until the potential of the positive electrode is 4.5 V or higher with respect to the metallic lithium (hereinafter, the potential based on the metallic lithium is sometimes referred to as “vs. Li / Li + ”). When the discharge is repeated, the battery capacity may greatly decrease as the number of charge / discharge increases. For this reason, it has been desired to improve the durability of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having a high operating potential.

そこで本発明は、耐久性に優れた非水電解質二次電池を提供することを目的とする。関連する他の目的は、かかる非水電解質二次電池の製造方法を提供することである。   Then, an object of this invention is to provide the nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in durability. Another related object is to provide a method for producing such a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明者らは、上記のように電池性能が劣化することの一因として、正極活物質に含まれる遷移金属元素(例えばマンガン(Mn))が非水電解質中に溶出する事象に着目した。溶出した遷移金属元素は、負極において析出し、電池容量の低下を招来し得る。この点に関し、特許文献3には、LiMnで表される複合酸化物を正極活物質として用いる場合に正極からMnが溶出してサイクル寿命が短くなる問題に対して、非水電解液中にMnと錯体を形成するキレート剤またはクラウンエーテルを含有させ、これにより正極活物質から溶出したMnイオンをトラップして、負極へのMnの析出を抑制させることが記載されている(特許文献3の第0003項、第0017項)。 The present inventors paid attention to an event in which a transition metal element (for example, manganese (Mn)) contained in the positive electrode active material is eluted into the non-aqueous electrolyte as a cause of the deterioration of the battery performance as described above. The eluted transition metal element can be deposited on the negative electrode, leading to a decrease in battery capacity. In this regard, Patent Document 3 discloses a non-aqueous solution to the problem that when a composite oxide represented by Li x Mn y O 2 is used as a positive electrode active material, Mn is eluted from the positive electrode and the cycle life is shortened. It is described that a chelating agent or a crown ether that forms a complex with Mn is contained in the electrolytic solution, thereby trapping Mn ions eluted from the positive electrode active material and suppressing the precipitation of Mn on the negative electrode ( Patent Literature 3, paragraphs 0003 and 0017).

ところが、本発明者らの検討によれば、正極の作動電位が4.5V(vs.Li/Li)以上となり得る非水電解質二次電池において、その非水電解質にキレート剤として例えばアセチルアセトンを含有させると、該キレート剤を含有させない非水電解質二次電池に比べて、むしろ充放電による容量劣化が著しくなることが判明した。 However, according to the study by the present inventors, in a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the operating potential of the positive electrode can be 4.5 V (vs. Li / Li + ) or higher, for example, acetylacetone is used as a chelating agent for the non-aqueous electrolyte. It has been found that when it is contained, the capacity deterioration due to charging / discharging becomes remarkable as compared with the nonaqueous electrolyte secondary battery not containing the chelating agent.

そこで、本発明者らはさらに検討を重ね、アセチルアセトン等のキレート剤は、正極側において酸化分解されることによって電池性能を劣化させ得ることを見出した。そして、正極活物質粒子を含む正極において、該正極活物質粒子の表面(すなわち、正極活物質粒子と電解質との界面)の電位を中心部の電位よりも低くすることにより、非水電解質にアセチルアセトン等を含有させることの効果が適切に発揮されて上記課題を解決し得ることを見出して、本発明を完成した。   Therefore, the present inventors have further studied and found that chelating agents such as acetylacetone can degrade battery performance by being oxidatively decomposed on the positive electrode side. Then, in the positive electrode including the positive electrode active material particles, the potential of the surface of the positive electrode active material particles (that is, the interface between the positive electrode active material particles and the electrolyte) is made lower than the potential of the central portion, whereby The present invention has been completed by finding that the effects of including the above can be appropriately exhibited to solve the above problems.

この明細書によると、正極と負極と非水電解質とを備えた非水電解質二次電池が提供される。前記正極は、リチウム遷移金属化合物を基本組成とする正極活物質粒子を備える。また、前記正極の作動上限電位は、典型的には4.5V(vs.Li/Li)以上である。前記正極活物質粒子は、前記基本組成を有する中心領域と、該中心領域の外側を覆う外側領域とを含む。前記外側領域は、前記基本組成に含まれる遷移金属(例えばMn)の少なくとも一種を含まないか、あるいは該遷移金属の濃度が前記基本組成よりも低い領域である。そして、前記非水電解質は遷移金属イオン捕捉剤(例えばアセチルアセトン)を含有する。 According to this specification, a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte is provided. The positive electrode includes positive electrode active material particles having a lithium transition metal compound as a basic composition. The upper limit operating potential of the positive electrode is typically 4.5 V (vs. Li / Li + ) or more. The positive electrode active material particles include a central region having the basic composition and an outer region covering the outside of the central region. The outer region does not contain at least one kind of transition metal (for example, Mn) contained in the basic composition, or is a region where the concentration of the transition metal is lower than the basic composition. The non-aqueous electrolyte contains a transition metal ion scavenger (for example, acetylacetone).

かかる構成の非水電解質二次電池では、正極活物質粒子が中心領域を覆う外側領域を有することにより、該正極活物質粒子の表面の電位を上記中心領域よりも低くすることができる。これにより、非水電解質中に含まれる遷移金属イオン捕捉剤が正極において分解される事象を抑制し、該遷移金属イオン捕捉剤がその効果を適切に発揮することができる。このことによって、耐久性が効果的に改善された非水電解質二次電池が実現され得る。また、このような非水電解質二次電池は、正極の作動上限電位が高いことから、エネルギー密度の高いものとなり得るので好ましい。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery having such a configuration, the positive electrode active material particles have an outer region covering the central region, whereby the surface potential of the positive electrode active material particles can be made lower than the central region. Thereby, the event that the transition metal ion scavenger contained in the non-aqueous electrolyte is decomposed at the positive electrode can be suppressed, and the transition metal ion scavenger can appropriately exert its effect. As a result, a non-aqueous electrolyte secondary battery with improved durability can be realized. In addition, such a nonaqueous electrolyte secondary battery is preferable because the operating upper limit potential of the positive electrode is high and the energy density can be high.

ここで、「正極の作動上限電位が4.5V(vs.Li/Li)以上の非水電解質二次電池」とは、SOC(State of Charge:充電状態)0%〜100%の範囲に、正極活物質の酸化還元電位(作動電位)が4.5V(vs.Li/Li)以上の領域がある非水電解質二次電池をいう。かかる電池は、SOC0%〜100%のうち少なくとも一部範囲において正極の電位が4.5V(vs.Li/Li)以上である非水電解質二次電池としても把握され得る。 Here, the “non-aqueous electrolyte secondary battery having an operating upper limit potential of the positive electrode of 4.5 V (vs. Li / Li + ) or higher” means that the SOC (State of Charge) is in the range of 0% to 100%. A non-aqueous electrolyte secondary battery having a region where the oxidation-reduction potential (operating potential) of the positive electrode active material is 4.5 V (vs. Li / Li + ) or higher. Such a battery can also be grasped as a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the potential of the positive electrode is 4.5 V (vs. Li / Li + ) or higher in at least a part of SOC 0% to 100%.

ここに開示される技術は、例えば、上記正極活物質粒子の上記外側領域がリチウムイオン伝導性を有する被覆層(例えば、LiPO等のような固体電解質を含む被覆層)である態様で好ましく実施することができる。 The technique disclosed here is, for example, an aspect in which the outer region of the positive electrode active material particle is a coating layer having lithium ion conductivity (for example, a coating layer including a solid electrolyte such as Li 3 PO 4 ). It can be implemented preferably.

好ましい一態様において、前記基本組成は、スピネル構造のリチウムニッケルマンガン酸化物である。かかる組成の正極活物質粒子は、正極の作動上限電位(vs.Li/Li)が4.5V以上である非水電解質二次電池の構成材料として好適である。 In a preferred embodiment, the basic composition is a spinel structure lithium nickel manganese oxide. The positive electrode active material particles having such a composition are suitable as a constituent material of a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the positive electrode operating upper limit potential (vs. Li / Li + ) is 4.5 V or more.

ここに開示される方法の好ましい一態様において、前記基本組成は、以下の一般式(1)で表される組成であり得る。
Li(Ni0.5−aFeMn1.5−bTi )O4+d (1)
ここで、上記一般式(1)中のxは、0.9≦x≦1.2であり得る。aは、0≦aであり得る。bは、−0.1≦bであり得る。Pは、0<P≦0.1であり得る。Qは、0<Q≦0.1であり得る。Mは、Ni,Mn,Fe,Ti以外の元素(典型的には金属元素)であり得る。Rは、0≦Rであり得る。a,b,P,QおよびRは、a+b=P+Q+Rを満たす値であり得る。dは、−0.2≦d≦0.2であって電荷中性条件を満たすように定まる値であり得る。かかる基本組成を有する正極活物質粒子によると、より耐久性の良い非水電解質二次電池が実現され得る。
In a preferred embodiment of the method disclosed herein, the basic composition may be a composition represented by the following general formula (1).
Li x (Ni 0.5-a Fe P Mn 1.5-b Ti Q M 0 R) O 4 + d (1)
Here, x in the general formula (1) may satisfy 0.9 ≦ x ≦ 1.2. a may be 0 ≦ a. b may be −0.1 ≦ b. P may be 0 <P ≦ 0.1. Q may be 0 <Q ≦ 0.1. M 0 can be an element (typically a metal element) other than Ni, Mn, Fe, and Ti. R may be 0 ≦ R. a, b, P, Q, and R may be values satisfying a + b = P + Q + R. d may be a value that satisfies −0.2 ≦ d ≦ 0.2 and satisfies the charge neutrality condition. According to the positive electrode active material particles having such a basic composition, a more durable nonaqueous electrolyte secondary battery can be realized.

この明細書によると、また、正極の作動上限電位(vs.Li/Li)が4.5V以上である非水電解質二次電池を製造する方法が提供される。その製造方法は、リチウム遷移金属化合物を基本組成とする正極活物質粒子を備える正極を用意することを包含する。また、遷移金属イオン捕捉剤を含む非水電解質を用意することを包含する。さらに、前記正極と前記非水電解質とを用いて非水電解質二次電池を構築することを包含する。ここで、前記正極活物質粒子は、前記基本組成を有する中心領域と、該中心領域の外側を覆う外側領域とを含む。前記外側領域は、前記基本組成に含まれる遷移金属の少なくとも一種を含まないか、あるいは該遷移金属の濃度が前記基本組成よりも低い領域である。
かかる方法により製造された非水電解質二次電池は、上記正極活物質粒子が用いられていることにより、非水電解質に含まれる遷移金属イオン捕捉剤がその効果を適切に発揮することができる。このことによって、耐久性が効果的に改善された非水電解質二次電池が実現され得る。また、このような非水電解質二次電池は、正極の作動上限電位が高いことから、エネルギー密度の高いものとなり得るので好ましい。
According to this specification, there is also provided a method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the operating upper limit potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode is 4.5 V or more. The manufacturing method includes preparing a positive electrode including positive electrode active material particles having a lithium transition metal compound as a basic composition. It also includes providing a non-aqueous electrolyte containing a transition metal ion scavenger. Furthermore, it includes constructing a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode and the non-aqueous electrolyte. Here, the positive electrode active material particles include a central region having the basic composition and an outer region covering the outside of the central region. The outer region does not contain at least one transition metal contained in the basic composition, or is a region where the concentration of the transition metal is lower than the basic composition.
In the nonaqueous electrolyte secondary battery produced by such a method, the positive electrode active material particles are used, so that the transition metal ion scavenger contained in the nonaqueous electrolyte can appropriately exert its effect. As a result, a non-aqueous electrolyte secondary battery with improved durability can be realized. In addition, such a nonaqueous electrolyte secondary battery is preferable because the operating upper limit potential of the positive electrode is high and the energy density can be high.

ここに開示される非水電解質二次電池(ここに開示されるいずれかの方法により製造された非水電解質二次電池を包含する。以下同じ。)は、良好な耐久性を示すものとなり得る。例えば、室温より高い温度環境下(例えば50℃〜60℃)で充放電を繰り返しても、容量低下の少ないものとなり得る。また、エネルギー密度の高いものとなり得る。したがって、このような特徴を活かして、例えばハイブリッド車両や電気車両の動力源(駆動電源)として好適に利用され得る。上記ハイブリッド車両の典型例として、動力源としてエンジン(内燃機関)とモータ駆動用電池との双方を備えた車両が挙げられる。   Non-aqueous electrolyte secondary batteries disclosed herein (including non-aqueous electrolyte secondary batteries manufactured by any of the methods disclosed herein, the same shall apply hereinafter) may exhibit good durability. . For example, even if charging / discharging is repeated under a temperature environment higher than room temperature (for example, 50 ° C. to 60 ° C.), the capacity can be reduced little. In addition, the energy density can be high. Therefore, taking advantage of such characteristics, for example, it can be suitably used as a power source (drive power source) of a hybrid vehicle or an electric vehicle. A typical example of the hybrid vehicle is a vehicle including both an engine (internal combustion engine) and a motor drive battery as power sources.

一実施形態に係る非水電解質二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment. 図1のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 一実施形態に係る非水電解質二次電池の捲回電極体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the winding electrode body of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment. 非水二次電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the vehicle (automobile) provided with the non-aqueous secondary battery.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals, and redundant descriptions may be omitted or simplified. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.

本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウム二次電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。また、「非水電解質二次電池」とは、非水電解質(典型的には、常温(例えば25℃)において液状を呈する電解質、すなわち電解液)を備えた電池をいう。上記非水電解質は、例えば、非水溶媒中に支持塩(支持電解質)を含む形態の非水電解液であり得る。また、「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間のリチウムイオンの移動により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。また、「活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および脱離)し得る物質をいう。上記電荷担体となる化学種は、リチウム二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)においては主としてリチウムイオンである。
本明細書において「リチウム遷移金属化合物」とは、リチウムと少なくとも一種の遷移金属とを構成元素として含む化合物をいい、さらに他の元素(典型金属元素および/または非金属元素)を含む化合物をも包含する意味である。また、本明細書において「リチウムマンガン酸化物」とは、少なくともリチウムおよびマンガンを構成元素として含む酸化物をいい、さらに他の金属元素および/または非金属元素を含む酸化物をも包含する意味である。同様に、本明細書において「リチウムニッケルマンガン酸化物」とは、少なくともリチウム、ニッケルおよびマンガンを構成元素として含む酸化物をいい、さらに他の金属元素および/または非金属元素を含む酸化物をも包含する意味である。
In this specification, “secondary battery” refers to a general power storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term that includes a so-called storage battery such as a lithium secondary battery and a power storage element such as an electric double layer capacitor. Further, the “non-aqueous electrolyte secondary battery” refers to a battery provided with a non-aqueous electrolyte (typically, an electrolyte that exhibits a liquid state at room temperature (for example, 25 ° C.), that is, an electrolytic solution). The non-aqueous electrolyte may be, for example, a non-aqueous electrolyte in a form containing a supporting salt (supporting electrolyte) in a non-aqueous solvent. In addition, the “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by movement of lithium ions between the positive and negative electrodes. A secondary battery generally called a lithium ion secondary battery, a lithium ion capacitor, or the like is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification. An “active material” refers to a material that can reversibly occlude and release (typically insertion and desorption) chemical species that serve as charge carriers in a secondary battery. The chemical species serving as the charge carrier is mainly lithium ions in a lithium secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery).
In the present specification, the “lithium transition metal compound” refers to a compound containing lithium and at least one transition metal as constituent elements, and further includes a compound containing another element (typical metal element and / or nonmetal element). It means to include. In this specification, “lithium manganese oxide” means an oxide containing at least lithium and manganese as constituent elements, and further includes oxides containing other metal elements and / or nonmetal elements. is there. Similarly, in this specification, “lithium nickel manganese oxide” refers to an oxide containing at least lithium, nickel and manganese as constituent elements, and further includes an oxide containing another metal element and / or a nonmetal element. It means to include.

本明細書において「SOC」(State of Charge)とは、特記しない場合、電池が通常使用される電圧範囲を基準とする、該電池の充電状態をいうものとする。例えば、端子間電圧(開路電圧(open circuit voltage;OCV))が4.9V(上限電圧)〜3.5V(下限電圧)の範囲で使用される電池においては、当該電圧範囲で測定される定格容量を基準とする充電状態をいうものとする。
本明細書において「1C」とは、満充電状態(SOC100%)の電池を1時間で放電終止電圧(SOC0%)まで放電させる電流値を意味する。
また、本明細書において「平均粒径」とは、特記しない場合、一般的なレーザ回折式粒度分布測定装置により得られる体積基準の粒度分布におけるメジアン径(D50)を指すものとする。
In this specification, “SOC” (State of Charge) refers to the state of charge of a battery based on a voltage range in which the battery is normally used unless otherwise specified. For example, in a battery in which the voltage between terminals (open circuit voltage (OCV)) is in the range of 4.9 V (upper limit voltage) to 3.5 V (lower limit voltage), the rating measured in the voltage range It shall be the state of charge based on capacity.
In this specification, “1C” means a current value that discharges a fully charged battery (SOC 100%) to a discharge end voltage (SOC 0%) in one hour.
In the present specification, the “average particle diameter” refers to a median diameter (D50) in a volume-based particle size distribution obtained by a general laser diffraction particle size distribution measuring device unless otherwise specified.

ここに開示される技術は、リチウム遷移金属化合物を含む正極を備えた各種の非水電解質二次電池およびその製造に適用され得る。上記非水電解質二次電池は、典型的には、上記正極と負極とを含む電極体と、非水電解質と、それら電極体および非水電解質を収容する電池ケースとを備える。以下、かかる電池の構成要素について順次説明する。   The technology disclosed herein can be applied to various nonaqueous electrolyte secondary batteries including a positive electrode including a lithium transition metal compound and the production thereof. The nonaqueous electrolyte secondary battery typically includes an electrode body including the positive electrode and the negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a battery case that houses the electrode body and the nonaqueous electrolyte. Hereinafter, the constituent elements of such a battery will be sequentially described.

<正極>
ここで開示される技術における正極は、少なくともSOC0%〜100%のうち一部範囲における作動電位(vs.Li/Li)が、一般的な非水電解質二次電池(作動電位の上限が4.1V〜4.2V程度)よりも高く、典型的には凡そ4.5V以上である。このような作動上限電位を示す正極は、SOC0%〜100%における作動電位(vs.Li/Li)の最高値が4.5V以上である正極活物質を用いることにより実現され得る。
<Positive electrode>
The positive electrode in the technique disclosed herein has a working potential (vs. Li / Li + ) in a partial range of at least SOC 0% to 100%, and a general non-aqueous electrolyte secondary battery (upper working potential is 4). .1V to about 4.2V), typically about 4.5V or more. A positive electrode exhibiting such an operating upper limit potential can be realized by using a positive electrode active material having a maximum operating potential (vs. Li / Li + ) at SOC 0 % to 100% of 4.5 V or more.

ここで、正極活物質の作動電位は、例えば以下のように測定することができる。具体的には、測定対象たる正極活物質を含む正極を作用極(WE)として用い、かかる作用極と、対極(CE)としての金属リチウムと、参照極(RE)としての金属リチウムと、使用する非水電解質(例えば、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)とを体積基準でEC:EMC=30:70の比で含む混合溶媒中に濃度1MのLiPFを含む電解液)と、を用いて三極式セルを構築する。このセルのSOC値を、当該セルの理論容量に基づいてSOC0%〜100%まで5%刻みで調整する。かかるSOCの調整は、例えば一般的な充放電装置やポテンショスタットを用いて、WEとCEの間で定電流充電することによって行い得る。そして、各SOC値に調整したセルを1時間放置した後のWEとREとの間の電位を測定し、その電位を当該SOC値における上記正極活物質の作動電位(vs.Li/Li)とする。 Here, the working potential of the positive electrode active material can be measured, for example, as follows. Specifically, a positive electrode containing a positive electrode active material to be measured is used as a working electrode (WE), the working electrode, metallic lithium as a counter electrode (CE), metallic lithium as a reference electrode (RE), and use A non-aqueous electrolyte (for example, an electrolytic solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 M in a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a ratio of EC: EMC = 30: 70 on a volume basis); A tripolar cell is constructed using,. The SOC value of this cell is adjusted in increments of 5% from 0% to 100% SOC based on the theoretical capacity of the cell. Such SOC adjustment can be performed by constant current charging between WE and CE using, for example, a general charging / discharging device or a potentiostat. Then, the potential between WE and RE after the cells adjusted to the respective SOC values are left for 1 hour is measured, and the potential is determined based on the operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material at the SOC value. And

なお、一般にSOC0%〜100%の間で正極活物質の作動電位が最も高くなるのはSOC100%を含む範囲であるため、通常は、SOC100%(すなわち満充電状態)における正極活物質の作動電位を通じて、当該正極活物質の作動電位の上限(例えば、4.5V以上であるか否か)を把握することができる。SOC100%における正極活物質の作動電位(vs.Li/Li)は、4.5Vよりも高いことが好ましく、例えば4.7V以上であることが好ましい。ここで開示される技術は、典型的には、SOC100%における正極活物質の作動電位(vs.Li/Li)が7.0V以下(典型的には6.0V以下、例えば5.5V以下)である非水電解質二次電池に好ましく適用される。 In general, the operating potential of the positive electrode active material is highest in a range between SOC 0% and 100% in a range including SOC 100%. Therefore, normally, the operating potential of the positive electrode active material at SOC 100% (that is, fully charged state) is normal. Thus, the upper limit (for example, whether it is 4.5 V or more) of the operating potential of the positive electrode active material can be grasped. The operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material at 100% SOC is preferably higher than 4.5V, for example, 4.7V or higher. In the technique disclosed herein, typically, the operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material at 100% SOC is 7.0 V or less (typically 6.0 V or less, for example, 5.5 V or less. The non-aqueous electrolyte secondary battery is preferably applied.

<正極活物質粒子>
上記正極は、作動電位(vs.Li/Li)が4.5V以上の正極活物質として機能し得るリチウム遷移金属化合物(典型的には、リチウム遷移金属酸化物)を基本組成とする正極活物質粒子を備える。例えば、作動電位(vs.Li/Li)が4.5Vよりも高い(さらには4.6V以上、例えば4.7V以上の)のリチウム遷移金属化合物を含む正極活物質粒子が好ましい。
<Positive electrode active material particles>
The positive electrode has a basic composition of a lithium transition metal compound (typically, a lithium transition metal oxide) that can function as a positive electrode active material having an operating potential (vs. Li / Li + ) of 4.5 V or higher. Provide material particles. For example, positive electrode active material particles containing a lithium transition metal compound having an operating potential (vs. Li / Li + ) higher than 4.5 V (further higher than 4.6 V, for example, higher than 4.7 V) are preferable.

ここに開示される技術は、上記正極活物質粒子の基本組成が少なくともMnを含むリチウム遷移金属化合物である態様で好ましく実施され得る。例えば、原子数換算で、上記基本組成に含まれる遷移金属のうち50%以上がMnであることが好ましい。かかる基本組成を有する正極活物質粒子は、豊富で安価な金属資源であるMnを主に利用するので、原料コストや原料の供給リスクを低減し得るという観点から好ましい。また、Mnを含む正極活物質(例えば、スピネル構造のリチウムマンガン化合物)は、該正極活物質からMnが溶出しやすい傾向にある。このため、ここに開示される技術を適用して、溶出したMnが負極で析出する事象を抑制することが特に有意義である。   The technique disclosed here can be preferably implemented in an embodiment in which the basic composition of the positive electrode active material particles is a lithium transition metal compound containing at least Mn. For example, in terms of the number of atoms, 50% or more of the transition metals contained in the basic composition is preferably Mn. The positive electrode active material particles having such a basic composition mainly use Mn, which is an abundant and inexpensive metal resource, and is preferable from the viewpoint of reducing raw material costs and raw material supply risks. Further, a positive electrode active material containing Mn (for example, a lithium manganese compound having a spinel structure) tends to easily elute Mn from the positive electrode active material. For this reason, it is particularly meaningful to apply the technique disclosed herein to suppress the phenomenon in which eluted Mn precipitates at the negative electrode.

上記作動電位を示す正極活物質として機能し得るリチウム遷移金属化合物の好適例として、スピネル構造のリチウムマンガン酸化物(以下、スピネル構造を「スピネル型」と表記することがある。)が挙げられる。より具体的には、次の一般式:
LiMn2−yM’4+d (F1);
で表わされるスピネル型リチウムマンガン酸化物が挙げられる。
ここで、xは、0.9≦x≦1.2であり得る。yは、0≦y<2であり、典型的には0≦y≦1(例えば0.2≦y≦0.6)であり得る。dは、−0.2≦d≦0.2であって電荷中性条件を満たすように定まる値である。yが0より大きい場合(0<y)、M’は、Mn以外の任意の金属元素または非金属元素から選択される一種または二種以上であり得る。より具体的には、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)等であり得る。M’としては、Ni,Fe,Co,Ti等の遷移金属元素の少なくとも一種を好ましく採用し得る。
As a suitable example of the lithium transition metal compound that can function as the positive electrode active material exhibiting the above-described operating potential, a lithium manganese oxide having a spinel structure (hereinafter, the spinel structure may be referred to as “spinel type”) may be mentioned. More specifically, the following general formula:
Li x Mn 2-y M ' y O 4 + d (F1);
The spinel type lithium manganese oxide represented by these is mentioned.
Here, x may be 0.9 ≦ x ≦ 1.2. y is 0 ≦ y <2, typically 0 ≦ y ≦ 1 (eg, 0.2 ≦ y ≦ 0.6). d is a value that satisfies −0.2 ≦ d ≦ 0.2 and satisfies the charge neutrality condition. When y is larger than 0 (0 <y), M ′ may be one or more selected from any metal element or nonmetal element other than Mn. More specifically, lithium (Li), sodium (Na), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), niobium (Nb) , Chromium (Cr), molybdenum (Mo), iron (Fe), cobalt (Co), rhodium (Rh), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), zinc (Zn) Boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), tin (Sn), lanthanum (La), cerium (Ce), and the like. As M ′, at least one of transition metal elements such as Ni, Fe, Co, and Ti can be preferably used.

なお、化合物(酸化物)がスピネル構造を有しているか否かは、X線構造解析(好ましくは単結晶X線構造解析)によって判別し得る。より具体的には、CuKα線(波長0.154051nm)を用いたX線回折装置(例えばリガク社製の「単結晶自動X線構造解析装置」)を用いた測定により判別し得る。   Note that whether or not the compound (oxide) has a spinel structure can be determined by X-ray structural analysis (preferably single crystal X-ray structural analysis). More specifically, it can be determined by measurement using an X-ray diffractometer (for example, “single crystal automatic X-ray structure analyzer” manufactured by Rigaku Corporation) using CuKα rays (wavelength 0.154051 nm).

上記一般式(F1)で表されるスピネル型リチウムマンガン酸化物の一好適例として、上記一般式(F1)におけるM’が少なくともNiを含む化合物が挙げられる。かかる化合物の具体例として、次の一般式:
Li(NiMn2−t―uM”)O4+d (F2);
で表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物が挙げられる。
ここで、M”は、NiおよびMn以外の任意の遷移金属元素または典型金属元素(例えば、Fe,Ti,Co,Cu,Cr,ZnおよびAlから選択される一種または二種以上)であり得、3価のFeおよび3価のCoの少なくとも一方を含むことが好ましい。あるいは、M”の一部または全部が半金属元素(例えば、B,SiおよびGeから選択される一種または二種以上)や非金属元素であってもよい。また、xは、0.9≦x≦1.2であり得る。tは、0<tであり得る。uは、0≦uであり得る。ここで、tおよびuは、t+u<2(典型的にはt+u≦1)を満たす数であり得る。dは、−0.2≦d≦0.2であって電荷中性条件を満たすように定まる値である。好ましい一態様では、tは、0.2≦t≦1.0(より好ましくは0.4≦t≦0.6、さらに好ましくは0.4≦t≦0.55、例えば0.45≦t≦0.55)であり;uは、0≦u<1.0(例えば0≦u≦0.3)である。一般式(F2)で表されるリチウムニッケルマンガン酸化物の具体例としては、LiNi0.5Mn1.5等が挙げられる。
As a preferable example of the spinel type lithium manganese oxide represented by the general formula (F1), a compound in which M ′ in the general formula (F1) includes at least Ni can be given. Specific examples of such compounds include the following general formula:
Li x (Ni t Mn 2- t-u M "u) O 4 + d (F2);
The spinel type lithium nickel manganese oxide represented by these is mentioned.
Here, M ″ may be any transition metal element or typical metal element other than Ni and Mn (for example, one or more selected from Fe, Ti, Co, Cu, Cr, Zn, and Al). It is preferable to include at least one of trivalent Fe and trivalent Co. Alternatively, part or all of M ″ is a metalloid element (for example, one or more selected from B, Si and Ge). Or a non-metallic element. Also, x may be 0.9 ≦ x ≦ 1.2. t may be 0 <t. u may be 0 ≦ u. Here, t and u may be numbers satisfying t + u <2 (typically t + u ≦ 1). d is a value that satisfies −0.2 ≦ d ≦ 0.2 and satisfies the charge neutrality condition. In one preferred embodiment, t is 0.2 ≦ t ≦ 1.0 (more preferably 0.4 ≦ t ≦ 0.6, more preferably 0.4 ≦ t ≦ 0.55, for example 0.45 ≦ t. ≦ 0.55); u is 0 ≦ u <1.0 (eg, 0 ≦ u ≦ 0.3). Specific examples of the lithium nickel manganese oxide represented by the general formula (F2) include LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and the like.

ここに開示される技術の好ましい一態様において、上記正極は、FeおよびTiによって部分的に置換されたスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物(以下「FT−LNMスピネル」と表記することもある。)を基本組成とする正極活物質粒子を備える。このFT−LNMスピネルは、作動電位(vs.Li/Li)が4.5V以上の正極活物質として機能し得る。例えば、作動電位(vs.Li/Li)が4.5Vよりも高い(さらには4.6V以上、例えば4.7V以上の)のFT−LNMスピネルを含む正極活物質粒子が好ましい。FT−LNMスピネルの作動電位の上限は特に限定されないが、通常は、作動電位(vs.Li/Li)が7V以下(典型的には6V以下、例えば5.5V以下)のFT−LNMスピネルを含む正極活物質粒子が好ましい。 In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the positive electrode is a spinel-type lithium nickel manganese oxide partially substituted with Fe and Ti (hereinafter sometimes referred to as “FT-LNM spinel”). It has positive electrode active material particles having a basic composition. This FT-LNM spinel can function as a positive electrode active material having an operating potential (vs. Li / Li + ) of 4.5 V or higher. For example, positive electrode active material particles containing FT-LNM spinel having an operating potential (vs. Li / Li + ) higher than 4.5 V (further higher than 4.6 V, for example, higher than 4.7 V) are preferable. The upper limit of the operating potential of the FT-LNM spinel is not particularly limited. Usually, however, the FT-LNM spinel has an operating potential (vs. Li / Li + ) of 7 V or less (typically 6 V or less, for example, 5.5 V or less). Positive electrode active material particles containing are preferred.

上記FT−LNMスピネルは、Li、Ni、Mnおよび酸素(O)からなるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物におけるNiおよび/またはMnの一部が、FeおよびTiによって置換された組成を有する。このようなFT−LNMスピネルは、上記スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物における遷移金属サイト(すなわち、NiサイトおよびMnサイトの一方または両方)の少なくとも一部がFeおよびTiにより占められた構造のスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物としても把握され得る。
上記FT−LNMスピネルは、FeおよびTiの両方を含むものであればよく、FeとTiとの原子数比は特に限定されない。通常は、FeとTiとの原子数比(Fe:Ti)が1:10〜10:1であるFT−LNMスピネルが好ましく、より好ましくは1:5〜5:1(例えば1:3〜3:1、典型的には1:2〜2:1)である。
The FT-LNM spinel has a composition in which a part of Ni and / or Mn in a spinel type lithium nickel manganese oxide composed of Li, Ni, Mn and oxygen (O) is substituted with Fe and Ti. Such an FT-LNM spinel is a spinel type in which at least a part of transition metal sites (that is, one or both of Ni sites and Mn sites) in the spinel type lithium nickel manganese oxide is occupied by Fe and Ti. It can also be grasped as lithium nickel manganese oxide.
The FT-LNM spinel only needs to contain both Fe and Ti, and the atomic ratio of Fe and Ti is not particularly limited. Usually, an FT-LNM spinel with an atomic ratio of Fe to Ti (Fe: Ti) of 1:10 to 10: 1 is preferred, more preferably 1: 5 to 5: 1 (eg 1: 3 to 3). : 1, typically 1: 2 to 2: 1).

ここに開示される技術におけるFT−LNMスピネルの一好適例として、下記一般式(F3)で表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物が挙げられる。
Li(NiαMnβγ)O4+d (F3)
ここで、上記一般式(F3)中のxは、0.90≦x≦1.2(例えば1.0≦x≦1.1)であり得る。αは、0<α≦0.5(典型的には0.3≦α≦0.5、好ましくは0.4≦α≦0.5)であり得る。βは、0<β≦1.6(典型的には1.3≦β≦1.6、好ましくは1.4≦β≦1.6、例えば1.4≦β≦1.5)であり得る。Mは、少なくともFeおよびTiを含み、かつNiおよびMn以外の任意の元素(典型的には金属元素)であり得る。γは、0<γ≦0.5(典型的には0<γ≦0.4、好ましくは0.005<γ≦0.3、例えば0.01<γ≦0.2である。通常は、α+β+γが2または概ね2(例えば、1.9〜2.1)である。dは、−0.2≦d≦0.2(好ましくは−0.15≦d≦0.1)であって、電荷中性条件を満たすように定まる値である。このような基本組成を有する正極活物質粒子は、より耐久性の良い非水電解質二次電池を実現し得るので好ましい。
As a suitable example of the FT-LNM spinel in the technology disclosed herein, a spinel type lithium nickel manganese oxide represented by the following general formula (F3) can be given.
Li x (Ni α Mn β M γ ) O 4 + d (F3)
Here, x in the general formula (F3) may satisfy 0.90 ≦ x ≦ 1.2 (for example, 1.0 ≦ x ≦ 1.1). α can be 0 <α ≦ 0.5 (typically 0.3 ≦ α ≦ 0.5, preferably 0.4 ≦ α ≦ 0.5). β is 0 <β ≦ 1.6 (typically 1.3 ≦ β ≦ 1.6, preferably 1.4 ≦ β ≦ 1.6, for example 1.4 ≦ β ≦ 1.5). obtain. M includes at least Fe and Ti, and may be any element (typically a metal element) other than Ni and Mn. γ is 0 <γ ≦ 0.5 (typically 0 <γ ≦ 0.4, preferably 0.005 <γ ≦ 0.3, for example 0.01 <γ ≦ 0.2. , Α + β + γ is 2 or approximately 2 (for example, 1.9 to 2.1), d is −0.2 ≦ d ≦ 0.2 (preferably −0.15 ≦ d ≦ 0.1). The positive electrode active material particles having such a basic composition are preferable because they can realize a more durable nonaqueous electrolyte secondary battery.

上記一般式(F3)で表されるFT−LNMスピネルは、例えば、下記一般式(1)で表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物であり得る。
Li(Ni0.5−aFeMn1.5−bTi )O4+d (1)
ここで、上記一般式(1)中のxは、0.90≦x≦1.2(例えば1.0≦x≦1.1)であり得る。aは、0≦a(典型的には0≦a≦0.2、好ましくは0≦a≦0.1、例えば0.01≦a≦0.08)であり得る。bは、−0.1≦b(典型的には−0.1≦b≦0.2、好ましくは0≦b≦0.1、例えば0.01≦b≦0.08)であり得る。Pは、0<P≦0.1(典型的には0.005≦P≦0.1、好ましくは0.01≦P≦0.08、例えば0.02≦P≦0.07)であり得る。Qは、0<Q≦0.1(典型的には0.005≦Q≦0.1、好ましくは0.01≦Q≦0.08、例えば0.02≦Q≦0.07)であり得る。Mは、Ni,Mn,Fe,Ti以外の任意の元素(典型的には金属元素)であり得る。Rは、0≦R(典型的には0≦R<0.1、好ましくは0≦R<0.05、例えば0≦R<0.02)であり得る。ここで、a+b=P+Q+Rである。dは、−0.2≦d≦0.2(好ましくは−0.15≦d≦0.1)であって、電荷中性条件を満たすように定まる値である。このような基本組成を有する正極活物質粒子は、より耐久性の良い非水電解質二次電池を実現し得るので好ましい。
The FT-LNM spinel represented by the general formula (F3) may be, for example, a spinel type lithium nickel manganese oxide represented by the following general formula (1).
Li x (Ni 0.5-a Fe P Mn 1.5-b Ti Q M 0 R) O 4 + d (1)
Here, x in the general formula (1) may satisfy 0.90 ≦ x ≦ 1.2 (for example, 1.0 ≦ x ≦ 1.1). a may be 0 ≦ a (typically 0 ≦ a ≦ 0.2, preferably 0 ≦ a ≦ 0.1, such as 0.01 ≦ a ≦ 0.08). b may be −0.1 ≦ b (typically −0.1 ≦ b ≦ 0.2, preferably 0 ≦ b ≦ 0.1, such as 0.01 ≦ b ≦ 0.08). P is 0 <P ≦ 0.1 (typically 0.005 ≦ P ≦ 0.1, preferably 0.01 ≦ P ≦ 0.08, for example 0.02 ≦ P ≦ 0.07). obtain. Q is 0 <Q ≦ 0.1 (typically 0.005 ≦ Q ≦ 0.1, preferably 0.01 ≦ Q ≦ 0.08, for example 0.02 ≦ Q ≦ 0.07). obtain. M 0 can be any element (typically a metal element) other than Ni, Mn, Fe, and Ti. R may be 0 ≦ R (typically 0 ≦ R <0.1, preferably 0 ≦ R <0.05, such as 0 ≦ R <0.02). Here, a + b = P + Q + R. d is −0.2 ≦ d ≦ 0.2 (preferably −0.15 ≦ d ≦ 0.1), and is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition. The positive electrode active material particles having such a basic composition are preferable because a more durable nonaqueous electrolyte secondary battery can be realized.

上記一般式(1)におけるRが0よりも大きい場合(すなわち、0<R)、Mは、Ni,Mn,Fe,Ti以外の任意の金属元素および非金属元素から選択される1種または2種以上であり得る。Mとして選択し得る元素の具体例としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)等が挙げられる。あるいは、Mを実質的に含有しない(すなわち、Rが0または略0の)FT−LNMスピネルであってもよい。 When R in the general formula (1) is larger than 0 (that is, 0 <R), M 0 is one selected from any metal element and non-metal element other than Ni, Mn, Fe, and Ti, or There may be two or more. Specific examples of elements that can be selected as M 0 include lithium (Li), sodium (Na), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), zirconium (Zr), vanadium (V), niobium ( Nb), chromium (Cr), molybdenum (Mo), cobalt (Co), rhodium (Rh), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), zinc (Zn), boron (B), aluminum ( Examples include Al), gallium (Ga), indium (In), tin (Sn), lanthanum (La), and cerium (Ce). Alternatively, it may be an FT-LNM spinel substantially free of M 0 (ie, R is 0 or substantially 0).

上記一般式(1)で表されるFT−LNMスピネルは、例えば、下記一般式(2)で表されるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物であり得る。
Li(Ni0.5−aFeMn1.5−bTi)O (2)
上記一般式(2)中のaは、0≦a(典型的には0≦a≦0.2、好ましくは0≦a≦0.1、例えば0.01≦a≦0.08)であり得る。bは、−0.1≦b(典型的には−0.1≦b≦0.2、好ましくは0≦b≦0.1、例えば0.01≦b≦0.08)であり得る。Pは、0.01≦P≦0.1(好ましくは0.01≦P≦0.08、例えば0.02≦P≦0.07)であり得る。Qは、0.01≦Q≦0.1(好ましくは0.01≦Q≦0.08、例えば0.02≦Q≦0.07)であり得る。ここで、a+b=P+Qである。このような基本組成を有する正極活物質粒子は、特に耐久性の良い非水電解質二次電池を実現し得るので好ましい。
The FT-LNM spinel represented by the general formula (1) may be, for example, a spinel type lithium nickel manganese oxide represented by the following general formula (2).
Li (Ni 0.5-a Fe P Mn 1.5-b Ti Q ) O 4 (2)
A in the general formula (2) is 0 ≦ a (typically 0 ≦ a ≦ 0.2, preferably 0 ≦ a ≦ 0.1, for example, 0.01 ≦ a ≦ 0.08). obtain. b may be −0.1 ≦ b (typically −0.1 ≦ b ≦ 0.2, preferably 0 ≦ b ≦ 0.1, such as 0.01 ≦ b ≦ 0.08). P may be 0.01 ≦ P ≦ 0.1 (preferably 0.01 ≦ P ≦ 0.08, for example 0.02 ≦ P ≦ 0.07). Q may be 0.01 ≦ Q ≦ 0.1 (preferably 0.01 ≦ Q ≦ 0.08, for example 0.02 ≦ Q ≦ 0.07). Here, a + b = P + Q. The positive electrode active material particles having such a basic composition are preferable because a non-aqueous electrolyte secondary battery having particularly good durability can be realized.

ここに開示される技術における正極活物質粒子は、スピネル構造以外のリチウム遷移金属化合物を基本組成とするものであってもよい。上記基本組成は、例えば、次の(A)〜(C)に示す組成の正極活物質であり得る。
(A)一般式:LiMPOで表わされる、ポリアニオンを有するオリビン型のリチウム遷移金属化合物(リン酸塩)。ここで、Mは、Mn,Fe,Ni,Co等の遷移金属元素の少なくとも一種を含み、他の金属元素または非金属元素をさらに含み得る。具体例としては、LiMnPO,LiFePO等が挙げられる。
(B)一般式:LiMPOFで表わされる、フッ化オリビン型のリチウム遷移金属化合物(リン酸塩)。ここで、Mは、Mn,Ni,Co等の遷移金属元素の少なくとも一種を含み、他の金属元素または非金属元素をさらに含み得る。具体例としては、LiMnPOF等が挙げられる。
(C)一般式:LiMSiOで表わされる、ケイ酸塩型のリチウム遷移金属化合物。ここで、Mは、Mn,Fe,Ni,Co等の遷移金属元素の少なくとも一種を含み、他の金属元素または非金属元素をさらに含み得る。具体例としては、LiFeSiO等が挙げられる。
The positive electrode active material particles in the technology disclosed herein may have a basic composition of a lithium transition metal compound other than the spinel structure. The basic composition may be, for example, a positive electrode active material having a composition shown in the following (A) to (C).
(A) An olivine-type lithium transition metal compound (phosphate) represented by the general formula: LiMPO 4 and having a polyanion. Here, M includes at least one transition metal element such as Mn, Fe, Ni, and Co, and may further include another metal element or a non-metal element. Specific examples include LiMnPO 4 and LiFePO 4 .
(B) A olivine fluoride type lithium transition metal compound (phosphate) represented by the general formula: Li 2 MPO 4 F. Here, M includes at least one transition metal element such as Mn, Ni, Co, and may further include another metal element or a nonmetal element. Specific examples include LiMnPO 4 F.
(C) A silicate type lithium transition metal compound represented by the general formula: Li 2 MSiO 4 . Here, M includes at least one transition metal element such as Mn, Fe, Ni, and Co, and may further include another metal element or a non-metal element. Specific examples include Li 2 FeSiO 4 and the like.

ここに開示される技術における正極活物質粒子は、上記基本組成を有する中心領域と、該中心領域の外側を覆う外側領域とを備える。上記外側領域は、上記基本組成に含まれる遷移金属の少なくとも一種を含まないか、あるいは該遷移金属の濃度が上記基本組成よりも低い領域である。上記基本組成がMnを含む正極活物質粒子では、上記外側領域は、少なくとも上記基本組成よりもMnの濃度(すなわち、単位質量当たりに含まれるMnの質量)が低い領域であることが好ましく、Mnを実質的に含まない領域であってもよい。   The positive electrode active material particles in the technology disclosed herein include a central region having the above basic composition and an outer region that covers the outside of the central region. The outer region does not contain at least one kind of transition metal contained in the basic composition, or is a region where the concentration of the transition metal is lower than the basic composition. In the positive electrode active material particles in which the basic composition contains Mn, the outer region is preferably a region where the concentration of Mn (that is, the mass of Mn contained per unit mass) is lower than at least the basic composition. May be a region that does not substantially contain.

なお、外側領域がMnを含まないかあるいは中心領域に比べてMn濃度が低いことは、例えば、正極活物質粒子の中央部におけるMnの濃度と粒子表面におけるMnの濃度とを分析して比較することによって把握することができる。分析方法としては、XPS(X線光電子分光法)による深さ方向分析を好ましく採用することができる。より具体的には、スパッタ(例えばArスパッタ)により正極活物質粒子の表面から深さ方向(粒子の中心方向)に掘り進みながら、各深さにおけるMn濃度をXPS分析により測定する。そして、スパッタ前のMn濃度を粒子表面におけるMn濃度とし、粒子表面からの深さに対してMn濃度が変化しなくなった領域におけるMn濃度を粒子の中央部のMn濃度とする。外側領域がMnを含まないかあるいは中心領域に比べてMn濃度が低い正極活物質粒子では、典型的には、粒子表面から深さ方向に掘り進むとMn濃度は次第に高くなり、ある程度の深さになると粒子表面よりも高いMn濃度で一定となる。   Note that the fact that the outer region does not contain Mn or that the Mn concentration is lower than that in the central region is, for example, analyzed by comparing the concentration of Mn in the central portion of the positive electrode active material particles with the concentration of Mn on the particle surface. Can be grasped. As an analysis method, depth direction analysis by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) can be preferably employed. More specifically, the Mn concentration at each depth is measured by XPS analysis while digging in the depth direction (center direction of the particles) from the surface of the positive electrode active material particles by sputtering (for example, Ar sputtering). The Mn concentration before sputtering is defined as the Mn concentration on the particle surface, and the Mn concentration in the region where the Mn concentration no longer changes with respect to the depth from the particle surface is defined as the Mn concentration at the center of the particle. In the positive electrode active material particles in which the outer region does not contain Mn or the Mn concentration is lower than that in the central region, typically, the Mn concentration gradually increases as it digs in the depth direction from the particle surface. Then, it becomes constant at a higher Mn concentration than the particle surface.

上記外側領域は、活物質として機能する材料を含み得る。あるいは、実質的に活物質として機能しない外側領域であってもよい。例えば、リチウムイオン伝導性を示すが、それ自体の内部にはリチウムイオンを実質的に吸蔵しない外側領域であってもよい。   The outer region may include a material that functions as an active material. Or the outer area | region which does not function as an active material substantially may be sufficient. For example, it may be an outer region that exhibits lithium ion conductivity but does not substantially occlude lithium ions within itself.

上記基本組成がMnを含む正極活物質粒子において、外側領域を構成する材料の好ましい組成として、例えば、上記基本組成(例えば、リチウムニッケルマンガン酸化物)からMnの少なくとも一部が除去された組成、上記基本組成におけるMnの一部が他の元素で置換された組成、等が挙げられる。上記外側領域を構成し得る他の材料として、リチウムイオン伝導性を有する各種の無機材料(典型的には、固体電解質として機能し得る無機材料)が挙げられる。上記外側領域は、このような材料の1種または2種以上を含有するものであり得る。   In the positive electrode active material particles in which the basic composition contains Mn, as a preferable composition of the material constituting the outer region, for example, a composition in which at least a part of Mn is removed from the basic composition (for example, lithium nickel manganese oxide), Examples include a composition in which a part of Mn in the basic composition is replaced with another element. Other materials that can form the outer region include various inorganic materials having lithium ion conductivity (typically, inorganic materials that can function as a solid electrolyte). The outer region may contain one or more of such materials.

上記外側領域は、上記中心領域の外側の少なくとも一部を覆うことにより、その外側領域で覆われた部分を正極活物質粒子の表面から隔てることができる。これにより、正極活物質粒子の少なくとも一部の領域の表面電位(vs.Li/Li)を上記中心領域の電位よりも低下させることができるので、非水電解質中に含まれる遷移金属イオン捕捉剤が正極において分解される事象を抑制することができる。このような酸化分解抑制効果をよりよく発揮するためには、上記中心領域の外表面のうち50面積%以上(より好ましくは75面積%以上、例えば90面積%以上)が上記外側領域で覆われていることが好ましい。好ましい一態様に係る正極活物質粒子では、中心領域の外表面の実質的に全部(例えば99面積%以上)が上記外側領域で覆われている。 The outer region covers at least a part of the outer side of the central region, whereby the portion covered with the outer region can be separated from the surface of the positive electrode active material particles. As a result, the surface potential (vs. Li / Li + ) of at least a part of the positive electrode active material particles can be made lower than the potential of the central region, so that the transition metal ion trapped in the nonaqueous electrolyte can be captured. An event in which the agent is decomposed at the positive electrode can be suppressed. In order to better exhibit such an oxidative degradation inhibiting effect, 50% by area or more (more preferably 75% by area or more, for example 90% by area or more) of the outer surface of the central region is covered with the outer region. It is preferable. In the positive electrode active material particles according to a preferred embodiment, substantially all (for example, 99% by area or more) of the outer surface of the central region is covered with the outer region.

ここに開示される技術における正極活物質粒子は、上記外側領域が粒子表面を構成する構造(すなわち、上記外側領域が粒子表面に露出した構造)のものに限定されず、例えば、上記外側領域の少なくとも一部の外側にさらに別の材料が被覆された構造であってもよい。このような構造の正極活物質粒子であっても、中心領域の外側に外側領域を有することの効果が発揮され得る。好ましい一態様では、上記外側領域が上記正極活物質粒子の表面を構成している。このような正極活物質粒子は、生産性が良く、また該正極活物質粒子の容量密度の点からも有利である。   The positive electrode active material particles in the technology disclosed herein are not limited to those having a structure in which the outer region constitutes the particle surface (that is, a structure in which the outer region is exposed on the particle surface). It may be a structure in which another material is coated on at least a part of the outside. Even with the positive electrode active material particles having such a structure, the effect of having the outer region outside the central region can be exhibited. In a preferred embodiment, the outer region constitutes the surface of the positive electrode active material particles. Such positive electrode active material particles have good productivity and are advantageous from the viewpoint of capacity density of the positive electrode active material particles.

上記外側領域の厚みは、例えば2nm〜150nmとすることができ、通常は5nm〜50nm(例えば5nm〜20nm)であることが好ましい。外側領域の厚みが大きすぎると、正極活物質粒子のエネルギー密度が低下傾向となったり、正極の抵抗が上昇傾向となったりすることがあり得る。
上記低Mn領域が正極活物質粒子全体に占める割合は、例えば0.01体積%以上とすることができる。低Mn領域の厚みが小さすぎると、正極活物質粒子の耐久性向上効果が少なくなったり、その効果の持続性が低下したりすることがあり得る。かかる観点から、上記低Mn領域が正極活物質粒子全体に占める割合は、例えば0.1体積%以上とすることができ、通常は0.2体積%以上(例えば0.5体積%以上)とすることが適当である。好ましい一態様において、低Mn領域を有することの効果をよりよく発揮させる観点から、上記割合を1.0体積以上としてもよく、さらには3.0体積%以上としてもよい。一方、エネルギー密度や出力特性等の観点から、上記低Mn領域が正極活物質粒子全体に占める割合は、通常、20体積%以下とすることが適当であり、好ましくは15体積%以下、より好ましくは10体積%以下(例えば5質量%以下)であり得る。好ましい他の一態様において、より出力特性を重視する観点から、上記割合を3.0体積%以下とすることができ、2.0体積%以下としてもよく、さらには1.0体積%以下(例えば0.5体積%以下)としてもよい。
The thickness of the outer region may be 2 nm to 150 nm, for example, and is usually preferably 5 nm to 50 nm (for example, 5 nm to 20 nm). If the thickness of the outer region is too large, the energy density of the positive electrode active material particles tends to decrease or the resistance of the positive electrode tends to increase.
The ratio of the low Mn region to the entire positive electrode active material particles can be set to 0.01% by volume or more, for example. If the thickness of the low Mn region is too small, the effect of improving the durability of the positive electrode active material particles may be reduced, or the sustainability of the effect may be reduced. From this viewpoint, the ratio of the low Mn region to the entire positive electrode active material particles can be, for example, 0.1% by volume or more, and usually 0.2% by volume or more (for example, 0.5% by volume or more) It is appropriate to do. In a preferred embodiment, from the viewpoint of better exhibiting the effect of having a low Mn region, the above ratio may be 1.0 volume or more, and may be 3.0 volume% or more. On the other hand, from the viewpoint of energy density, output characteristics, etc., the proportion of the low Mn region in the whole positive electrode active material particles is usually suitably 20% by volume or less, preferably 15% by volume or less, more preferably May be 10 volume% or less (for example, 5 mass% or less). In another preferred embodiment, from the viewpoint of placing more emphasis on output characteristics, the above ratio can be set to 3.0% by volume or less, or 2.0% by volume or less, and further 1.0% by volume or less ( For example, it is good also as 0.5 volume% or less.

ここに開示される技術の好ましい一態様において、正極活物質粒子の平均粒径は、2μm〜20μm(例えば凡そ3μm〜15μm)程度であり得る。他の好ましい一態様において、正極活物質粒子の平均粒径は、5μm〜30μm(典型的には5μm〜20μm、例えば10μm〜20μm)程度であり得る。正極活物質粒子のBET比表面積は、通常、0.1〜3.0m/g程度が適当であり、例えば0.2〜1.0m/g程度のものを好ましく使用し得る。 In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the average particle diameter of the positive electrode active material particles may be about 2 μm to 20 μm (for example, about 3 μm to 15 μm). In another preferred embodiment, the average particle diameter of the positive electrode active material particles can be about 5 μm to 30 μm (typically 5 μm to 20 μm, for example, 10 μm to 20 μm). BET specific surface area of the positive electrode active material particle is usually suitably about 0.1~3.0m 2 / g, may be used for example 0.2~1.0m preferably of about 2 / g.

<正極活物質粒子の製造方法>
ここに開示される正極活物質粒子の製造方法は、特に限定されない。例えば、上記基本組成を有する原料粒子を用意することと、該原料粒子の少なくとも一部に外側領域を被覆することと、を含む製造方法(表面コート法)が挙げられる。
以下、上記基本組成がFT−LMNスピネルであり、上記外側領域が上記基本組成よりもMn濃度の低い領域である場合を主な例として、上記表面コート法による正極活物質粒子の製造について、より具体的に説明する。なお、以下の説明において、基本組成よりもMn濃度の低い領域(実質的にMnを含まない領域であり得る。)を「低Mn領域」ということがある。
<Method for producing positive electrode active material particles>
The manufacturing method of the positive electrode active material particle disclosed here is not particularly limited. For example, a production method (surface coating method) including preparing raw material particles having the above basic composition and coating at least a part of the raw material particles with an outer region is exemplified.
Hereinafter, in the case where the basic composition is FT-LMN spinel and the outer region is a region having a lower Mn concentration than the basic composition, the production of positive electrode active material particles by the surface coating method will be more detailed. This will be specifically described. In the following description, a region having a lower Mn concentration than the basic composition (which may be a region that does not substantially contain Mn) may be referred to as a “low Mn region”.

FT−LNMスピネルを基本組成とする原料粒子(以下「FT−LNM原料粒子」ともいう。)としては、公知の方法により製造されたものを用いることができる。このFT−LNM原料粒子は、実質的にFT−LNMスピネルから構成された粒子であり得る。FT−LNM原料粒子を得るための原料としては、適当なLi源(LiまたはLiを含む化合物。例えば水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等)、Mn源(MnまたはMnを含む化合物。例えば二酸化マンガン、炭酸マンガン等)、Ni源(NiまたはNiを含む化合物。例えば水酸化ニッケル)、Fe源(FeまたはFeを含む化合物)、Ti源(TiまたはTiを含む化合物)等を用いることができる。好ましい一態様では、このようなLi源、Mn源、Ni源、Fe源、Ti源、および、目的物(すなわち、目的とするFT−LNM原料粒子)の組成により必要に応じて用いられる他の金属源を、該目的物の組成に応じた比率で混合し、その混合物を酸化性雰囲気中で焼成する。その焼成物に、必要に応じて解砕、篩分け等の処理を適用することにより、所望の性状のFT−LNM原料粒子を調製することができる。   As raw material particles having a basic composition of FT-LNM spinel (hereinafter also referred to as “FT-LNM raw material particles”), those produced by a known method can be used. The FT-LNM raw material particles may be particles substantially composed of FT-LNM spinel. As a raw material for obtaining FT-LNM raw material particles, a suitable Li source (a compound containing Li or Li. For example, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, etc.), a Mn source (a compound containing Mn or Mn) For example, manganese dioxide, manganese carbonate, etc.), Ni source (Ni or Ni-containing compound, such as nickel hydroxide), Fe source (Fe or Fe-containing compound), Ti source (Ti or Ti-containing compound), etc. are used. be able to. In a preferred embodiment, such a Li source, Mn source, Ni source, Fe source, Ti source, and other materials used as necessary depending on the composition of the target product (that is, target FT-LNM raw material particles). A metal source is mixed in a ratio corresponding to the composition of the target product, and the mixture is fired in an oxidizing atmosphere. FT-LNM raw material particles having desired properties can be prepared by applying a treatment such as crushing and sieving to the fired product as necessary.

FT−LNM原料粒子の性状は、低Mn領域の形成方法や目的とする正極活物質粒子の性状等を考慮して、適宜選択し得る。好ましい一態様において、平均粒径が凡そ2μm〜20μm(例えば凡そ3μm〜15μm)のFT−LNM原料粒子を好ましく使用し得る。他の好ましい一態様において、平均粒径が5μm〜30μm(典型的には5μm〜20μm、例えば10μm〜20μm)のFT−LNM原料粒子を好ましく使用し得る。FT−LNM原料粒子のBET比表面積は、通常、0.1〜3.0m/g程度が適当であり、例えば0.2〜1.0m/g程度のものを好ましく使用し得る。 The properties of the FT-LNM raw material particles can be appropriately selected in consideration of the method for forming the low Mn region, the properties of the target positive electrode active material particles, and the like. In a preferred embodiment, FT-LNM raw material particles having an average particle diameter of about 2 μm to 20 μm (for example, about 3 μm to 15 μm) can be preferably used. In another preferred embodiment, FT-LNM raw material particles having an average particle diameter of 5 μm to 30 μm (typically 5 μm to 20 μm, for example, 10 μm to 20 μm) can be preferably used. BET specific surface area of the FT-LNM material particles is usually suitably about 0.1~3.0m 2 / g, may be used for example 0.2~1.0m preferably of about 2 / g.

FT−LNM原料粒子の外側に形成される低Mn領域(外側領域)は、Liイオン伝導性を有する固体層であることが好ましい。かかる低Mn領域の好適な組成として、リチウムを含む無機化合物、例えばLiPO、Li、LiPO、LiI、LiN、LiO、Li、LiF等の1種または2種以上を含む組成が例示される。他の好適例として、全固体型のリチウムイオン二次電池等の電解質として機能し得ることが知られている各種の無機固体電解質(リチウムイオン伝導性ガラスセラミックス等)等を含む組成が挙げられる。 The low Mn region (outer region) formed outside the FT-LNM raw material particles is preferably a solid layer having Li ion conductivity. As a suitable composition of such a low Mn region, an inorganic compound containing lithium, for example, Li 3 PO 4 , Li 4 P 2 O 7 , LiPO 3 , LiI, LiN, Li 2 O, Li 2 O 2 , LiF, etc. Or the composition containing 2 or more types is illustrated. Other preferred examples include compositions containing various inorganic solid electrolytes (such as lithium ion conductive glass ceramics) that are known to be capable of functioning as electrolytes for all solid-state lithium ion secondary batteries and the like.

好ましい一態様では、上記低Mn領域が、LiPO、Li、LiPO等のリチウムリン酸化合物を含む被覆層として構成されている。このような被覆層は、例えば、加熱によりリチウムリン酸化合物を形成し得る前駆体をFT−LNM原料粒子の表面に付着させ、その前駆体付きFT−LNM原料粒子を適当な条件で焼成することにより好ましく形成され得る。上記前駆体は、例えば、LiNOおよび(NHHPOを含む水溶液を乾燥させることにより調製され得る。上記前駆体をFT−LNM原料粒子の表面に付着させる方法としては、これらを機械的に混合する方法を好ましく採用し得る。上記焼成は、酸化性雰囲気(例えば空気雰囲気)中で行うことが好ましい。焼成温度は特に限定されないが、通常は300℃〜500℃程度とすることが適当である。焼成時間は、例えば30分〜24時間程度とすることができ、通常は1時間〜12時間程度とすることが適当である。上記被覆層を形成する他の方法としては、例えば、上記リチウムリン酸化合物の粉末をFT−LNM原料粒子の表面に付着させ、これを適当な条件で焼成する方法が挙げられる。 In a preferred embodiment, the low Mn region is configured as a coating layer containing a lithium phosphate compound such as Li 3 PO 4 , Li 4 P 2 O 7 , LiPO 3 or the like. Such a coating layer is obtained by, for example, attaching a precursor capable of forming a lithium phosphate compound to the surface of FT-LNM raw material particles by heating, and firing the precursor-equipped FT-LNM raw material particles under appropriate conditions. More preferably. The precursor can be prepared, for example, by drying an aqueous solution containing LiNO 3 and (NH 4 ) 2 HPO 4 . As a method of attaching the precursor to the surface of the FT-LNM raw material particles, a method of mechanically mixing them can be preferably employed. The firing is preferably performed in an oxidizing atmosphere (for example, an air atmosphere). The firing temperature is not particularly limited, but it is usually appropriate to set the firing temperature to about 300 ° C to 500 ° C. The firing time can be, for example, about 30 minutes to 24 hours, and is usually about 1 hour to 12 hours. Another method for forming the coating layer is, for example, a method in which the powder of the lithium phosphate compound is attached to the surface of the FT-LNM raw material particles and calcined under appropriate conditions.

<正極シート>
ここに開示される技術における正極は、上述のような正極活物質粒子を含んで構成されている。したがって上記正極は、正極活物質として、少なくとも上述のような正極活物質粒子の中心領域を構成するリチウム遷移金属化合物を含む。上記リチウム遷移金属化合物は、作動電位(vs.Li/Li)が4.5Vよりも高いリチウム遷移金属化合物であり、例えば、上記一般式(F1)、一般式(F2)、一般式(F3)、一般式(1)または一般式(2)により表されるリチウム遷移金属化合物であり得る。
<Positive electrode sheet>
The positive electrode in the technology disclosed herein is configured to include the positive electrode active material particles as described above. Therefore, the positive electrode contains at least a lithium transition metal compound constituting the central region of the positive electrode active material particles as described above as the positive electrode active material. The lithium transition metal compound is a lithium transition metal compound having an operating potential (vs. Li / Li + ) higher than 4.5 V. For example, the general formula (F1), the general formula (F2), and the general formula (F3) ), A lithium transition metal compound represented by the general formula (1) or the general formula (2).

好ましい一態様に係る正極は、上記正極活物質粒子を含む正極活物質層と、その正極活物質層を支持する正極集電体とを含む。正極集電体としては、導電性の良好な金属(例えばアルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)からなる導電性部材が好ましく用いられる。集電体の形状は、構築される電池の形状等に応じて異なり得るため特に限定されず、例えば棒状、板状、箔状、網状等の形状であり得る。捲回電極体を備えた電池では、箔状(シート状)の集電体が好ましく用いられる。かかるシート状集電体の厚みは特に限定されない。電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから、通常は、5μm〜50μm(より好ましくは8μm〜30μm)程度のシート状集電体(例えばアルミニウム箔)を好ましく用いることができる。   The positive electrode which concerns on a preferable one aspect | mode includes the positive electrode active material layer containing the said positive electrode active material particle, and the positive electrode collector which supports the positive electrode active material layer. As the positive electrode current collector, a conductive member made of a metal having good conductivity (for example, aluminum, nickel, titanium, stainless steel, etc.) is preferably used. The shape of the current collector is not particularly limited because it may vary depending on the shape of the battery to be constructed, and may be, for example, a bar shape, a plate shape, a foil shape, a net shape, or the like. In a battery provided with a wound electrode body, a foil-shaped (sheet-shaped) current collector is preferably used. The thickness of the sheet current collector is not particularly limited. In view of the balance between the capacity density of the battery and the strength of the current collector, a sheet-like current collector (eg, aluminum foil) of about 5 μm to 50 μm (more preferably 8 μm to 30 μm) can be preferably used.

このような正極は、上記正極活物質粒子と、必要に応じて用いられる導電材やバインダ等とを適当な溶媒に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物(正極活物質層形成用の分散液。以下「正極活物質層形成用組成物」ともいう。)をシート状の正極集電体に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製することができる。上記溶媒としては、水性溶媒および有機溶媒のいずれも使用可能である。例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いることができる。   Such a positive electrode includes a paste-like or slurry-like composition (dispersion for forming a positive electrode active material layer) in which the positive electrode active material particles and a conductive material or a binder used as necessary are dispersed in an appropriate solvent. The liquid can also be preferably prepared by applying a “positive electrode active material layer forming composition”) to a sheet-like positive electrode current collector and drying the composition. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be used.

導電材としては、例えば炭素材料を用いることができる。より具体的には、例えば、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック)、コークス、活性炭、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、炭素繊維(PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維)、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェン等の炭素材料から選択される、1種または2種以上を好ましく使用し得る。なかでも、比較的粒径が小さく比表面積が大きいカーボンブラック(典型的には、アセチレンブラック)の使用が好ましい。   As the conductive material, for example, a carbon material can be used. More specifically, for example, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black, channel black, lamp black, thermal black), coke, activated carbon, graphite (natural graphite, artificial graphite), carbon fiber One or more selected from carbon materials such as (PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber), carbon nanotube, fullerene, and graphene can be preferably used. Among them, it is preferable to use carbon black (typically acetylene black) having a relatively small particle size and a large specific surface area.

バインダとしては、使用する溶媒に溶解または分散可能なポリマーを用いることができる。例えば、水性溶媒を用いた正極活物質層形成用組成物においては、カルボキシメチルセルロース(CMC;典型的にはナトリウム塩)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA);ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂;スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類;を好ましく採用することができる。また、非水溶媒を用いた正極活物質層形成用組成物においては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ塩化ビニリデン(PVdC)等を好ましく採用することができる。なお、使用する溶媒に溶解するポリマーは、正極活物質層形成用組成物の増粘剤としても把握され得る。   As the binder, a polymer that can be dissolved or dispersed in a solvent to be used can be used. For example, in the composition for forming a positive electrode active material layer using an aqueous solvent, cellulose-based polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC; typically sodium salt), hydroxypropylmethyl cellulose (HPMC); polyvinyl alcohol (PVA); Fluorine resins such as tetrafluoroethylene (PTFE); rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR) can be preferably used. In the composition for forming a positive electrode active material layer using a nonaqueous solvent, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene chloride (PVdC), or the like can be preferably used. In addition, the polymer which melt | dissolves in the solvent to be used can also be grasped | ascertained as a thickener of the composition for positive electrode active material layer forming.

正極活物質層全体に占める上記正極活物質粒子の割合は、凡そ50質量%以上(典型的には50質量%〜95質量%)とすることが適当であり、通常は凡そ70質量%〜95質量%であることが好ましい。導電材を使用する場合、正極活物質層全体に占める導電材の割合は、例えば凡そ2質量%〜20質量%とすることができ、通常は凡そ2質量%〜15質量%とすることが好ましい。バインダを使用する場合、正極活物質層全体に占めるバインダの割合は、例えば凡そ0.5質量%〜10質量%とすることができ、通常は凡そ1質量%〜7質量%(例えば凡そ1質量%〜5質量%)とすることが好ましい。   The proportion of the positive electrode active material particles in the entire positive electrode active material layer is suitably about 50% by mass or more (typically 50% by mass to 95% by mass), and usually about 70% by mass to 95%. It is preferable that it is mass%. When the conductive material is used, the ratio of the conductive material in the entire positive electrode active material layer can be, for example, approximately 2% by mass to 20% by mass, and is generally preferably approximately 2% by mass to 15% by mass. . When using a binder, the ratio of the binder to the whole positive electrode active material layer can be, for example, about 0.5 mass% to 10 mass%, and is usually about 1 mass% to 7 mass% (for example, about 1 mass). % To 5% by mass).

上記正極活物質層は、本発明の効果を著しく低下させない限りにおいて、ここに開示される正極活物質粒子とは別の形態で、非水電解質二次電池の正極活物質として機能し得る材料をさらに含有し得る。かかる材料は、例えば、公知の層状構造やスピネル構造等のリチウム遷移金属酸化物、ポリアニオン型(例えばオリビン型)のリチウム遷移金属化合物、等であり得る。上記正極活物質粒子とは別の形態で含有される正極活物質の作動上限電位(vs.Li/Li)は、4.5V未満(例えば4.0〜4.2V)であってもよく、4.5V以上であってもよい。例えば、ここに開示される正極活物質粒子に加えて、外側領域を有しないFT−LNMスピネル粒子(典型的には、FT−LNMスピネルからなる粒子)を含む正極活物質層であってもよい。上記正極活物質粒子とは別の形態で含有される正極活物質の量は、正極活物質層全体の25質量%以下とすることができ、通常は15質量%以下が適当であり、好ましくは10質量%以下(例えば5質量%以下)である。かかる正極活物質を実質的に含有しない正極活物質層であってもよい。 The positive electrode active material layer is made of a material that can function as the positive electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery in a form different from the positive electrode active material particles disclosed herein, as long as the effect of the present invention is not significantly reduced. Further, it can be contained. Such a material can be, for example, a lithium transition metal oxide having a known layered structure or spinel structure, a polyanion type (for example, olivine type) lithium transition metal compound, and the like. The upper limit operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material contained in a form different from the positive electrode active material particles may be less than 4.5 V (for example, 4.0 to 4.2 V). 4.5V or more. For example, in addition to the positive electrode active material particles disclosed herein, the positive electrode active material layer may include FT-LNM spinel particles (typically particles made of FT-LNM spinel) having no outer region. . The amount of the positive electrode active material contained in a form different from the positive electrode active material particles can be 25% by mass or less of the entire positive electrode active material layer, and is usually 15% by mass or less, preferably It is 10 mass% or less (for example, 5 mass% or less). It may be a positive electrode active material layer substantially free of such a positive electrode active material.

正極集電体の単位面積当たりに設けられる正極活物質層の質量(正極集電体の両面に正極活物質層を有する構成では両面の合計質量)は、例えば5mg/cm〜40mg/cm(典型的には10mg/cm〜20mg/cm)程度とすることが適当である。正極集電体の両面に正極活物質層を有する構成において、正極集電体の各々の面に設けられる正極活物質層の質量は、通常、概ね同程度とすることが好ましい。また、正極活物質層の密度は、例えば1.5g/cm〜4g/cm(典型的には1.8g/cm〜3g/cm)程度とすることができる。正極活物質層の密度を上記範囲とすることにより、所望の容量を維持しつつ、リチウムイオンの拡散抵抗を低く抑えることができる。このため、非水電解質二次電池の出力特性とエネルギー密度とをさらに高いレベルで両立させることができる。 The mass of the positive electrode active material layer provided per unit area of the positive electrode current collector (the total mass on both sides in the configuration having the positive electrode active material layer on both surfaces of the positive electrode current collector) is, for example, 5 mg / cm 2 to 40 mg / cm 2. (typically 10mg / cm 2 ~20mg / cm 2 ) it is appropriate to the degree. In the configuration having the positive electrode active material layers on both surfaces of the positive electrode current collector, the mass of the positive electrode active material layers provided on each surface of the positive electrode current collector is usually preferably approximately the same. Further, the density of the positive electrode active material layer can be, for example, about 1.5 g / cm 3 to 4 g / cm 3 (typically 1.8 g / cm 3 to 3 g / cm 3 ). By setting the density of the positive electrode active material layer in the above range, the diffusion resistance of lithium ions can be kept low while maintaining a desired capacity. For this reason, the output characteristics and energy density of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be made compatible at a higher level.

<負極>
ここで開示される非水電解質二次電池の負極は、典型的には、適当な負極活物質を含んで構成されている。好ましい一態様に係る負極は、上記負極活物質を含む負極活物質層と、その負極活物質層を支持する負極集電体とを含む。負極集電体としては、導電性の良好な金属(例えば、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)からなる導電性材料が好ましく用いられる。また負極集電体の形状は、正極集電体と同様であり得る。捲回電極体を備えた電池では、箔状(シート状)の集電体が好ましく用いられる。例えば、厚み5μm〜50μm(より好ましくは8μm〜30μm)程度のシート状集電体(例えば銅箔)を好ましく用いることができる。
<Negative electrode>
The negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein is typically configured to include a suitable negative electrode active material. The negative electrode which concerns on one preferable aspect contains the negative electrode active material layer containing the said negative electrode active material, and the negative electrode collector which supports the negative electrode active material layer. As the negative electrode current collector, a conductive material made of a metal having good conductivity (for example, copper, nickel, titanium, stainless steel, etc.) is preferably used. The shape of the negative electrode current collector can be the same as that of the positive electrode current collector. In a battery provided with a wound electrode body, a foil-shaped (sheet-shaped) current collector is preferably used. For example, a sheet-like current collector (for example, copper foil) having a thickness of about 5 μm to 50 μm (more preferably 8 μm to 30 μm) can be preferably used.

このような負極は、負極活物質と必要に応じて用いられるバインダ(結着剤)等とを適当な溶媒に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物(負極活物質層形成用の分散液。以下「負極活物質層形成用組成物」ともいう。)をシート状の負極集電体に付与し、該組成物を乾燥させて負極活物質層(負極活物質層)を形成することにより好ましく作製することができる。上記溶媒としては、水性溶媒および有機溶媒のいずれも使用可能である。例えば水を用いることができる。   Such a negative electrode includes a paste-like or slurry-like composition (a dispersion for forming a negative electrode active material layer) in which a negative electrode active material and a binder (binder) used as necessary are dispersed in a suitable solvent. (Hereinafter also referred to as “negative electrode active material layer forming composition”) is applied to a sheet-like negative electrode current collector, and the composition is dried to form a negative electrode active material layer (negative electrode active material layer). Preferably it can be produced. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used. For example, water can be used.

負極活物質としては、従来から非水電解質二次電池に用いられる物質の1種または2種以上の材料を、特に限定なく使用することができる。例えば、天然黒鉛(石墨)、人造黒鉛、ハードカーボン(難黒鉛化炭素)、ソフトカーボン(易黒鉛化炭素)、カーボンナノチューブ等の炭素材料;酸化ケイ素、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化ニオブ、酸化錫、リチウムケイ素酸化物、リチウムチタン酸化物(Lithium Titanium Composite Oxide:LTO、例えばLiTi12、LiTi、LiTi)、リチウムバナジウム酸化物、リチウムマンガン酸化物、リチウム錫酸化物等の金属酸化物材料;窒化リチウム、リチウムコバルト複合窒化物、リチウムニッケル複合窒化物等の金属窒化物材料;スズ、ケイ素、アルミニウム、亜鉛、リチウム等の金属もしくはこれらの金属元素を主体とする金属合金からなる金属材料;等を用いることができる。 As the negative electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without particular limitation. For example, carbon materials such as natural graphite (graphite), artificial graphite, hard carbon (non-graphitizable carbon), soft carbon (graphitizable carbon), carbon nanotubes; silicon oxide, titanium oxide, vanadium oxide, iron oxide, cobalt oxide , Nickel oxide, niobium oxide, tin oxide, lithium silicon oxide, lithium titanium oxide (Lithium Titanium Composite Oxide: LTO, for example, Li 4 Ti 5 O 12 , LiTi 2 O 4 , Li 2 Ti 3 O 7 ), lithium vanadium Metal oxide materials such as oxide, lithium manganese oxide, lithium tin oxide; metal nitride materials such as lithium nitride, lithium cobalt composite nitride, lithium nickel composite nitride; tin, silicon, aluminum, zinc, lithium, etc. Metal materials made of metals or metal alloys mainly composed of these metal elements; etc. It can be used.

ここに開示される技術における負極活物質としては、より高いエネルギー密度を有する非水電解質二次電池を実現し得るという観点から、還元電位(vs.Li/Li)が凡そ0.5V以下、より好ましくは0.2V以下(例えば0.1V以下)の負極活物質を好ましく採用し得る。かかる低電位となり得る材料として、少なくとも一部にグラファイト構造を有する炭素材料が例示される。好適例として、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛系のグラファイト粒子が挙げられる。他の好適例として、そのようなグラファイト粒子が非晶質(アモルファス)な炭素材料でコート(被覆)された形態の炭素粒子等が挙げられる。かかる炭素粒子は、その表面が非晶質な炭素材料によってコートされているため、非水電解質との反応性が相対的に低く抑えられている。したがって、かかる粒子を負極活物質として用いた非水電解質二次電池では、不可逆容量が抑制され、高い耐久性が発揮され得る。 As the negative electrode active material in the technology disclosed herein, the reduction potential (vs. Li / Li + ) is about 0.5 V or less from the viewpoint that a non-aqueous electrolyte secondary battery having a higher energy density can be realized. More preferably, a negative electrode active material of 0.2 V or less (for example, 0.1 V or less) can be preferably used. Examples of such a material that can be a low potential include a carbon material having a graphite structure at least partially. Preferable examples include graphite-based graphite particles such as natural graphite and artificial graphite. Other preferred examples include carbon particles in a form in which such graphite particles are coated (coated) with an amorphous carbon material. Since the surface of such carbon particles is coated with an amorphous carbon material, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is kept relatively low. Therefore, in the nonaqueous electrolyte secondary battery using such particles as the negative electrode active material, the irreversible capacity is suppressed and high durability can be exhibited.

負極活物質の形状は、通常、平均粒径1μm〜50μm(典型的には3μm〜30μm、例えば10μm〜25μm)程度の粒子状であることが好ましい。負極活物質のBET比表面積は、通常、0.1m/g〜30m/g程度が適当であり、典型的には0.5m/g〜10m/g、好ましくは1m/g〜5m/g(例えば2m/g〜3m/g)程度である。負極活物質の性状が上記範囲にある場合、非水電解質の還元分解が好適に抑制され得る。また、該負極活物質層内に適度な空隙を保持することができるため、非水電解質が浸漬しやすく、内部抵抗を低減しやすいという利点がある。 The shape of the negative electrode active material is usually preferably in the form of particles having an average particle diameter of 1 μm to 50 μm (typically 3 μm to 30 μm, for example, 10 μm to 25 μm). BET specific surface area of the negative electrode active material, typically, 0.1m 2 / g~30m 2 / g approximately are suitable, typically 0.5m 2 / g~10m 2 / g, preferably from 1 m 2 / g ~5m is 2 / g (e.g. 2m 2 / g~3m 2 / g) approximately. When the property of the negative electrode active material is in the above range, the reductive decomposition of the nonaqueous electrolyte can be suitably suppressed. Moreover, since an appropriate space | gap can be hold | maintained in this negative electrode active material layer, there exists an advantage that a nonaqueous electrolyte is easy to be immersed and internal resistance is easy to reduce.

バインダとしては、上記正極活物質層用のバインダとして例示したポリマー材料から適当なものを選択することができる。具体的には、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、CMC等が例示される。その他、分散剤や導電材等の各種添加剤を適宜使用することもできる。   As the binder, an appropriate material can be selected from the polymer materials exemplified as the binder for the positive electrode active material layer. Specific examples include styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), CMC, and the like. In addition, various additives such as a dispersant and a conductive material can be used as appropriate.

負極活物質層全体に占める負極活物質の割合は、凡そ50質量%以上とすることが適当であり、好ましくは90質量%〜99.5質量%(例えば95質量%〜99質量%)である。バインダを使用する場合には、負極活物質層全体に占めるバインダの割合を例えば凡そ0.5質量%〜10質量%とすることができ、通常は凡そ1質量%〜5質量%とすることが適当である。   The proportion of the negative electrode active material in the entire negative electrode active material layer is suitably about 50% by mass or more, and preferably 90% by mass to 99.5% by mass (eg, 95% by mass to 99% by mass). . When using a binder, the ratio of the binder to the whole negative electrode active material layer can be, for example, about 0.5 mass% to 10 mass%, and usually about 1 mass% to 5 mass%. Is appropriate.

負極集電体の単位面積当たりに設けられる負極活物質層の質量(負極集電体の両面に負極活物質層を有する構成では両面の合計質量)は、例えば5mg/cm〜20mg/cm(典型的には5mg/cm〜10mg/cm)程度とすることが適当である。負極集電体の両面に負極活物質層を有する構成において、負極集電体の各々の面に設けられる負極活物質層の質量は、通常、概ね同程度とすることが好ましい。負極活物質層の密度は、例えば0.5g/cm〜2g/cm(典型的には1g/cm〜1.5g/cm)程度とすることができる。負極活物質層の密度を上記範囲とすることで、非水電解質との界面を好適に保ち、耐久性(サイクル特性)と出力特性とを高いレベルで両立させることができる。 The mass of the negative electrode active material layer provided per unit area of the negative electrode current collector (the total mass of both surfaces in the case of having a negative electrode active material layer on both surfaces of the negative electrode current collector) is, for example, 5 mg / cm 2 to 20 mg / cm 2. (typically 5mg / cm 2 ~10mg / cm 2 ) it is appropriate to the degree. In the configuration having the negative electrode active material layers on both surfaces of the negative electrode current collector, the mass of the negative electrode active material layers provided on each surface of the negative electrode current collector is usually preferably approximately the same. The density of the negative electrode active material layer, for example, (typically 1g / cm 3 ~1.5g / cm 3 ) 0.5g / cm 3 ~2g / cm 3 may be of the order. By setting the density of the negative electrode active material layer in the above range, the interface with the non-aqueous electrolyte can be suitably maintained, and both durability (cycle characteristics) and output characteristics can be achieved at a high level.

<電極体>
上記で作製した正極と負極とを積層し、電極体を作製する。ここで開示される非水電解質二次電池の典型的な構成では、正極と負極との間にセパレータが介在される。このセパレータとしては、一般的な非水電解質二次電池用(例えば、リチウムイオン二次電池用)のセパレータと同様のものを、特に限定なく用いることができる。例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる多孔質シート、不織布等を用いることができる。好適例として、1種または2種以上のポリオレフィン樹脂を主体に構成された単層または多層構造の多孔性シート(微多孔質樹脂シート)が挙げられる。例えば、PEシート、PPシート、PE層の両側にPP層が積層された三層構造(PP/PE/PP構造)のシート等を好適に使用し得る。セパレータの厚みは、例えば、凡そ10μm〜40μmの範囲内で設定することが好ましい。
<Electrode body>
The positive electrode and negative electrode prepared above are laminated to produce an electrode body. In a typical configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. As this separator, the same separator as that for a general non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery) can be used without particular limitation. For example, a porous sheet made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, or polyamide, a nonwoven fabric, or the like can be used. Preferable examples include a porous sheet (microporous resin sheet) having a single-layer or multilayer structure mainly composed of one or more polyolefin resins. For example, a PE sheet, a PP sheet, a sheet having a three-layer structure (PP / PE / PP structure) in which PP layers are laminated on both sides of the PE layer, and the like can be suitably used. The thickness of the separator is preferably set within a range of approximately 10 μm to 40 μm, for example.

<正極と負極との容量比>
特に限定するものではないが、上記正極活物質の単位質量当たりの理論容量(mAh/g)と該正極活物質の質量(g)との積で算出される正極容量(C(mAh))と、上記負極活物質の単位質量当たりの理論容量(mAh/g)と該負極活物質の質量(g)との積で算出される負極容量(C(mAh))と、の比(C/C)は、通常、例えば1.0〜2.0とすることが適当であり、1.2〜1.9(例えば1.3〜1.8)とすることが好ましい。対向する正極容量と負極容量の割合は、電池容量(または不可逆容量)やエネルギー密度に直接的に影響し、電池の使用条件等(例えば急速充電)によってはリチウムの析出を招き易くなる。対向する正負極の容量比を上記範囲とすることで、電池容量やエネルギー密度等の電池特性を良好に維持しつつ、リチウムの析出を好適に抑制することができる。
<Capacitance ratio between positive electrode and negative electrode>
Although not particularly limited, the positive electrode capacity (C c (mAh)) calculated by the product of the theoretical capacity (mAh / g) per unit mass of the positive electrode active material and the mass (g) of the positive electrode active material. And the negative electrode capacity (C a (mAh)) calculated by the product of the theoretical capacity per unit mass of the negative electrode active material (mAh / g) and the mass of the negative electrode active material (g) (C a / C c ) is usually suitably 1.0 to 2.0, for example, and preferably 1.2 to 1.9 (eg 1.3 to 1.8). The ratio of the positive electrode capacity and the negative electrode capacity facing each other directly affects the battery capacity (or irreversible capacity) and the energy density, and lithium is likely to be precipitated depending on the use conditions of the battery (for example, rapid charging). By setting the capacity ratio of the opposing positive and negative electrodes in the above range, it is possible to favorably suppress lithium deposition while maintaining good battery characteristics such as battery capacity and energy density.

<非水電解質>
ここに開示される技術における非水電解質は、遷移金属イオン捕捉剤を含むことによって特徴づけられる。上記遷移金属イオン捕捉剤としては、捕捉対象である遷移金属イオン(典型的には、正極活物質から溶出した遷移金属のイオン。例えばMnイオン)をトラップし得る各種の化合物を用いることができる。例えば、上記遷移金属イオンと結合(配位結合であり得る。)して錯体を形成し得る化合物を、上記遷移金属イオン捕捉剤として好ましく採用することができる。以下、上記遷移金属イオンと結合して錯体を形成し得る化合物を「錯体形成性化合物」ということがある。
<Nonaqueous electrolyte>
The nonaqueous electrolyte in the technology disclosed herein is characterized by including a transition metal ion scavenger. As the transition metal ion scavenger, various compounds capable of trapping transition metal ions (typically transition metal ions eluted from the positive electrode active material, such as Mn ions) to be captured can be used. For example, a compound capable of forming a complex by binding to the transition metal ion (which may be a coordination bond) can be preferably employed as the transition metal ion scavenger. Hereinafter, a compound that can be combined with the transition metal ion to form a complex may be referred to as a “complex-forming compound”.

上記錯体形成性化合物としては、例えば、アセチルアセトン、ベンゾイルトリフルオロアセトン、ジピバロイルメタン、フロイルトリフルオロアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、ヘプタフルオロブタノイルピバロイルメタン、3−フェニルアセチルアセトン、ピバロイルトリフルオロアセトン、トリフルオロアセチルアセトン、テノイルトリフルオロアセトン等のβ−ジケトン類;エチレンジアミン、1,2−ジアミノプロパン、1,3−ジアミノプロパン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、トリス(2−アミノエチル)アミン等のポリアミン類;2,2−ジピリジル、1,10−フェナントロリン等のジピリジル類;12−クラウン−4−エーテル、15−クラウン−5−エーテル、ベンゾ−15−クラウン−5−エーテル、N−フェニルアゾ−15−クラウン−5−エーテル、18−クラウン−6−エーテル等のクラウンエーテル;等を好ましく採用することができる。他の例として、フェニル−2−ピリジルケトキシム等のオキシム;1−(2−チアゾリルアゾ)−2−ナフトール、1−(2−ピリジルアゾ)−2−ナフトール等のアゾ化合物;その他、N−ニトロソジエチルアミン、2,3−ジメルカプト−1−プロパノール等が挙げられる。あるいは、上記錯体形成性化合物として、ヨウ化アンモニウム(NHI)等のアンモニウム塩を使用してもよい。このような錯体形成性化合物は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて使用することができる。例えば、上記遷移金属イオンとキレート錯体を形成し得る化合物(キレート形成性化合物)を好ましく採用し得る。また、非水電解質に含まれる非水溶媒に溶解または分散可能な化合物を好ましく採用することができる。 Examples of the complex-forming compound include acetylacetone, benzoyltrifluoroacetone, dipivaloylmethane, furoyltrifluoroacetone, hexafluoroacetylacetone, heptafluorobutanoylpivaloylmethane, 3-phenylacetylacetone, and pivaloyltrifluoro. Β-diketones such as acetone, trifluoroacetylacetone, and tenoyltrifluoroacetone; ethylenediamine, 1,2-diaminopropane, 1,3-diaminopropane, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, tris (2-aminoethyl) amine Polyamines such as 2,2-dipyridyl, 1,10-phenanthroline and the like; 12-crown-4-ether, 15-crown-5-ether, benzo-15-kura It can be preferably employed and the like; down-5-ether, N- phenylazo-15-crown-5-ether, crown ethers such as 18-crown-6-ether. Other examples include oximes such as phenyl-2-pyridylketoxime; azo compounds such as 1- (2-thiazolylazo) -2-naphthol and 1- (2-pyridylazo) -2-naphthol; other N-nitrosodiethylamine 2,3-dimercapto-1-propanol and the like. Alternatively, an ammonium salt such as ammonium iodide (NH 4 I) may be used as the complex-forming compound. Such complex-forming compounds can be used singly or in appropriate combination of two or more. For example, a compound capable of forming a chelate complex with the transition metal ion (chelate-forming compound) can be preferably employed. A compound that can be dissolved or dispersed in a nonaqueous solvent contained in the nonaqueous electrolyte can be preferably used.

ここに開示される技術における遷移金属イオン捕捉剤の好適例として、アセチルアセトン、エチレンジアミン、1,2−ジアミノプロパン、1,3−ジアミノプロパン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、トリス(2−アミノエチル)アミン、2,2−ジピリジル、1,10−フェナントロリン、N−ニトロソジエチルアミン、2,3−ジメルカプト−1−プロパノールおよびヨウ化アンモニウム等の錯体形成性化合物が挙げられる。好ましい一態様では、これらの錯体形成性化合物から選択される1種または2種以上を使用する。かかる錯体形成性化合物は、安定な金属錯体(例えばMn錯体)を形成し得るので好ましい。特に好ましい遷移金属イオン捕捉剤として、アセチルアセトンが挙げられる。   Preferred examples of the transition metal ion scavenger in the technology disclosed herein include acetylacetone, ethylenediamine, 1,2-diaminopropane, 1,3-diaminopropane, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, tris (2-aminoethyl). ) Complexing compounds such as amines, 2,2-dipyridyl, 1,10-phenanthroline, N-nitrosodiethylamine, 2,3-dimercapto-1-propanol and ammonium iodide. In one preferred embodiment, one or more selected from these complex-forming compounds are used. Such a complex-forming compound is preferable because it can form a stable metal complex (for example, Mn complex). A particularly preferred transition metal ion scavenger is acetylacetone.

このような遷移金属イオン捕捉剤として機能する化合物は、一般に、捕捉対象である遷移金属イオン(カチオン)に対して親和性を示す部分を含む化合物である。このようにカチオンに対して親和性を示す部分(電子供与性官能基等)は、正極において酸化分解を受けやすい傾向にある。正極の作動電位が高い(例えば4.5V(vs.Li/Li)以上の)非水電解質二次電池では、遷移金属イオン捕捉剤の酸化分解が特に起こりやすい。非水電解質中の遷移金属イオン捕捉剤が酸化分解されると、その分解生成物が正極上に被膜を形成すること等により、電池の性能が劣化し得る。このことが、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を用いた従来の非水電解質二次電池において、非水電解質中にキレート剤等を含有させることにより、充放電による容量劣化が著しくなったことの一因であると考えられる。 Such a compound that functions as a transition metal ion scavenger is generally a compound that includes a moiety that exhibits an affinity for the transition metal ion (cation) that is to be captured. Thus, the part (electron-donating functional group or the like) showing affinity for the cation tends to be easily subjected to oxidative decomposition at the positive electrode. In a nonaqueous electrolyte secondary battery having a high positive electrode operating potential (eg, 4.5 V (vs. Li / Li + ) or more), oxidative decomposition of the transition metal ion scavenger is particularly likely to occur. When the transition metal ion scavenger in the non-aqueous electrolyte is oxidatively decomposed, the degradation product may form a film on the positive electrode, and the battery performance may be deteriorated. This is because in a conventional non-aqueous electrolyte secondary battery using a spinel type lithium nickel manganese oxide, the capacity deterioration due to charging / discharging has become remarkable by containing a chelating agent or the like in the non-aqueous electrolyte. It is thought to be a cause.

ここに開示される技術によると、正極活物質粒子が中心領域を覆う外側領域を有することにより、該正極活物質粒子の表面の電位を上記中心領域よりも低くすることができ、非水電解質中に含まれる遷移金属イオン捕捉剤が正極で分解される事象を抑制することができる。したがって、上記遷移金属イオン捕捉剤の分解に起因する電池性能の劣化を回避し、かつ、正極から溶出した遷移金属を上記遷移金属イオン捕捉剤でトラップすることができる。これにより上記溶出した遷移金属の負極への析出が防止され、電池の耐久性を効果的に向上させることができる。なお、トラップされた遷移金属イオンは、好適には、非水電解質中に含有された状態(例えば、遷移金属イオン捕捉剤と遷移金属イオンとの錯体として非水電解質に溶解または分散した状態)に維持される。   According to the technology disclosed herein, the positive electrode active material particles have an outer region that covers the central region, whereby the potential of the surface of the positive electrode active material particles can be made lower than that of the central region. The transition metal ion scavenger contained in can be prevented from being decomposed at the positive electrode. Therefore, it is possible to avoid the deterioration of the battery performance due to the decomposition of the transition metal ion scavenger and to trap the transition metal eluted from the positive electrode with the transition metal ion scavenger. Thereby, precipitation of the eluted transition metal on the negative electrode is prevented, and the durability of the battery can be effectively improved. The trapped transition metal ion is preferably in a state contained in the non-aqueous electrolyte (for example, a state in which the transition metal ion is dissolved or dispersed in the non-aqueous electrolyte as a complex of a transition metal ion scavenger and a transition metal ion). Maintained.

遷移金属イオン捕捉剤の使用量は、正極活物質の組成、遷移金属イオン捕捉剤の種類、非水電解質二次電池において予定される使用態様、要求される耐久性の程度等を考慮して、適宜設定することができる。例えば、後述する図1〜図3に示されるような形態の非水電解質二次電池において、非水電解質に含まれる遷移金属イオン捕捉剤の濃度は、遷移金属イオンの捕捉効率の観点から、例えば0.001mol/Lより大とすることができ、通常は0.005mol/Lより大(好ましくは0.01mol/Lより大)とすることが適当である。また、コストおよび遷移金属イオン捕捉剤の溶解性や分散性の観点から、上記遷移金属イオン捕捉剤の濃度は、通常は5mol/Lより小とすることが適当であり、1mol/Lより小(例えば0.5mol/Lより小)とすることが好ましい。好ましい一態様に係る非水電解質は、遷移金属イオン捕捉剤を0.12mol/L以上0.4mol/L以下の濃度で含む。
遷移金属イオン捕捉剤としてアセチルアセトンを用いる場合、アセチルアセトンを0.5質量%より高く5質量%よりも低い濃度(例えば、1質量%より高く3質量%よりも低い濃度)で含む非水電解質を好ましく用いることができる。
In consideration of the composition of the positive electrode active material, the type of the transition metal ion scavenger, the usage mode planned for the non-aqueous electrolyte secondary battery, the required degree of durability, etc. It can be set appropriately. For example, in the nonaqueous electrolyte secondary battery having a form as shown in FIGS. 1 to 3 described later, the concentration of the transition metal ion scavenger contained in the nonaqueous electrolyte is, for example, from the viewpoint of the trapping efficiency of transition metal ions, It can be greater than 0.001 mol / L, and it is usually appropriate to be greater than 0.005 mol / L (preferably greater than 0.01 mol / L). Also, from the viewpoint of cost and the solubility and dispersibility of the transition metal ion scavenger, the concentration of the transition metal ion scavenger is usually suitably less than 5 mol / L, and less than 1 mol / L ( For example, it is preferably less than 0.5 mol / L. The nonaqueous electrolyte which concerns on a preferable one aspect | mode contains a transition metal ion scavenger in the density | concentration of 0.12 mol / L or more and 0.4 mol / L or less.
When acetylacetone is used as the transition metal ion scavenger, a nonaqueous electrolyte containing acetylacetone at a concentration higher than 0.5% by mass and lower than 5% by mass (for example, a concentration higher than 1% by mass and lower than 3% by mass) is preferable. Can be used.

ここに開示される技術における非水電解質としては、上述のような遷移金属イオン捕捉剤と、非水溶媒と、支持塩(支持電解質)とを含む電解液を好ましく採用し得る。   As the nonaqueous electrolyte in the technology disclosed herein, an electrolytic solution containing the transition metal ion scavenger as described above, a nonaqueous solvent, and a supporting salt (supporting electrolyte) can be preferably used.

上記支持塩としては、一般的な非水電解質二次電池に使用し得る支持塩と同様のものを、適宜選択して使用することができる。かかる支持塩の例として、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、Li(CFSON、LiCFSO等のリチウム塩が挙げられる。このような支持塩は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。特に好ましい支持塩としてLiPFが挙げられる。また、電解液は、上記支持塩の濃度が例えば0.7mol/L〜1.3mol/Lの範囲内となるように調製することが好ましい。
ここに開示される技術は、フッ素を含むリチウム塩を支持塩として含む電解液を備えた非水電解質二次電池に好ましく適用され得る。かかる組成の電解液は、正極において酸化分解されてフッ化水素(HF)等の酸を生じ得る。この酸により、正極活物質に含まれる遷移金属元素(例えばMn)の溶出が加速され得る。したがって、フッ素を含むリチウム塩を支持塩として含む電解液を備えた非水電解質二次電池では、ここに開示される技術を適用して正極活物質からの遷移金属の溶出を抑制することが特に有意義である。
As the supporting salt, those similar to the supporting salt that can be used in a general nonaqueous electrolyte secondary battery can be appropriately selected and used. Examples of such supporting salts include lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiCF 3 SO 3 . Such a supporting salt can be used singly or in combination of two or more. LiPF 6 may be mentioned as particularly preferred support salt. Moreover, it is preferable to prepare electrolyte solution so that the density | concentration of the said support salt may exist in the range of 0.7 mol / L-1.3 mol / L, for example.
The technology disclosed herein can be preferably applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery including an electrolytic solution containing a lithium salt containing fluorine as a supporting salt. The electrolytic solution having such a composition can be oxidized and decomposed at the positive electrode to generate an acid such as hydrogen fluoride (HF). By this acid, elution of the transition metal element (for example, Mn) contained in the positive electrode active material can be accelerated. Therefore, in a non-aqueous electrolyte secondary battery including an electrolytic solution containing a lithium salt containing fluorine as a supporting salt, it is particularly preferable to apply the technology disclosed herein to suppress elution of transition metal from the positive electrode active material. It is meaningful.

上記非水溶媒としては、一般的な非水電解質二次電池の電解液に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒を、特に限定なく用いることができる。具体例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ビニレンカーボネート(VC)、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、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等が例示される。なお、上記カーボネート類とは、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを包含する意味であり、上記エーテル類とは、環状エーテルおよび鎖状エーテルを包含する意味である。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。   Examples of the non-aqueous solvent include organic solvents such as various carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, and lactones that are used in an electrolyte solution of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. Can be used. Specific examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), vinylene carbonate (VC), 1,2-dimethoxyethane, , 2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ -Butyrolactone and the like are exemplified. The carbonates mean to include cyclic carbonates and chain carbonates, and the ethers mean to include cyclic ethers and chain ethers. Such a non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types as appropriate.

好ましい一態様に係る電解液では、上記非水溶媒がカーボネート類を主体とする非水溶媒である。カーボネート類としては、比誘電率の高いECや、酸化電位が高い(電位窓の広い)DMCやEMC等を好適に用いることができる。例えば、非水溶媒として1種または2種以上のカーボネート類を含み、それらカーボネート類の合計体積が非水溶媒全体の体積の60体積%以上(より好ましくは75体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上であり、実質的に100体積%であってもよい。)を占める非水溶媒を好ましく用いることができる。   In the electrolytic solution according to a preferred embodiment, the non-aqueous solvent is a non-aqueous solvent mainly composed of carbonates. As carbonates, EC having a high relative dielectric constant, DMC, EMC, etc. having a high oxidation potential (wide potential window) can be preferably used. For example, one or more carbonates are included as the non-aqueous solvent, and the total volume of these carbonates is 60% by volume or more (more preferably 75% by volume or more, more preferably 90% by volume) of the total volume of the non-aqueous solvent. % Or more and may be substantially 100% by volume).

電解液の酸化電位(vs.Li/Li)は、正極活物質の作動電位(vs.Li/Li)と同等かそれ以上であることが望ましい。例えば、正極活物質の作動電位(vs.Li/Li)との差が0Vより大(典型的には0.1V〜3.0V程度、好ましくは0.2V〜2.0V程度、例えば0.3V〜1.0V程度)である電解液を好ましく採用することができる。 The oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the electrolytic solution is desirably equal to or higher than the operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material. For example, the difference from the operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material is larger than 0 V (typically about 0.1 V to 3.0 V, preferably about 0.2 V to 2.0 V, for example, 0 An electrolytic solution of about 3 V to 1.0 V) can be preferably used.

なお、電解液の酸化電位(vs.Li/Li)は、以下の方法で測定することができる。まず、LiNi0.5Mn1.5を用いて作用極(WE)を作製する。そのWEと、対極(CE)としての金属リチウムと、参照極(RE)としての金属リチウムと、測定対象たる電解液とを用いて三極式セルを構築する。この三極式セルに対し、WEから完全にLiを脱離させる処理を行う。具体的には、温度25℃において、該WEの理論容量から予測した電池容量(Ah)の1/5の電流値で4.2Vまで定電流充電を行い、4.2Vにおいて電流値が初期電流値(すなわち、電池容量の1/5の電流値)の1/50となるまで定電圧充電を行う。次いで、測定対象電解液の酸化電位が含まれると予測される電圧範囲(典型的には4.2Vよりも高い電圧範囲)において、任意の電圧で所定時間(例えば10時間)の定電圧充電を行い、その際の電流値を測定する。より具体的には、上記電圧範囲のなかで電圧を段階的に(例えば0.2Vステップで)高くしていき、各段階において定電圧充電を所定時間(例えば、10時間程度)行い、その際の電流値を測定する。定電圧充電時の電流値が0.1mAより大きくなったときの電位を、上記電解液の酸化電位(酸化分解電位)とする。 The oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the electrolytic solution can be measured by the following method. First, a working electrode (WE) is produced using LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 . A tripolar cell is constructed using the WE, metallic lithium as a counter electrode (CE), metallic lithium as a reference electrode (RE), and an electrolyte to be measured. The triode cell is completely desorbed from WE. Specifically, at a temperature of 25 ° C., constant current charging is performed up to 4.2 V with a current value of 1/5 of the battery capacity (Ah) predicted from the theoretical capacity of the WE, and at 4.2 V, the current value is the initial current. The constant voltage charging is performed until it becomes 1/50 of the value (that is, the current value of 1/5 of the battery capacity). Next, constant voltage charging for a predetermined time (for example, 10 hours) is performed at an arbitrary voltage in a voltage range (typically a voltage range higher than 4.2 V) predicted to include the oxidation potential of the electrolyte to be measured. And measure the current value. More specifically, the voltage is increased stepwise (for example, in steps of 0.2 V) within the above voltage range, and constant voltage charging is performed for a predetermined time (for example, about 10 hours) at each step. Measure the current value. The potential when the current value during constant voltage charging is greater than 0.1 mA is defined as the oxidation potential (oxidation decomposition potential) of the electrolytic solution.

<フッ素含有非水溶媒>
ここに開示される技術の好ましい一態様では、上記非水電解質がフッ素含有非水溶媒を含む。かかる組成の非水電解質(フッ素含有リチウム塩とフッ素含有非水溶媒とを含む非水電解質であり得る。)は、酸化分解に対する耐性が高く、正極の作動電位(vs.Li/Li+)が高い二次電池の非水電解質構成成分として適する一方、上記フッ素含有非水溶媒が酸化分解された場合にはフッ化水素(HF)を生じやすい。このフッ化水素は、正極活物質に含まれる遷移金属元素(例えばMn)の溶出を加速する要因となり得る。したがって、ここに開示される技術を適用して上記溶出を抑制することが特に有意義である。
<Fluorine-containing non-aqueous solvent>
In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the nonaqueous electrolyte contains a fluorine-containing nonaqueous solvent. A non-aqueous electrolyte having such a composition (which may be a non-aqueous electrolyte containing a fluorine-containing lithium salt and a fluorine-containing non-aqueous solvent) has high resistance to oxidative decomposition and high positive electrode operating potential (vs. Li / Li +). While suitable as a non-aqueous electrolyte constituent of a secondary battery, hydrogen fluoride (HF) is likely to be produced when the fluorine-containing non-aqueous solvent is oxidatively decomposed. This hydrogen fluoride can be a factor that accelerates elution of a transition metal element (for example, Mn) contained in the positive electrode active material. Therefore, it is particularly meaningful to suppress the elution by applying the technology disclosed herein.

上記フッ素含有非水溶媒は、例えば、非水電解質二次電池の電解液に利用し得ることが知られている有機溶媒(有機化合物)のフッ素化物であり得る。換言すれば、構成元素としてフッ素を含まない有機溶媒の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子によって置換された化学構造を有する有機溶媒であり得る。上記「構成元素としてフッ素を含まない非水溶媒」は、各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等であり得る。また、上記カーボネート類とは環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを包含する意味であり、上記エーテル類とは環状エーテルおよび鎖状エーテルを包含する意味である。このようなフッ素含有非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。   The fluorine-containing non-aqueous solvent may be, for example, a fluorinated product of an organic solvent (organic compound) that is known to be used for an electrolyte solution of a non-aqueous electrolyte secondary battery. In other words, it may be an organic solvent having a chemical structure in which at least one hydrogen atom of an organic solvent not containing fluorine as a constituent element is substituted with a fluorine atom. The “non-aqueous solvent containing no fluorine as a constituent element” may be various carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, lactones and the like. The carbonates mean to include cyclic carbonates and chain carbonates, and the ethers mean to include cyclic ethers and chain ethers. Such fluorine-containing non-aqueous solvents can be used singly or in appropriate combination of two or more.

上記フッ素含有非水溶媒におけるフッ素化の程度は、通常、10%以上が適当であり、20%以上が好ましく、より好ましくは30%以上(例えば40%以上)である。ここで「フッ素化の程度」とは、[(フッ素含有非水溶媒の有するフッ素原子の個数)/(対応する非フッ素含有非水溶媒の有する水素原子の個数)]の比を指す(以下、これを「フッ素置換率」ともいう)。フッ素置換率の上限は特に規定されず、100%(すなわち、水素原子の全てがフッ素原子に置き換えられた化合物)であってもよい。また、電解質の低粘度化、イオン伝導性の向上等の観点から、フッ素置換率が90%以下(典型的には80%以下、例えば70%以下)のフッ素含有非水溶媒を好ましく採用し得る。   The degree of fluorination in the fluorine-containing non-aqueous solvent is usually suitably 10% or more, preferably 20% or more, more preferably 30% or more (for example, 40% or more). Here, the “degree of fluorination” refers to a ratio of [(number of fluorine atoms of fluorine-containing nonaqueous solvent) / (number of hydrogen atoms of corresponding non-fluorine-containing nonaqueous solvent)] (hereinafter, This is also referred to as “fluorine substitution rate”). The upper limit of the fluorine substitution rate is not particularly defined, and may be 100% (that is, a compound in which all of the hydrogen atoms are replaced with fluorine atoms). Further, from the viewpoint of lowering the viscosity of the electrolyte, improving ion conductivity, etc., a fluorine-containing nonaqueous solvent having a fluorine substitution rate of 90% or less (typically 80% or less, for example 70% or less) can be preferably used. .

<フッ素化カーボネート>
好ましい一態様に係る非水電解質は、上記フッ素含有非水溶媒として、1種または2種以上のフッ素化カーボネート(フッ素化環状カーボネートおよびフッ素化鎖状カーボネートのいずれをも好ましく使用可能である。)を含有する。通常は、1分子内に1個のカーボネート構造を有するフッ素化カーボネートの使用が好ましい。かかるフッ素化カーボネートのフッ素置換率は、通常、10%以上が適当であり、例えば20%以上(典型的には20%以上100%以下、例えば20%以上80%以下)であり得る。フッ素置換率30%以上(典型的には30%以上100%以下、例えば30%以上70%以下)のフッ素化カーボネートを含む電解液によると、より高い酸化電位(高い耐酸化性)を実現し得る。
<Fluorinated carbonate>
The non-aqueous electrolyte which concerns on preferable one aspect | mode is 1 type, or 2 or more types of fluorinated carbonate (Any of a fluorinated cyclic carbonate and a fluorinated chain carbonate can be used preferably) as said fluorine-containing non-aqueous solvent. Containing. Usually, it is preferable to use a fluorinated carbonate having one carbonate structure in one molecule. The fluorine substitution rate of such a fluorinated carbonate is usually suitably 10% or more, for example, 20% or more (typically 20% or more and 100% or less, eg 20% or more and 80% or less). According to an electrolytic solution containing a fluorinated carbonate having a fluorine substitution rate of 30% or more (typically 30% or more and 100% or less, for example, 30% or more and 70% or less), a higher oxidation potential (high oxidation resistance) is realized. obtain.

<フッ素化環状カーボネート>
ここで開示される技術における非水電解質の好適例として、上記フッ素含有非水溶媒として少なくとも1種のフッ素化環状カーボネートを含む組成の電解液が挙げられる。上記電解液から支持塩を除いた全成分(以下「支持塩以外成分」ともいう。)のうち、上記フッ素化環状カーボネートの量は、例えば5質量%以上とすることができ、通常は10質量%以上が適当であり、20質量%以上(例えば30質量%以上)が好ましい。上記支持塩以外成分の実質的に100質量%(典型的には99質量%以上)がフッ素化環状カーボネートであってもよい。通常は、電解液の低粘度化、イオン伝導性の向上等の観点から、上記支持塩以外成分のうちフッ素化環状カーボネートの量を90質量%以下とすることが適当であり、80質量%以下(例えば70質量%以下)とすることが好ましい。なお、上記フッ素化環状カーボネートの量とは、上記電解液が2種以上のフッ素化環状カーボネートを含む場合には、それらの合計量を指す。
<Fluorinated cyclic carbonate>
As a suitable example of the nonaqueous electrolyte in the technique disclosed here, an electrolytic solution having a composition containing at least one fluorinated cyclic carbonate as the fluorine-containing nonaqueous solvent may be mentioned. Of all the components excluding the supporting salt from the electrolytic solution (hereinafter also referred to as “component other than the supporting salt”), the amount of the fluorinated cyclic carbonate can be, for example, 5% by mass or more, and usually 10% by mass. % Or more is suitable, and 20% by mass or more (for example, 30% by mass or more) is preferable. Substantially 100% by mass (typically 99% by mass or more) of the components other than the supporting salt may be a fluorinated cyclic carbonate. Usually, from the viewpoint of lowering the viscosity of the electrolyte, improving ion conductivity, etc., it is appropriate that the amount of the fluorinated cyclic carbonate in the components other than the supporting salt is 90% by mass or less, and 80% by mass or less. (For example, 70% by mass or less) is preferable. In addition, when the said electrolyte solution contains 2 or more types of fluorinated cyclic carbonates, the quantity of the said fluorinated cyclic carbonate points out those total amount.

上記フッ素化環状カーボネートとしては、炭素原子数が2〜8(より好ましくは2〜6、例えば2〜4、典型的には2または3)であるものが好ましい。炭素原子数が多すぎると、電解液の粘度が高くなったり、イオン伝導性が低下したりすることがあり得る。例えば、以下の式(C1)で表わされるフッ素環状含有カーボネートを好ましく用いることができる。   The fluorinated cyclic carbonate is preferably one having 2 to 8 carbon atoms (more preferably 2 to 6, for example 2 to 4, typically 2 or 3). When there are too many carbon atoms, the viscosity of electrolyte solution may become high or ion conductivity may fall. For example, a fluorine-containing carbonate represented by the following formula (C1) can be preferably used.

Figure 2014130774
Figure 2014130774

上記式(C1)中のR11,R12およびR13は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素原子数1〜4(より好ましくは1〜2、典型的には1)のアルキル基およびハロアルキル基、ならびにフッ素以外のハロゲン原子(好ましくは塩素原子)から選択され得る。上記ハロアルキル基は、上記アルキル基の水素原子の1または2以上がハロゲン原子(例えばフッ素原子または塩素原子、好ましくはフッ素原子)で置換された構造の基であり得る。R11,R12およびR13のうちの1つまたは2つがフッ素原子である化合物が好ましい。例えば、R12およびR13の少なくとも一方がフッ素原子である化合物が好ましい。電解液の低粘度化の観点から、R11,R12およびR13がいずれもフッ素原子または水素原子である化合物を好ましく採用し得る。 R 11 , R 12 and R 13 in the above formula (C1) are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 4 (more preferably 1 or 2, typically 1) carbon atoms. And haloalkyl groups, and halogen atoms other than fluorine (preferably chlorine atoms). The haloalkyl group may be a group having a structure in which one or more hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with a halogen atom (for example, a fluorine atom or a chlorine atom, preferably a fluorine atom). A compound in which one or two of R 11 , R 12 and R 13 are fluorine atoms is preferred. For example, a compound in which at least one of R 12 and R 13 is a fluorine atom is preferable. From the viewpoint of reducing the viscosity of the electrolytic solution, a compound in which R 11 , R 12 and R 13 are all fluorine atoms or hydrogen atoms can be preferably employed.

上記式(C1)により表されるフッ素化環状カーボネートの具体例としては、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、パーフルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−4−フルオロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−5−フルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロー4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロー5,5−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。ジフルオロエチレンカーボネートとしては、trans−ジフルオロエチレンカーボネート(trans−DFEC)およびcis−ジフルオロエチレンカーボネート(cis−DFEC)のいずれも使用可能である。通常は、trans−DFECの使用がより好ましい。trans−DFECは、常温(例えば25℃)において液状を呈するので、常温において固体状のcis−DFECに比べて取扱性に優れるという利点がある。   Specific examples of the fluorinated cyclic carbonate represented by the above formula (C1) include monofluoroethylene carbonate (MFEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), 4,4-difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, perfluoroethylene. Carbonate, 4-fluoro-4-methylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-methylethylene carbonate, 4-fluoro-5-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-methylethylene carbonate, 4- (fluoro Methyl) -ethylene carbonate, 4- (difluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (trifluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -4-fluoroethylene carbonate, -(Fluoromethyl) -5-fluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5,5-dimethylethylene carbonate, etc. Is mentioned. As difluoroethylene carbonate, any of trans-difluoroethylene carbonate (trans-DFEC) and cis-difluoroethylene carbonate (cis-DFEC) can be used. Usually, the use of trans-DFEC is more preferable. Since trans-DFEC exhibits a liquid state at normal temperature (for example, 25 ° C.), there is an advantage that it is superior in handling property compared to solid cis-DFEC at normal temperature.

<フッ素化鎖状カーボネート>
ここで開示される技術における非水電解質は、上記フッ素含有非水溶媒として、上述のようなフッ素化環状カーボネートに代えて、あるいは該フッ素化環状カーボネートに加えて、例えば、以下の式(C2)で表わされるフッ素鎖状カーボネートを用いることができる。
<Fluorinated chain carbonate>
The non-aqueous electrolyte in the technique disclosed here is, for example, the following formula (C2), instead of or in addition to the fluorinated cyclic carbonate as described above, as the fluorine-containing non-aqueous solvent. The fluorine chain carbonate represented by these can be used.

Figure 2014130774
Figure 2014130774

上記式(C2)中のR21およびR22の少なくとも一方(好ましくは両方)はフッ素を含有する有機基であり、例えば、フッ化アルキル基またはフッ化アルキルエーテル基であり得る。フッ素以外のハロゲン原子によりさらに置換されたフッ化アルキル基またはフッ化アルキルエーテル基でであってもよい。R21およびR22の一方は、フッ素を含有しない有機基(例えば、アルキル基またはアルキルエーテル基)であってもよい。R21およびR22の各々は、炭素原子数が1〜6(より好ましくは1〜4、例えば1〜3、典型的には1または2)の有機基であることが好ましい。炭素原子数が多すぎると、電解液の粘度が高くなったり、イオン伝導性が低下したりすることがあり得る。同様の理由から、通常は、R21およびR22の少なくとも一方は直鎖状であることが好ましく、R21およびR22がいずれも直鎖状であることがより好ましい。例えば、R21およびR22がいずれもフッ化アルキル基であり、それらの合計炭素原子数が1または2であるフッ素鎖状カーボネートを好ましく採用し得る。 At least one (preferably both) of R 21 and R 22 in the formula (C2) is an organic group containing fluorine, and may be, for example, a fluorinated alkyl group or a fluorinated alkyl ether group. It may be a fluorinated alkyl group or a fluorinated alkyl ether group further substituted with a halogen atom other than fluorine. One of R 21 and R 22 may be an organic group that does not contain fluorine (for example, an alkyl group or an alkyl ether group). Each of R 21 and R 22 is preferably an organic group having 1 to 6 carbon atoms (more preferably 1 to 4, for example 1 to 3, typically 1 or 2). When there are too many carbon atoms, the viscosity of electrolyte solution may become high or ion conductivity may fall. For the same reason, usually, it is preferable that at least one of R 21 and R 22 is linear, more preferably R 21 and R 22 are both linear. For example, a fluorine chain carbonate in which R 21 and R 22 are both fluorinated alkyl groups and the total number of carbon atoms thereof is 1 or 2 can be preferably used.

上記式(C2)で表わされるフッ素化鎖状カーボネートの具体例としては、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、フルオロメチルジフルオロメチルカーボネート(以下「TFDMC」と表記することがある。)、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロメチル)カーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、(2−フルオロエチル)メチルカーボネート、エチルフルオロメチルカーボネート、(2,2−ジフルオロエチル)メチルカーボネート、(2−フルオロエチル)フルオロメチルカーボネート、エチルジフルオロメチルカーボネート、(2,2,2−トリフルオロエチル)メチルカーボネート、(2,2−ジフルオロエチル)フルオロメチルカーボネート、(2−フルオロエチル)ジフルオロメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート、エチル−(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2,2−ジフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’,2’−ジフルオロエチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、ペンタフルオロエチルメチルカーボネート、ペンタフルオロエチルフルオロメチルカーボネート、ペンタフルオロエチルエチルカーボネート、ビス(ペンタフルオロエチル)カーボネート等が挙げられる。   Specific examples of the fluorinated chain carbonate represented by the above formula (C2) include fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, trifluoromethyl methyl carbonate, fluoromethyl difluoromethyl carbonate (hereinafter referred to as “TFDMC”). ), Bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoromethyl) carbonate, bis (trifluoromethyl) carbonate, (2-fluoroethyl) methyl carbonate, ethylfluoromethyl carbonate, (2,2-difluoroethyl) methyl carbonate , (2-fluoroethyl) fluoromethyl carbonate, ethyl difluoromethyl carbonate, (2,2,2-trifluoroethyl) methyl carbonate, (2,2-difluoroethyl) ) Fluoromethyl carbonate, (2-fluoroethyl) difluoromethyl carbonate, ethyl trifluoromethyl carbonate, ethyl- (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2-difluoroethyl) carbonate, bis (2-fluoroethyl) Carbonate, ethyl- (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, 2,2-difluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate, bis (2,2-difluoroethyl) carbonate, 2,2,2-trifluoro Ethyl-2′-fluoroethyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl-2 ′, 2′-difluoroethyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, pentafluoroethyl methyl carbonate, penta Fluoroe Le fluoromethyl carbonate, pentafluoroethyl ethyl carbonate, bis (pentafluoroethyl) carbonate.

好ましい一態様に係る電解液は、上記フッ素含有非水溶媒として、少なくとも1種のフッ素化環状カーボネートと、少なくとも1種のフッ素化鎖状カーボネートとを含有する。かかる組成の電解液において、上記フッ素化鎖状カーボネート(好ましくは、フッ素化直鎖状カーボネート)は、該電解液を常温(例えば25℃)で液状とし、あるいは該電解液の粘度を低下させるために役立ち得る。   The electrolytic solution according to a preferred embodiment contains at least one fluorinated cyclic carbonate and at least one fluorinated chain carbonate as the fluorine-containing nonaqueous solvent. In the electrolytic solution having such a composition, the fluorinated chain carbonate (preferably, fluorinated linear carbonate) is used to make the electrolytic solution liquid at room temperature (for example, 25 ° C.) or to reduce the viscosity of the electrolytic solution. Can help.

このようなフッ素含有非水溶媒は、電解液から支持塩を除いた全成分(支持塩以外成分)のうち、1質量%以上(典型的には5質量%〜100質量%、例えば30質量%〜100質量%、好ましくは50質量%〜100質量%)の割合で電解液に含有されることが好ましい。上記支持塩以外成分の実質的に100質量%(典型的には99質量%以上)がフッ素含有非水溶媒であってもよい。あるいは、フッ素含有非水溶媒と、構成元素としてフッ素を含まない非水溶媒とを含む組成の電解液であってもよい。この場合、フッ素原子を含まない非水溶媒の占める割合は、例えば、該電解液に含まれる支持塩以外成分の70質量%以下の割合であることが好ましく、より好ましくは60質量%(例えば50質量%)以下である。   Such a fluorine-containing non-aqueous solvent is 1% by mass or more (typically 5% by mass to 100% by mass, for example, 30% by mass) of all components (components other than the supporting salt) excluding the supporting salt from the electrolytic solution. ˜100% by mass, preferably 50% by mass to 100% by mass). Substantially 100% by mass (typically 99% by mass or more) of the components other than the supporting salt may be a fluorine-containing non-aqueous solvent. Or the electrolyte solution of the composition containing a fluorine-containing nonaqueous solvent and the nonaqueous solvent which does not contain a fluorine as a structural element may be sufficient. In this case, the proportion of the non-aqueous solvent containing no fluorine atom is preferably, for example, a proportion of 70% by mass or less of components other than the supporting salt contained in the electrolytic solution, and more preferably 60% by mass (for example, 50%). Mass%) or less.

ここに開示される技術において用いられる電解液は、また、本発明の効果を大きく損なわない限度で、非水溶媒および支持電解質以外の成分を適宜含有し得る。そのような任意成分の例として、リチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等の被膜形成剤;ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等の、過充電時にガスを発生させ得る化合物;カルボキシメチルセルロース(CMC)等の分散剤;増粘剤;等の各種の添加剤が挙げられる。   The electrolytic solution used in the technology disclosed herein can also appropriately contain components other than the nonaqueous solvent and the supporting electrolyte as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples of such optional components include film forming agents such as lithium bis (oxalato) borate (LiBOB), vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), fluoroethylene carbonate (FEC); biphenyl (BP), cyclohexyl Various additives such as a compound capable of generating a gas upon overcharge, such as benzene (CHB); a dispersant such as carboxymethylcellulose (CMC); a thickener;

他の好ましい一態様において、電解液の還元電位(vs.Li/Li)は、負極活物質の作動下限電位(vs.Li/Li)と同等かそれ以下であることが望ましい。例えば、負極活物質の作動電位(vs.Li/Li)との差が0Vより大(典型的には0.1V〜2.0V程度、好ましくは0.2V〜1.0V程度)である電解液を好ましく採用することができる。
電解液の還元電位(vs.Li/Li)は、以下の方法で測定することができる。ま、作用極(WE)としてのグラッシーカーボンと、対極(CE)としての金属リチウムと、参照極(RE)としての金属リチウムと、測定対象たる電解液とを用いて三極式セルを作成し、リニアスイープボルタンメトリー(Linear Sweep Voltammetry)の測定を行う。具体的には、温度20℃において、作用極の電位を、セル作成後の開回路電圧(OCV)から0.05Vに至るまで掃引する。掃引速度は1mV/秒とする。測定結果の電流Iおよび電位Vから微分値dI/dVを算出する。このdI/dVを縦軸とし、電位Vを横軸としてグラフを作成する。このグラフにおいて、測定開始から最初に現れたdI/dVのピークに対応する電位Vを還元電位(還元分解電位)とする。例えば後述する実施例で用いた電解液(MFEC:TFDMCの体積比1:1の混合溶媒中に、LiPFを1mol/Lの濃度で含む非水電解質)の還元電位は、凡そ1.9V(vs.Li/Li)である。
In another preferred embodiment, the reduction potential (vs. Li / Li + ) of the electrolytic solution is desirably equal to or lower than the lower limit operating potential (vs. Li / Li + ) of the negative electrode active material. For example, the difference from the operating potential (vs. Li / Li + ) of the negative electrode active material is greater than 0 V (typically about 0.1 V to 2.0 V, preferably about 0.2 V to 1.0 V). An electrolytic solution can be preferably employed.
The reduction potential (vs. Li / Li + ) of the electrolytic solution can be measured by the following method. A tripolar cell was created using glassy carbon as the working electrode (WE), metallic lithium as the counter electrode (CE), metallic lithium as the reference electrode (RE), and the electrolyte to be measured. Measure linear sweep voltammetry. Specifically, at a temperature of 20 ° C., the potential of the working electrode is swept from the open circuit voltage (OCV) after cell formation to 0.05V. The sweep speed is 1 mV / sec. The differential value dI / dV is calculated from the current I and the potential V of the measurement result. A graph is created with dI / dV as the vertical axis and the potential V as the horizontal axis. In this graph, the potential V corresponding to the peak of dI / dV that first appears from the start of measurement is taken as the reduction potential (reduction decomposition potential). For example, the reduction potential of the electrolytic solution (nonaqueous electrolyte containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent with a 1: 1 volume ratio of MFEC: TFDMC) used in Examples described later is approximately 1.9 V ( vs. Li / Li + ).

<電池ケース>
電池ケースとしては、従来から非水電解質二次電池に用いられる材料や形状を用いることができる。該ケースの材質としては、例えば、アルミニウム、スチール等の金属材料;ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料;が挙げられる。なかでも、放熱性向上やエネルギー密度を高める目的から、比較的軽量な金属(例えば、アルミニウムやアルミニウム合金)を好ましく採用し得る。また、該ケースの形状(容器の外形)は、例えば、円形(円筒形、コイン形、ボタン形)、六面体形(直方体形、立方体形)、袋体形、およびそれらを加工し変形させた形状等であり得る。
<Battery case>
As a battery case, the material and shape conventionally used for a nonaqueous electrolyte secondary battery can be used. Examples of the material of the case include metal materials such as aluminum and steel; resin materials such as polyphenylene sulfide resin and polyimide resin. Among them, a relatively light metal (for example, aluminum or aluminum alloy) can be preferably employed for the purpose of improving heat dissipation and increasing energy density. The shape of the case (outer shape of the container) is, for example, circular (cylindrical shape, coin shape, button shape), hexahedron shape (rectangular shape, cubic shape), bag shape, and a shape obtained by processing and deforming them. It can be.

特に限定することを意図したものではないが、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池として、扁平に捲回された電極体(捲回電極体)と、非水電解質と、を扁平な直方体形(角形)の容器に収容した形態の非水電解質二次電池(単電池)を例とし、図1〜3にその概略構成を示す。以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、実際の寸法関係を反映するものではない。   Although not intended to be particularly limited, as a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, an electrode body (winding electrode body) wound flatly, and a nonaqueous electrolyte, A non-aqueous electrolyte secondary battery (unit cell) in a form accommodated in a flat rectangular parallelepiped (rectangular) container is taken as an example, and FIGS. In the following drawings, members / parts having the same action are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted or simplified. The dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each figure does not reflect the actual dimensional relationship.

ここで開示される技術の一実施形態に係る非水電解質二次電池は、例えば図1および図2に示すように、捲回電極体80が、非水電解質90とともに、該電極体80の形状に対応した扁平な直方体形状(角形)の電池ケース50に収容された構成を有する。この電池ケース50は、上端が開放された扁平な直方体形状(角形)の電池ケース本体52と、その開口部を塞ぐ蓋体54とを備える。電池ケース50の上面(すなわち蓋体54)には、外部接続用の正極端子70および負極端子72が、それら端子の一部が蓋体54から電池の外方に突出するように設けられている。また、蓋体54には、電池ケースの内部で発生し得るガスをケースの外部に排出するための安全弁55が備えられている。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the technology disclosed herein, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the wound electrode body 80 and the nonaqueous electrolyte 90 have a shape of the electrode body 80. In a battery case 50 having a flat rectangular parallelepiped shape (rectangular shape). The battery case 50 includes a flat rectangular parallelepiped (square) battery case main body 52 having an open upper end, and a lid 54 that closes the opening. A positive electrode terminal 70 and a negative electrode terminal 72 for external connection are provided on the upper surface (that is, the lid body 54) of the battery case 50 so that some of the terminals protrude from the lid body 54 to the outside of the battery. . The lid 54 is provided with a safety valve 55 for discharging gas that can be generated inside the battery case to the outside.

図2および図3に示すように、捲回電極体80は、正極活物質を含む正極活物質層14が長尺シート状の正極集電体12の両面に保持された正極シート10と、負極活物質を含む負極活物質層24が長尺シート状の負極集電体22の両面に保持された負極シート20と、長尺シート状の2枚のセパレータ40とを重ね合わせて捲回し、得られた捲回体を側面方向から押圧して拉げさせることによって扁平形状に成形されている。図3に示す例では、捲回電極体80の作製に際して、上記4枚のシートを、下からセパレータシート40、負極シート20、セパレータシート40、正極シート10の順に積層する。また、正極シート10の正極活物質層14の未塗工部と負極シート20の負極活物質層24の未塗工部とがセパレータ40の幅方向の両側からそれぞれはみ出すように、正極シート10と負極シート20とを幅方向にややずらして重ね合わせる。このように重ね合わせた電極体を捲回し、捲回軸WLに対して垂直な方向から押圧して拉げさせることによって、扁平状の捲回電極体80が作製され得る。そして、正極集電体12の上記未塗工部に正極端子70が、負極集電体22の上記未塗工部には負極端子72がそれぞれ接合される。
かかる構成の非水電解質二次電池100は、例えば、ケース50の開口部から電極体80を内部に収容し、該ケース50の開口部に蓋体54を取り付けた後、蓋体54に設けられた図示しない電解液注入孔から電解液90を注入し、次いで該注入孔を塞ぐことによって構築することができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the wound electrode body 80 includes a positive electrode sheet 10 in which a positive electrode active material layer 14 containing a positive electrode active material is held on both surfaces of a long sheet-like positive electrode current collector 12, and a negative electrode A negative electrode sheet 20 in which a negative electrode active material layer 24 containing an active material is held on both surfaces of a long sheet-like negative electrode current collector 22 and two long sheet-like separators 40 are overlapped and wound to obtain The wound body is formed into a flat shape by pressing and curling it from the side. In the example illustrated in FIG. 3, when the wound electrode body 80 is manufactured, the four sheets are stacked in the order of the separator sheet 40, the negative electrode sheet 20, the separator sheet 40, and the positive electrode sheet 10 from the bottom. Further, the positive electrode sheet 10 and the positive electrode sheet 10 so that the uncoated portion of the positive electrode active material layer 14 of the positive electrode sheet 10 and the uncoated portion of the negative electrode active material layer 24 of the negative electrode sheet 20 protrude from both sides in the width direction of the separator 40, respectively. The negative electrode sheet 20 is overlaid with a slight shift in the width direction. A flat wound electrode body 80 can be produced by winding the electrode bodies stacked in this way and pressing them from a direction perpendicular to the winding axis WL. A positive electrode terminal 70 is joined to the uncoated part of the positive electrode current collector 12, and a negative electrode terminal 72 is joined to the uncoated part of the negative electrode current collector 22.
For example, the non-aqueous electrolyte secondary battery 100 having such a configuration is provided in the lid body 54 after the electrode body 80 is accommodated inside the opening portion of the case 50 and the lid body 54 is attached to the opening portion of the case 50. It can be constructed by injecting an electrolytic solution 90 from an electrolytic solution injection hole (not shown) and then closing the injection hole.

ここで開示される非水電解質二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)は、各種用途に利用可能である。正極活物質からの金属元素の溶出が好適に抑制され、電池性能(例えば、エネルギー密度や耐久性)に優れることから、かかる特長を活かして、例えば図4に示すように、車両1に搭載される駆動用電源として好適に用いることができる。車両1は、典型的には自動車であり、例えば、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、電気自動車(EV)、燃料電池自動車、電動車いす、あるいは電動アシスト自転車等であり得る。したがって、本発明の他の側面として、ここに開示されるいずれかの非水電解質二次電池100を、好ましくは動力源として備えた車両1が提供される。車両1は、複数個の非水電解質二次電池100を、典型的にはそれらが接続された組電池の形態で備えるものであり得る。   The non-aqueous electrolyte secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) disclosed here can be used for various applications. Since the elution of the metal element from the positive electrode active material is suitably suppressed and the battery performance (for example, energy density and durability) is excellent, this feature is utilized, for example, as shown in FIG. It can be suitably used as a driving power source. The vehicle 1 is typically an automobile, and may be, for example, a hybrid automobile (HV), a plug-in hybrid automobile (PHV), an electric automobile (EV), a fuel cell automobile, an electric wheelchair, or an electric assist bicycle. Therefore, as another aspect of the present invention, there is provided a vehicle 1 provided with any of the nonaqueous electrolyte secondary batteries 100 disclosed herein, preferably as a power source. The vehicle 1 may be provided with a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries 100, typically in the form of an assembled battery to which they are connected.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に限定することを意図したものではない。なお、以下の説明において「部」および「%」は、特に断りがない限り質量基準である。   Hereinafter, some examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to such examples. In the following description, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.

<正極活物質粒子(表面コートFT−LNM粒子)の作製>
原料粒子として、平均粒径6μm、BET比表面積0.7m/gのLiNi0.45Fe0.05Mn1.45Ti0.05粒子(FT−LNMスピネル粒子)を用意した。以下、このFT−LNMスピネル粒子を「FT−LNM原料粒子」ともいう。
LiNOおよび(NHHPOを脱イオン水に混合して溶解させた。この溶液を乾燥させて、外側領域(低Mn領域)の前駆体となる粉末(前駆体粉末)を調製した。
この前駆体粉末と、上記FT−LNM原料粒子とを、遠心力を利用した粒子同士の衝突エネルギーによりコーティングするコーティング装置に投入し、回転速度5000rpmの条件で30分間コーティング処理を施した。上記コーティング装置としては、ホソカワミクロン社製、型式「ノビルタ NOB−MINI」を使用した。得られた前駆体付きFT−LNM原料粒子を、空気中にて400℃で4時間焼成することにより、上記前駆体粉末からLiPOを生成させた。このようにして、FT−LNM原料粒子の表面が外側領域としてのLiPO層で被覆された正極活物質粒子(表面コートFT−LNM粒子)を得た。この表面コートFT−LNM粒子の平均粒径は6μmであり、BET比表面積は0.7m/gであった。
<Preparation of positive electrode active material particles (surface-coated FT-LNM particles)>
As raw material particles, LiNi 0.45 Fe 0.05 Mn 1.45 Ti 0.05 O 4 particles (FT-LNM spinel particles) having an average particle diameter of 6 μm and a BET specific surface area of 0.7 m 2 / g were prepared. Hereinafter, the FT-LNM spinel particles are also referred to as “FT-LNM raw material particles”.
LiNO 3 and (NH 4 ) 2 HPO 4 were mixed and dissolved in deionized water. This solution was dried to prepare a powder (precursor powder) serving as a precursor of the outer region (low Mn region).
This precursor powder and the above-mentioned FT-LNM raw material particles were put into a coating apparatus for coating with collision energy between particles utilizing centrifugal force, and a coating treatment was performed for 30 minutes at a rotational speed of 5000 rpm. As the coating apparatus, model “Nobilta NOB-MINI” manufactured by Hosokawa Micron Corporation was used. The obtained precursor with FT-LNM material particles and baked for 4 hours at 400 ° C. in air, to produce a Li 3 PO 4 from the precursor powder. In this way, positive electrode active material particles (surface-coated FT-LNM particles) in which the surface of the FT-LNM raw material particles was coated with the Li 3 PO 4 layer as the outer region were obtained. The average particle size of the surface-coated FT-LNM particles was 6 μm, and the BET specific surface area was 0.7 m 2 / g.

<非水電解質二次電池の作製>
(電池A0)
上記で作製した表面コートFT−LNM粒子と、アセチレンブラック(導電材)と、PVdF(バインダ)とを、これらの質量比が89:8:3となるようにNMPに分散させて、スラリー状の組成物を調製した。この組成物を厚さ15μmの長尺状アルミニウム箔(正極集電体)の片面に塗付し、乾燥させて正極活物質層を形成した。この正極活物質層付き集電体をロールプレスして上記正極活物質層の密度を2.3g/cmに調整し、所定の長方形状に切り出した。このようにして、理論容量(設計容量)Cが60mAhの正極シートを得た。
負極活物質として、平均粒径が20μmであり、BET比表面積が2.5m/gの天然黒鉛系材料を用意した。この負極活物質とCMCとSBRとを、これらの質量比が98:1:1となるようにイオン交換水と混合して、スラリー状の組成物を調製した。この組成物を厚さ10μmの銅箔(負極集電体)の片面に塗付し、乾燥させて負極活物質層を形成した。この負極活物質層付き集電体をロールプレスして上記負極活物質層の密度を1.4g/cmに調整し、正極シートと同サイズの長方形状に切り出して負極シートを得た。なお、上記組成物の塗付量は、正極と負極との理論容量比(C/C)が1.5となるように調整した。
上記で作製した正極シートと負極シートとを、セパレータシート(PP/PE/PP三層構造の多孔質シート)を介して対向させ、捲回して捲回型の電極体を作製した。
<Preparation of nonaqueous electrolyte secondary battery>
(Battery A0)
The surface-coated FT-LNM particles produced above, acetylene black (conductive material), and PVdF (binder) were dispersed in NMP so that the mass ratio thereof was 89: 8: 3, A composition was prepared. This composition was applied to one side of a 15 μm thick long aluminum foil (positive electrode current collector) and dried to form a positive electrode active material layer. The current collector with the positive electrode active material layer was roll-pressed to adjust the density of the positive electrode active material layer to 2.3 g / cm 3 and cut into a predetermined rectangular shape. In this way, a positive electrode sheet having a theoretical capacity (design capacity) CC of 60 mAh was obtained.
A natural graphite material having an average particle diameter of 20 μm and a BET specific surface area of 2.5 m 2 / g was prepared as a negative electrode active material. This negative electrode active material, CMC, and SBR were mixed with ion-exchanged water so that the mass ratio thereof was 98: 1: 1 to prepare a slurry composition. This composition was applied to one side of a 10 μm thick copper foil (negative electrode current collector) and dried to form a negative electrode active material layer. The current collector with the negative electrode active material layer was roll-pressed to adjust the density of the negative electrode active material layer to 1.4 g / cm 3 and cut into a rectangular shape having the same size as the positive electrode sheet to obtain a negative electrode sheet. The coating amount of the composition was adjusted so that the theoretical capacity ratio (C c / C a ) between the positive electrode and the negative electrode was 1.5.
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet prepared above were opposed to each other through a separator sheet (a porous sheet having a PP / PE / PP three-layer structure), and wound to prepare a wound electrode body.

環状カーボネートとしてのMFECと、鎖状カーボネートとしてのTFDMC(すなわち、FHCO(C=O)OCHFで表されるフルオロメチルジフルオロメチルカーボネート)とを、体積比1:1の割合で含む混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度となるように溶解して、非水電解液S0を調製した。なお、この非水電解液の酸化電位および還元電位を、上述した方法に従って測定したところ、酸化電位は4.9〜5.1V(vs.Li/Li)、還元電位は1.9V(vs.Li/Li)であった。
この電極体と非水電解液とを適当なサイズのラミネートフィルム製電池ケースに収容し、封止して、リチウムイオン二次電池A0を構築した。なお、上記正極シートおよび上記負極シートには、上記電池ケースの外部まで引き出された正極端子および負極端子がそれぞれ設けられている。
Mixed solvent containing MFEC as cyclic carbonate and TFDMC as chain carbonate (that is, fluoromethyldifluoromethyl carbonate represented by FH 2 CO (C═O) OCHF 2 ) in a volume ratio of 1: 1. LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1 mol / L to prepare a non-aqueous electrolyte S0. The oxidation potential and reduction potential of this non-aqueous electrolyte were measured according to the method described above. The oxidation potential was 4.9 to 5.1 V (vs. Li / Li + ), and the reduction potential was 1.9 V (vs. Li / Li + ).
The electrode body and the non-aqueous electrolyte were accommodated in a battery case made of a laminate film of an appropriate size and sealed to construct a lithium ion secondary battery A0. The positive electrode sheet and the negative electrode sheet are provided with a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, respectively, drawn to the outside of the battery case.

(電池A1)
電池A0の作製に用いた非水電解液S0に、遷移金属イオン捕捉剤としてのアセチルアセトンをさらに溶解して、アセチルアセトン濃度が1.6質量%(約0.16mol/L)の非水電解液S1を調製した。この非水電解液S1を用いた点以外は電池A0の作製と同様にして、リチウムイオン二次電池A1を作製した。
(Battery A1)
A non-aqueous electrolyte S1 having an acetylacetone concentration of 1.6% by mass (about 0.16 mol / L) is obtained by further dissolving acetylacetone as a transition metal ion scavenger in the non-aqueous electrolyte S0 used for producing the battery A0. Was prepared. A lithium ion secondary battery A1 was produced in the same manner as in the production of the battery A0 except that this nonaqueous electrolytic solution S1 was used.

(電池B0)
電池A0の作製において、表面コートFT−LNM粒子に代えて、平均粒径6μm、BET比表面積0.7m/gのLiNi0.45Fe0.05Mn1.45Ti0.05粒子(FT−LNMスピネル粒子)を使用した。その他の点は電池A0の作製と同様にして、リチウムイオン二次電池B0を作製した。
(電池B1)
アセチルアセトンを含む非水電解液S1を用いた点以外は電池B0の作製と同様にして、リチウムイオン二次電池B1を作製した。
(Battery B0)
In the production of the battery A0, instead of the surface-coated FT-LNM particles, LiNi 0.45 Fe 0.05 Mn 1.45 Ti 0.05 O 4 particles having an average particle diameter of 6 μm and a BET specific surface area of 0.7 m 2 / g (FT-LNM spinel particles) was used. Otherwise, the lithium ion secondary battery B0 was produced in the same manner as the battery A0.
(Battery B1)
A lithium ion secondary battery B1 was produced in the same manner as the battery B0 except that the nonaqueous electrolyte S1 containing acetylacetone was used.

(電池C0)
電池A0の作製において、表面コートFT−LNM粒子に代えて、平均粒径6μm、BET比表面積0.7m/gのLiNi0.5Mn1.5粒子(すなわち、金属元素として実質的にLi,NiおよびMnのみを含むリチウムニッケルマンガンスピネル粒子。以下「LNMスピネル粒子」ともいう。)を使用した。その他の点は電池A0の作製と同様にして、リチウムイオン二次電池C0を作製した。
(電池C1)
アセチルアセトンを含む非水電解液S1を用いた点以外は電池C0の作製と同様にして、リチウムイオン二次電池C1を作製した。
(Battery C0)
In the production of the battery A0, instead of the surface-coated FT-LNM particles, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 particles having an average particle diameter of 6 μm and a BET specific surface area of 0.7 m 2 / g (ie, substantially as a metal element) Lithium-nickel-manganese spinel particles containing only Li, Ni, and Mn, hereinafter also referred to as “LNM spinel particles”). Otherwise, the lithium ion secondary battery C0 was produced in the same manner as the battery A0.
(Battery C1)
A lithium ion secondary battery C1 was produced in the same manner as the production of the battery C0 except that the nonaqueous electrolytic solution S1 containing acetylacetone was used.

<コンディショニング> <Conditioning>

<性能評価>
(初期容量)
各電池に対し、温度25℃にて、以下の充放電パターンでコンディショニング処理を行った。
(1)1/3Cのレートで4.9Vまで定電流(CC)充電した後、10分間休止する。
(2)1/3Cのレートで3.5VまでCC放電した後、10分間休止する。
上記操作(1)および(2)を3サイクル繰り返し、3サイクル目の放電容量を初期容量(初期放電容量)とした。
<Performance evaluation>
(Initial capacity)
Each battery was conditioned at a temperature of 25 ° C. with the following charge / discharge pattern.
(1) After a constant current (CC) charge to 4.9 V at a rate of 1/3 C, pause for 10 minutes.
(2) After discharging CC to 3.5 V at a rate of 1/3 C, pause for 10 minutes.
The above operations (1) and (2) were repeated three cycles, and the discharge capacity at the third cycle was defined as the initial capacity (initial discharge capacity).

(サイクル特性試験)
上記コンディショニング後の各電池を、温度60℃に設定された恒温槽内に2時間以上静置した後、以下の充放電操作(1)〜(4)を200サイクル繰り返した。
(1)2Cのレートで4.9VまでCC充電する。
(2)10分間休止する。
(3)2Cのレートで3.5VまでCC放電する。
(4)10分間休止する。
その後、温度25℃にて、上記初期容量と同様に放電容量(200サイクル後の容量)を測定した。このサイクル特性試験による容量維持率(%)を、初期容量に対する200サイクル後の容量の割合((200サイクル後の容量/初期容量)×100(%))として算出した。
(Cycle characteristic test)
Each battery after the conditioning was allowed to stand in a thermostat set at a temperature of 60 ° C. for 2 hours or longer, and the following charge / discharge operations (1) to (4) were repeated 200 cycles.
(1) CC charge to 4.9V at 2C rate.
(2) Pause for 10 minutes.
(3) CC discharge to 3.5V at a rate of 2C.
(4) Pause for 10 minutes.
Thereafter, the discharge capacity (capacity after 200 cycles) was measured at a temperature of 25 ° C. in the same manner as the initial capacity. The capacity retention rate (%) by this cycle characteristic test was calculated as the ratio of the capacity after 200 cycles to the initial capacity ((capacity after 200 cycles / initial capacity) × 100 (%)).

非水電解液に遷移金属イオン捕捉剤(ここではアセチルアセトン)を含有させたことが電池の耐久性に及ぼす効果を評価するために、遷移金属イオン捕捉剤を含まない非水電解液S0を用いた電池A0,B0,C0の容量維持率をそれぞれ100(標準)とし、遷移金属イオン捕捉剤を含む非水電解液S1を用いた対応する電池A1,B1,C1の容量維持率を、電池A0,B0,C0に対する相対値として算出した。それらの結果を、表面コートFT−LNM粒子を用いた電池A0およびA1については表1に、FT−LNMスピネル粒子を用いた電池B0およびB1については表2に、LNMスピネル粒子を用いた電池C0およびC1については表3に示した。   In order to evaluate the effect of the transition metal ion scavenger (here, acetylacetone) contained in the nonaqueous electrolyte on the durability of the battery, the nonaqueous electrolyte S0 containing no transition metal ion scavenger was used. The capacity maintenance rates of the batteries A0, B0, C0 are 100 (standard), respectively, and the capacity maintenance rates of the corresponding batteries A1, B1, C1 using the non-aqueous electrolyte S1 containing the transition metal ion scavenger are designated as the battery A0, It was calculated as a relative value with respect to B0 and C0. The results are shown in Table 1 for batteries A0 and A1 using surface-coated FT-LNM particles, in Table 2 for batteries B0 and B1 using FT-LNM spinel particles, and battery C0 using LNM spinel particles. And C1 are shown in Table 3.

Figure 2014130774
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Figure 2014130774
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これらの表から明らかなように、外側領域を有しない正極活物質粒子であるFT−LNMスピネル粒子またはLNMスピネル粒子を用いた電池では、非水電解質に遷移金属イオン捕捉剤を含有させることにより、容量維持率が標準値の1/20以下にまで著しく低下した(表2,表3)。   As is clear from these tables, in the battery using the FT-LNM spinel particles or the LNM spinel particles, which are the positive electrode active material particles having no outer region, by adding a transition metal ion scavenger to the nonaqueous electrolyte, The capacity retention rate was significantly reduced to 1/20 or less of the standard value (Tables 2 and 3).

これに対して、FT−LNMスピネル粒子に外側領域を形成してなる正極活物質粒子(表面コートFT−LNM粒子)を用いた電池では、遷移金属イオン捕捉剤の使用により、容量維持率が標準値から5%程度向上した(表1)。すなわち、遷移金属イオン捕捉剤の機能が適切に発揮されて、電池の耐久性を向上させる効果が得られた。   On the other hand, in a battery using positive electrode active material particles (surface-coated FT-LNM particles) formed by forming an outer region on FT-LNM spinel particles, the capacity retention rate is standard due to the use of a transition metal ion scavenger. It improved about 5% from the value (Table 1). That is, the function of the transition metal ion scavenger was appropriately exhibited, and the effect of improving the durability of the battery was obtained.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、正極活物質粒子を得る方法としては、上述した表面コート法の他、上記原料粒子の表面領域の少なくとも一部を外側領域に改質することを包含する方法(表面改質法)を例示することができる。表面改質法と表面コート法とを組み合わせて適用してもよい。
上記表面改質法では、例えば、上述したFT−LNM原料粒子を使用し、該FT−LNM原料粒子の表面領域におけるMn濃度を上記基本組成(すなわち、中心領域の組成)よりも低くすることにより、該表面領域が外側領域(低Mn領域)に改質された正極活物質粒子を得ることができる。表面領域におけるMn濃度を低下させる方法としては、例えば、上述のような遷移金属イオン捕捉剤を含む改質処理液と原料粒子とを接触させて、その表面領域に含まれるMnの少なくとも一部を除去する方法を好ましく採用することができる。改質処理液と原料粒子とを接触させる時間(処理時間)は、処理効率と改質効果との兼ね合いから、例えば10分以上(典型的には10分〜6時間、好ましくは15分〜3時間)とすることができる。その後、結果物(すなわち、処理済みの原料粒子)を処理液から分離する。必要に応じて、上記結果物に洗浄、乾燥、加熱等の後処理を施してもよい。上記加熱処理は、例えば、上記結果物を150℃以上(典型的には200℃以上、好ましくは250℃以上、より好ましくは300℃以上、例えば350℃以上)の温度に保持する処理であり得る。かかる加熱処理は、表面領域を改質したことにより生じ得る歪や結晶性の低下を緩和するために役立ち得る。これにより、より耐久性の良い正極活物質粒子が実現され得る。上記加熱処理は、また、結果物に含まれ得る有機物を分解または揮散させるためにも役立ち得る。加熱処理温度の上限は、通常、500℃以下とすることが適当であり、450℃以下(例えば400℃程度)とすることが好ましい。加熱処理時間は、通常は30分〜48時間(典型的には1時間〜24時間、例えば2時間〜12時間)程度とすることができる。上記加熱処理は、通常、酸化性雰囲気(例えば空気雰囲気)で行うことが好ましい。
As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here.
For example, as a method for obtaining the positive electrode active material particles, in addition to the surface coating method described above, a method including modifying at least a part of the surface region of the raw material particles into an outer region (surface modification method) is exemplified. can do. A combination of the surface modification method and the surface coating method may be applied.
In the surface modification method, for example, the above-described FT-LNM raw material particles are used, and the Mn concentration in the surface region of the FT-LNM raw material particles is made lower than the basic composition (that is, the composition of the central region). The positive electrode active material particles in which the surface region is modified to the outer region (low Mn region) can be obtained. As a method for reducing the Mn concentration in the surface region, for example, the modification treatment liquid containing the transition metal ion scavenger as described above is brought into contact with the raw material particles, and at least a part of Mn contained in the surface region is brought into contact. The removal method can be preferably employed. The time (treatment time) for bringing the modification treatment liquid into contact with the raw material particles is, for example, 10 minutes or more (typically 10 minutes to 6 hours, preferably 15 minutes to 3) in view of the balance between the treatment efficiency and the modification effect. Time). Thereafter, the resulting product (that is, processed raw material particles) is separated from the processing liquid. If necessary, the resulting product may be subjected to post-treatment such as washing, drying and heating. The heat treatment may be, for example, a treatment for holding the resultant product at a temperature of 150 ° C. or higher (typically 200 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher, eg 350 ° C. or higher). . Such heat treatment can be useful for alleviating strain and crystallinity degradation that may be caused by modifying the surface region. Thereby, positive electrode active material particles with better durability can be realized. The heat treatment can also serve to decompose or volatilize organic matter that may be included in the result. The upper limit of the heat treatment temperature is usually suitably 500 ° C. or less, preferably 450 ° C. or less (eg, about 400 ° C.). The heat treatment time can be usually about 30 minutes to 48 hours (typically 1 hour to 24 hours, for example, 2 hours to 12 hours). The heat treatment is usually preferably performed in an oxidizing atmosphere (for example, an air atmosphere).

1 自動車(車両)
10 正極シート(正極)
12 正極集電体
14 正極活物質層
20 負極シート(負極)
22 負極集電体
24 負極活物質層
40 セパレータシート(セパレータ)
50 電池ケース
52 電池ケース本体
54 蓋体
55 安全弁
70 正極端子
72 負極端子
80 捲回電極体
90 電解液(非水電解質)
100 非水電解質二次電池
1 Automobile (vehicle)
10 Positive electrode sheet (positive electrode)
12 Positive electrode current collector 14 Positive electrode active material layer 20 Negative electrode sheet (negative electrode)
22 Negative electrode current collector 24 Negative electrode active material layer 40 Separator sheet (separator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Battery case 52 Battery case main body 54 Cover body 55 Safety valve 70 Positive electrode terminal 72 Negative electrode terminal 80 Winding electrode body 90 Electrolyte (nonaqueous electrolyte)
100 Non-aqueous electrolyte secondary battery

Claims (6)

正極と負極と非水電解質とを備えた非水電解質二次電池であって、
前記正極は、
リチウム遷移金属化合物を基本組成とする正極活物質粒子を備え、かつ
作動上限電位が金属リチウム基準で4.5V以上であり、
前記正極活物質粒子は、
前記基本組成を有する中心領域と、
前記中心領域の外側を覆い、前記基本組成に含まれる遷移金属の少なくとも一種を含まないかあるいは該遷移金属の濃度が前記基本組成よりも低い外側領域と、を含み、
前記非水電解質は、遷移金属イオン捕捉剤を含む、非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode is
Comprising positive electrode active material particles having a lithium transition metal compound as a basic composition, and an operating upper limit potential of 4.5 V or more based on metallic lithium;
The positive electrode active material particles are:
A central region having the basic composition;
An outer region that covers the outside of the central region and does not contain at least one transition metal contained in the basic composition or has a lower concentration of the transition metal than the basic composition;
The nonaqueous electrolyte is a nonaqueous electrolyte secondary battery containing a transition metal ion scavenger.
前記外側領域は、リチウムイオン伝導性を有する被覆層である、請求項1に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the outer region is a coating layer having lithium ion conductivity. 前記基本組成は、スピネル構造のリチウムニッケルマンガン酸化物である、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the basic composition is a lithium nickel manganese oxide having a spinel structure. 前記基本組成は、以下の一般式(1):
Li(Ni0.5−aFeMn1.5−bTi )O4+d (1)
(ここで、Mは、Ni,Mn,Fe,Ti以外の元素であり、0.9≦x≦1.2であり、0≦aであり、−0.1≦bであり、0<P≦0.1であり、0<Q≦0.1であり、0≦Rであり、a+b=P+Q+Rであり、dは、−0.2≦d≦0.2であって電荷中性条件を満たすように定まる値である。);
で表される組成である、請求項1から3のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
The basic composition has the following general formula (1):
Li x (Ni 0.5-a Fe P Mn 1.5-b Ti Q M 0 R) O 4 + d (1)
(Here, M 0 is an element other than Ni, Mn, Fe, Ti, 0.9 ≦ x ≦ 1.2, 0 ≦ a, −0.1 ≦ b, 0 < P ≦ 0.1, 0 <Q ≦ 0.1, 0 ≦ R, a + b = P + Q + R, d is −0.2 ≦ d ≦ 0.2, and charge neutrality condition It is a value that is determined to satisfy.);
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, which has a composition represented by:
正極と負極と非水電解質とを備え、該正極の作動上限電位が金属リチウム基準で4.5V以上である非水電解質二次電池を製造する方法であって:
リチウム遷移金属化合物を基本組成とする正極活物質粒子を備える正極を用意すること;
遷移金属イオン捕捉剤を含む非水電解質を用意すること;および、
前記正極と前記非水電解質とを用いて非水電解質二次電池を構築すること;
を包含し、
ここで、前記正極活物質粒子は、
前記基本組成を有する中心領域と、
前記中心領域の外側を覆い、遷移金属を含まないかあるいは前記基本組成よりも遷移金属濃度が低い組成の外側領域とを含む、非水電解質二次電池製造方法。
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the operating upper limit potential of the positive electrode is 4.5 V or more based on metallic lithium:
Providing a positive electrode comprising positive electrode active material particles having a lithium transition metal compound as a basic composition;
Providing a non-aqueous electrolyte comprising a transition metal ion scavenger; and
Constructing a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode and the non-aqueous electrolyte;
Including
Here, the positive electrode active material particles are:
A central region having the basic composition;
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising an outer region that covers the outside of the central region and does not contain a transition metal or has a lower transition metal concentration than the basic composition.
請求項1から4のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池または請求項5に記載の方法により製造された非水電解質二次電池を備えた、車両。   A vehicle comprising the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4 or the nonaqueous electrolyte secondary battery produced by the method according to claim 5.
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