JP2016072187A - Lithium ion secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents

Lithium ion secondary battery and method for manufacturing the same

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竜一 夏井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for increasing a capacity of a lithium ion secondary battery.SOLUTION: In a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material that a positive electrode includes belongs to a space group Fd3-m, and includes lithium, and a lithium-containing transition metal compound including a transition metal M (M represents Mo, or a combination of Mo and at least one element selected from a group consisting of Mn, Co, Ni, W, and V); the mole ratio of the lithium to the transition metal M is 2.7-3.3; and the ratio of the mass of the lithium-containing transition metal oxide to a total mass of all the positive electrode active materials included in the positive electrode 21 is 0.8 or larger. Particles of the positive electrode active material have an average particle diameter of less than 5 μm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、リチウムイオン二次電池及びその製造方法に関する。   The present disclosure relates to a lithium ion secondary battery and a manufacturing method thereof.

リチウムイオン二次電池は、大きい容量及び大きいエネルギー密度を有するだけでなく、小型化及び軽量化が容易である。リチウムイオン二次電池は、携帯用小型電子機器、電気自動車などの電源として広く利用されており、その需要は年々拡大している。   The lithium ion secondary battery not only has a large capacity and a large energy density, but also can be easily reduced in size and weight. Lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for portable small electronic devices, electric vehicles, and the like, and the demand is increasing year by year.

リチウムイオン二次電池の開発においては、その容量を増やすことが1つの重要な技術課題である。正極材料として、従来から、LixMeO2(Meは、Co、Ni、Mn及びAlからなる群より選択される少なくとも1種)で表されるリチウム含有遷移金属化合物が使用されている。LixMeO2の容量を増やすために、充電電圧を上げたり、表面構造を最適化したりするなどの試みがなされている(特許文献1及び2)。しかし、LixMeO2の容量は、頭打ちになりつつある。 In the development of a lithium ion secondary battery, increasing its capacity is one important technical issue. As a positive electrode material, a lithium-containing transition metal compound represented by Li x MeO 2 (Me is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Mn, and Al) has been conventionally used. In order to increase the capacity of Li x MeO 2 , attempts have been made to increase the charging voltage or optimize the surface structure (Patent Documents 1 and 2). However, the capacity of Li x MeO 2 is reaching its peak.

特開2006−185794号公報JP 2006-185794 A 特開2007−66745号公報JP 2007-66745 A

上記の事情に鑑み、本開示は、リチウムイオン二次電池の容量を増やすための技術を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present disclosure is to provide a technique for increasing the capacity of a lithium ion secondary battery.

本開示は、正極と、負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、非水電解質と、を備え、正極に含まれた正極活物質は、空間群Fd3−mに属し、リチウムと、遷移金属M(MはMo、もしくはMoと、Mn、Co、Ni、W、及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)を含有するリチウム含有遷移金属化合物を含み、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であり、正極に含まれた全ての正極活物質の合計の質量に対するリチウム含有遷移金属化合物の質量の比率が0.8以上であり、正極活物質の粒子の平均粒径が5μm未満である、リチウムイオン二次電池を提供する。   The present disclosure includes a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode active material included in the positive electrode belongs to the space group Fd3-m, lithium And a transition metal M (M is Mo or Mo and at least one selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, W and V) The molar ratio of lithium to M is 2.7 to 3.3, and the ratio of the mass of the lithium-containing transition metal compound to the total mass of all the positive electrode active materials contained in the positive electrode is 0.8 or more, Provided is a lithium ion secondary battery in which the average particle size of positive electrode active material particles is less than 5 μm.

上記の技術によれば、大きい容量を有するリチウムイオン二次電池を提供できる。   According to the above technique, a lithium ion secondary battery having a large capacity can be provided.

本開示の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の概略断面図Schematic sectional view of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present disclosure Li6Mo27のX線回折図X-ray diffraction pattern of Li 6 Mo 2 O 7 Li6Mo1.50.57のX線回折図X-ray diffraction pattern of Li 6 Mo 1.5 W 0.5 O 7 Li6Mo27の初回放電曲線を示す図It shows the initial discharge curve of Li 6 Mo 2 O 7 Li6Mo1.50.57の初回放電曲線を示す図It shows the initial discharge curve of Li 6 Mo 1.5 W 0.5 O 7 Li6MoMnO7のX線回折図X-ray diffraction pattern of Li 6 MoMnO 7 Li6MoMnO7の初回放電曲線を示す図It shows the initial discharge curve of Li 6 MoMnO 7 微粒子化されていないLi6Mo27(比較例2)の初回放電曲線を示す図Shows the initial discharge curve of Li 6 Mo 2 O 7 which has not been micronized (Comparative Example 2)

本開示者らは、鋭意検討の結果、充放電反応に複数の電子が関与する正極活物質を使用することによって、大きい容量を有するリチウムイオン二次電池を提供できることを見出した。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that a lithium ion secondary battery having a large capacity can be provided by using a positive electrode active material in which a plurality of electrons are involved in the charge / discharge reaction.

本開示の一態様に係るリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、非水電解質と、を備え、正極に含まれた正極活物質は、空間群Fd3−mに属し、リチウムと、遷移金属M(MはMo、もしくはMoと、Mn、Co、Ni、W、及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)を含有するリチウム含有遷移金属化合物を含み、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であり、正極に含まれた全ての正極活物質の合計の質量に対するリチウム含有遷移金属化合物の質量の比率が0.8以上であり、正極活物質の粒子の平均粒径が5μm未満である。   A lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present disclosure includes a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. The positive electrode active material included in the positive electrode is , Belonging to space group Fd3-m, containing lithium and transition metal M (M includes Mo or Mo and at least one selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, W and V) The lithium-containing transition metal compound has a molar ratio of lithium to the transition metal M of 2.7 to 3.3, and the mass of the lithium-containing transition metal compound relative to the total mass of all positive electrode active materials contained in the positive electrode Of the positive electrode active material particles is less than 5 μm.

このリチウム含有遷移金属化合物を正極活物質として使用すると、充放電反応に複数の電子が関与する。従って、大きい容量を有するリチウムイオン二次電池を提供できる。また、正極活物質の粒子が微粒子化(<5μm)されていると、リチウムの拡散性が向上し、これに伴って電池の特性も向上する。   When this lithium-containing transition metal compound is used as a positive electrode active material, a plurality of electrons are involved in the charge / discharge reaction. Therefore, a lithium ion secondary battery having a large capacity can be provided. Further, when the positive electrode active material particles are finely divided (<5 μm), the diffusibility of lithium is improved, and the characteristics of the battery are improved accordingly.

また、正極活物質の粒子の平均粒径が500nm以下であってもよい。正極活物質の粒子が500nm以下の平均粒径を有していると、リチウムの拡散性が十分に向上し、これに伴って電池の特性も向上する。   The average particle diameter of the positive electrode active material particles may be 500 nm or less. When the positive electrode active material particles have an average particle size of 500 nm or less, the diffusibility of lithium is sufficiently improved, and the characteristics of the battery are improved accordingly.

また、正極活物質の粒子の平均粒径が50nm以上であってもよい。平均粒径が50nm以上であれば、正極活物質の粒子の生産性が大幅に低下する可能性も低い。   The average particle diameter of the positive electrode active material particles may be 50 nm or more. If the average particle diameter is 50 nm or more, the possibility of significantly reducing the productivity of the positive electrode active material particles is low.

また、リチウム含有遷移金属化合物は、Liαβγ(2.7β≦α≦3.3β、1.8≦β≦2.2、6.4≦γ≦7.6)であってもよい。 Further, the lithium-containing transition metal compound may be Li α M β O γ (2.7β ≦ α ≦ 3.3β, 1.8 ≦ β ≦ 2.2, 6.4 ≦ γ ≦ 7.6). Good.

Liαβγ(2.7β≦α≦3.3β、1.8≦β≦2.2、6.4≦γ≦7.6)を正極活物質として使用すると、充放電反応に複数の電子が関与することにより、大きい容量を有するリチウムイオン二次電池を提供できる。 When Li α M β O γ (2.7β ≦ α ≦ 3.3β, 1.8 ≦ β ≦ 2.2, 6.4 ≦ γ ≦ 7.6) is used as the positive electrode active material, a plurality of charge / discharge reactions are performed. As a result, the lithium ion secondary battery having a large capacity can be provided.

また、リチウム含有遷移金属化合物がLi627であってもよい。 Further, the lithium-containing transition metal compound may be Li 6 M 2 O 7 .

Li6Mo27を正極活物質として使用すると、充放電反応に複数の電子が関与する。従って、大きい容量を有するリチウムイオン二次電池を提供できる。 When Li 6 Mo 2 O 7 is used as the positive electrode active material, a plurality of electrons are involved in the charge / discharge reaction. Therefore, a lithium ion secondary battery having a large capacity can be provided.

また、リチウム含有遷移金属化合物がLiαMoβ-xMexγ(0≦x≦1.5、MeはMn、Co、Ni、W、及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)であってもよい。また、正極活物質が、Li6Mo2-xMex7(0≦x≦1.5)であってもよい。遷移金属Mを他の元素で置換しても、大きい容量を有するリチウムイオン二次電池を提供できる。 Further, the lithium-containing transition metal compound is Li α Mo β-x Me x O γ (0 ≦ x ≦ 1.5, Me is Mn, Co, Ni, W, and at least one selected from the group consisting of V May be included). Further, the cathode active material may be a Li 6 Mo 2-x Me x O 7 (0 ≦ x ≦ 1.5). Even if the transition metal M is replaced with another element, a lithium ion secondary battery having a large capacity can be provided.

また、正極は、上記のリチウム含有遷移金属化合物以外の少なくとも1種の他の正極活物質を含むものであってもよい。   Further, the positive electrode may contain at least one other positive electrode active material other than the above lithium-containing transition metal compound.

また、少なくとも1種の他の正極活物質は、リチウムを可逆的に挿入及び脱離することができるリチウム含有遷移金属化合物であってもよい。   The at least one other positive electrode active material may be a lithium-containing transition metal compound capable of reversibly inserting and extracting lithium.

また、少なくとも1種の他の正極活物質であるリチウム含有遷移金属化合物は、Li2MeO3、LiMeO2、Li4MeO5、Li2MeO4及びLiMe24(Meは、Mo、Mn、Co、Ni、Fe、W、Cr及びVからなる群より選択される少なくとも1種である)からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。 Further, the lithium-containing transition metal compound as at least one other positive electrode active material is Li 2 MeO 3 , LiMeO 2 , Li 4 MeO 5 , Li 2 MeO 4 and LiMe 2 O 4 (Me is Mo, Mn, It may be at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, W, Cr and V.

これらの物質は、電池の正極活物質として好適に使用できる。   These materials can be suitably used as a positive electrode active material for a battery.

また、リチウム含有遷移金属化合物は、充放電反応を経た後も空間群Fd3−mを維持していてもよい。初回放電時には、16cサイト及び16dサイトに加え、8aサイトにリチウムが吸蔵される。つまり、3電子反応が起こる。この3電子反応に基づき、電池は大きい容量を有する。   Moreover, the lithium-containing transition metal compound may maintain the space group Fd3-m even after undergoing a charge / discharge reaction. In the first discharge, lithium is occluded in the 8a site in addition to the 16c site and the 16d site. That is, a three-electron reaction occurs. Based on this three-electron reaction, the battery has a large capacity.

また、非水電解質は、フルオロエチレンカーボネート、フルオロプロピオン酸メチル、フルオロベンゼン、フルオロエチルメチルカーボネート及びフルオロジメチレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも1種のフッ素溶媒を含んでいてもよい。これらのフッ素溶媒が非水電解質に含まれていると、非水電解質の耐酸化性が向上する。その結果、高い電圧で電池を充電する場合にも、電池を安定して動作させることが可能となる。   The nonaqueous electrolyte may contain at least one fluorine solvent selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate, methyl fluoropropionate, fluorobenzene, fluoroethyl methyl carbonate, and fluorodimethylene carbonate. When these fluorine solvents are contained in the nonaqueous electrolyte, the oxidation resistance of the nonaqueous electrolyte is improved. As a result, the battery can be stably operated even when the battery is charged at a high voltage.

また、本開示の一態様に係るリチウムイオン二次電池の製造方法は、正極、負極及びセパレータを準備する工程と、正極と負極との間にセパレータが配置されるように、正極、セパレータ及び負極を組み合わせる工程と、を含み、正極に含まれた正極活物質は、空間群Fd3−mに属する。正極活物質は、更にリチウムと、遷移金属M(MはMo、もしくはMoと、Mn、Co、Ni、W及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)を含有するリチウム含有遷移金属化合物を含み、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であり、正極に含まれた全ての正極活物質の合計の質量に対するリチウム含有遷移金属化合物の質量の比率が0.8以上であり、正極活物質の粒子の平均粒径が5μm未満であり、負極として、充放電反応に関与するリチウムを予め有している負極を準備する。   In addition, a method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present disclosure includes a step of preparing a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a positive electrode, a separator, and a negative electrode so that the separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode. The positive electrode active material included in the positive electrode belongs to the space group Fd3-m. The positive electrode active material further contains lithium and a transition metal M (M is Mo, or Mo and at least one selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, W and V). The molar ratio of lithium to the transition metal M is 2.7 to 3.3, and the ratio of the mass of the lithium-containing transition metal compound to the total mass of all the positive electrode active materials contained in the positive electrode is 0. A negative electrode having a positive electrode active material particle average particle diameter of less than 5 μm and having lithium involved in charge / discharge reaction in advance is prepared.

電池を組み立てた後に実施される初回の充電工程において、Li6Mo27がLi2Mo27に変化する。また、初回の放電工程において、Li2Mo27がLi8Mo27に変化する。初回放電時には、16cサイト及び16dサイトに加え、8aサイトにリチウムが吸蔵される。このような反応を起こさせるために、充放電反応に関与するリチウムを予め有している負極を準備する。これにより、大きい容量を有するリチウムイオン二次電池を提供できる。また、正極活物質の粒子が微粒子化(<5μm)されていると、リチウムの拡散性が向上し、これに伴って電池の特性も向上する(容量が増加する)。 Li 6 Mo 2 O 7 changes to Li 2 Mo 2 O 7 in the first charging step performed after the battery is assembled. In the first discharge step, Li 2 Mo 2 O 7 changes to Li 8 Mo 2 O 7 . In the first discharge, lithium is occluded in the 8a site in addition to the 16c site and the 16d site. In order to cause such a reaction, a negative electrode having lithium that participates in the charge / discharge reaction in advance is prepared. Thereby, a lithium ion secondary battery having a large capacity can be provided. In addition, when the positive electrode active material particles are finely divided (<5 μm), the diffusibility of lithium is improved, and the characteristics of the battery are improved (capacity is increased).

また、正極活物質の粒子の平均粒径が500nm以下であってもよい。正極活物質の粒子が500nm以下の平均粒径を有していると、リチウムの拡散性が十分に向上し、これに伴って電池の特性も向上する。   The average particle diameter of the positive electrode active material particles may be 500 nm or less. When the positive electrode active material particles have an average particle size of 500 nm or less, the diffusibility of lithium is sufficiently improved, and the characteristics of the battery are improved accordingly.

また、正極活物質の粒子の平均粒径が50nm以上であってもよい。平均粒径が50nm以上であれば、正極活物質の粒子の生産性が大幅に低下する可能性も低い。   The average particle diameter of the positive electrode active material particles may be 50 nm or more. If the average particle diameter is 50 nm or more, the possibility of significantly reducing the productivity of the positive electrode active material particles is low.

また、リチウム含有遷移金属化合物は、Liαβγ(2.7β≦α≦3.3β、1.8≦β≦2.2、6.4≦γ≦7.6)であってもよい。 Further, the lithium-containing transition metal compound may be Li α M β O γ (2.7β ≦ α ≦ 3.3β, 1.8 ≦ β ≦ 2.2, 6.4 ≦ γ ≦ 7.6). Good.

また、リチウム含有遷移金属化合物は、Li627であってもよい。 The lithium-containing transition metal compound may be Li 6 M 2 O 7 .

また、リチウム含有遷移金属化合物はLiαMoβ-xMexγ(0≦x≦1.5、MeはMn、Co、Ni、W、及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)であってもよい。 Further, the lithium-containing transition metal compounds Li α Mo β-x Me x O γ (0 ≦ x ≦ 1.5, Me is Mn, Co, Ni, W, and at least one selected from the group consisting of V May be included).

また、正極活物質は、Li6Mo2-xMex7(0≦x≦1.5)であってもよい。 Further, the cathode active material may be Li 6 Mo 2-x Me x O 7 (0 ≦ x ≦ 1.5).

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiments.

図1に示すように、本実施形態のコイン型の電池10は、正極21、負極22及びセパレータ14を備えている。セパレータ14は、正極21と負極22との間に配置されている。正極21、負極22及びセパレータ14には、非水電解質(非水電解液)が含浸されている。電池10は、さらに、ケース11、封口板15及びガスケット18を備えている。正極21、負極22及びセパレータ14によって電極群が形成されている。電極群は、ケース11の中に収められている。ガスケット18及び封口板15でケース11が閉じられている。   As shown in FIG. 1, the coin-type battery 10 of this embodiment includes a positive electrode 21, a negative electrode 22, and a separator 14. The separator 14 is disposed between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. The positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 14 are impregnated with a non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte). The battery 10 further includes a case 11, a sealing plate 15, and a gasket 18. An electrode group is formed by the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 14. The electrode group is housed in the case 11. The case 11 is closed by the gasket 18 and the sealing plate 15.

正極21は、正極集電体12と、正極集電体12の上に配置された正極活物質層13とを備えている。正極集電体12は、例えば、アルミニウム、ステンレス、アルミニウム合金などの金属材料で作られている。正極集電体12を省略し、ケース11を正極集電体として使用することも可能である。正極活物質層13は、正極活物質として、例えば、Li6Mo27を含んでいる。正極活物質層13は、必要に応じて、導電剤、イオン伝導補助剤、結着剤などの添加剤を含んでいてもよい。 The positive electrode 21 includes a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material layer 13 disposed on the positive electrode current collector 12. The positive electrode current collector 12 is made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or aluminum alloy, for example. It is also possible to omit the positive electrode current collector 12 and use the case 11 as a positive electrode current collector. The positive electrode active material layer 13 includes, for example, Li 6 Mo 2 O 7 as a positive electrode active material. The positive electrode active material layer 13 may contain additives such as a conductive agent, an ion conduction auxiliary agent, and a binder as necessary.

正極活物質層13に含まれた正極活物質は、空間群Fd3−mに属し、リチウムと、遷移金属Mを含有し、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であるリチウム含有遷移金属化合物のみを実質的に含むものであってもよい。また、正極活物質層13は、正極活物質としてこのリチウム含有遷移金属化合物以外の少なくとも1種の他の正極活物質を含んでいてもよい。前者の場合において、「空間群Fd3−mに属し、リチウムと、遷移金属Mを含有し、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であるリチウム含有遷移金属化合物のみを実質的に含む」とは、このリチウム含有遷移金属化合物以外の活物質が意図的に正極活物質層13に加えられていないことを意味する。言い換えると、正極活物質総量に占める、空間群Fd3−mに属し、リチウムと、遷移金属Mを含有し、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であるリチウム含有遷移金属化合物の質量の比率が0.98よりも大きいことを意味する。後者の場合においては、正極活物質総量に占める、空間群Fd3−mに属し、リチウムと、遷移金属Mを含有し、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であるリチウム含有遷移金属化合物の質量の比率が0.80よりも大きいことを意味する。   The positive electrode active material included in the positive electrode active material layer 13 belongs to the space group Fd3-m, contains lithium and a transition metal M, and has a molar ratio of lithium to the transition metal M of 2.7 to 3.3. It may contain substantially only a certain lithium-containing transition metal compound. The positive electrode active material layer 13 may contain at least one other positive electrode active material other than the lithium-containing transition metal compound as the positive electrode active material. In the former case, “only a lithium-containing transition metal compound belonging to space group Fd3-m, containing lithium and transition metal M, and having a molar ratio of lithium to transition metal M of 2.7 to 3.3” “Substantially includes” means that no active material other than the lithium-containing transition metal compound is intentionally added to the positive electrode active material layer 13. In other words, a lithium-containing transition that belongs to the space group Fd3-m, occupies the total amount of the positive electrode active material, contains lithium and the transition metal M, and has a molar ratio of lithium to the transition metal M of 2.7 to 3.3. It means that the mass ratio of the metal compound is larger than 0.98. In the latter case, it belongs to the space group Fd3-m occupying the total amount of the positive electrode active material, contains lithium and the transition metal M, and the molar ratio of lithium to the transition metal M is 2.7 to 3.3. It means that the mass ratio of the lithium-containing transition metal compound is larger than 0.80.

また、正極活物質は、実質的にLi6Mo27のみであってもよい。また、正極活物質層13は、正極活物質としてのLi6Mo27とLi6Mo27以外の少なくとも1種の他の正極活物質とを含んでいてもよい。前者の場合において、「正極に含まれた正極活物質が実質的にLi6Mo27のみである」とは、Li6Mo27以外の活物質が意図的に正極活物質層13に加えられていないことを意味する。言い換えると、正極21に不可避的に含まれた1又は複数の正極活物質とLi6Mo27との合計の質量に対するLi6Mo27の質量の比率が0.98よりも大きいことを意味する。後者の場合において、Li6Mo27が正極活物質の主成分である。正極活物質の副成分は特に限定されず、充放電反応に寄与する物質を副成分として使用できる。例えば、正極活物質層13に含まれた全ての正極活物質の合計の質量に対するLi6Mo27の質量の比率は0.8以上である。Li6Mo27の比率の上限は特に限定されない。前者の場合と後者の場合とを区別する観点から、Li6Mo27の比率の上限は、例えば0.98である。正極活物質層13におけるLi6Mo27の含有比率を上げることによって、電池10の容量を十分に確保することができる。 The positive electrode active material may be substantially only Li 6 Mo 2 O 7 . Moreover, the positive electrode active material layer 13 may include at least one other positive electrode active material other than Li 6 Mo 2 O 7 and Li 6 Mo 2 O 7 as the positive electrode active material. In the former case, “the positive electrode active material contained in the positive electrode is substantially only Li 6 Mo 2 O 7 ” means that the active material other than Li 6 Mo 2 O 7 is intentionally positive electrode active material layer 13. Means it has not been added. In other words, it the ratio of the mass of Li 6 Mo 2 O 7 to the total mass of the one or more positive electrode active material and Li 6 Mo 2 O 7 contained inevitably in the cathode 21 is greater than 0.98 Means. In the latter case, Li 6 Mo 2 O 7 is the main component of the positive electrode active material. The subcomponent of the positive electrode active material is not particularly limited, and a substance that contributes to the charge / discharge reaction can be used as the subcomponent. For example, the ratio of the mass of Li 6 Mo 2 O 7 to the total mass of all the positive electrode active materials included in the positive electrode active material layer 13 is 0.8 or more. The upper limit of the ratio of Li 6 Mo 2 O 7 is not particularly limited. From the viewpoint of distinguishing between the former case and the latter case, the upper limit of the ratio of Li 6 Mo 2 O 7 is, for example, 0.98. By increasing the content ratio of Li 6 Mo 2 O 7 in the positive electrode active material layer 13, the capacity of the battery 10 can be sufficiently secured.

なお、空間群Fd3−mに属し、リチウムと遷移金属Mを含有し、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であるリチウム含有遷移金属化合物以外、もしくはLi6Mo27以外の正極活物質の例として、リチウムを可逆的に挿入及び脱離することができるリチウム含有遷移金属化合物が挙げられる。リチウム含有遷移金属化合物として、Li2MeO3、LiMeO2、Li4MeO5、Li2MeO4及びLiMe24(Meは、Mo、Mn、Co、Ni、Fe、W、Cr及びVからなる群より選択される少なくとも1種)からなる群より選択される少なくとも1種を使用できる。Li6Mo27以外の正極活物質の例として、LiMoO2、Li2MoO3、Li4MoO5、Li2MnO3、LiMn24、Li(Ni,Co,Mn)O2、Li5FeO4、Li6MnO4、Li6CoO4、Li1.2(Mn,Co,Ni)O2、LiCrO2及びLiWO2が挙げられる。これらの物質は、電池10の正極活物質として好適に使用できる。 Other than lithium-containing transition metal compounds belonging to space group Fd3-m, containing lithium and transition metal M, and having a molar ratio of lithium to transition metal M of 2.7 to 3.3, or Li 6 Mo 2 Examples of positive electrode active materials other than O 7 include lithium-containing transition metal compounds capable of reversibly inserting and desorbing lithium. Li 2 MeO 3 , LiMeO 2 , Li 4 MeO 5 , Li 2 MeO 4 and LiMe 2 O 4 (Me is composed of Mo, Mn, Co, Ni, Fe, W, Cr and V as lithium-containing transition metal compounds) At least one selected from the group consisting of at least one selected from the group can be used. Examples of positive electrode active materials other than Li 6 Mo 2 O 7 include LiMoO 2 , Li 2 MoO 3 , Li 4 MoO 5 , Li 2 MnO 3 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni, Co, Mn) O 2 , Li 5 FeO 4 , Li 6 MnO 4 , Li 6 CoO 4 , Li 1.2 (Mn, Co, Ni) O 2 , LiCrO 2 and LiWO 2 may be mentioned. These materials can be suitably used as the positive electrode active material of the battery 10.

なお、Li5FeO4、Li6MnO4及びLi6CoO4に関して言えば、これらの初回充放電効率は低い(初回充電容量が初回放電容量よりも大きい)。そのため、Li5FeO4、Li6MnO4及びLi6CoO4からなる群より選択される少なくとも1種と、初回充電容量が初回放電容量よりも小さいLi6Mo27とを最適な比率で混合することによって、初回充放電効率を100%に近づけることが可能である。 In addition, as for Li 5 FeO 4 , Li 6 MnO 4 and Li 6 CoO 4 , their initial charge / discharge efficiency is low (the initial charge capacity is larger than the initial discharge capacity). Therefore, at least one selected from the group consisting of Li 5 FeO 4 , Li 6 MnO 4 and Li 6 CoO 4 and Li 6 Mo 2 O 7 whose initial charge capacity is smaller than the initial discharge capacity at an optimal ratio. By mixing, the initial charge / discharge efficiency can be close to 100%.

なお、空間群Fd3−mに属し、リチウムと遷移金属Mを含有し、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であるリチウム含有遷移金属化合物は、充放電を経た後も空間群Fd3−mを維持している。同様に、このリチウム含有遷移金属化合物の一種であるLi6Mo27は、充放電反応を経た後も空間群Fd3−mを維持している。詳細には、電池10を組み立てた後に実施される初回の充電工程において、Li6Mo27がLi2Mo27に変化する。また、初回の放電工程において、Li2Mo27がLi8Mo27に変化する。初回放電時には、16cサイト及び16dサイトに加え、8aサイトにリチウムが吸蔵される。つまり、3電子反応が起こる。この3電子反応に基づき、電池10は大きい容量を有する。 Note that the lithium-containing transition metal compound belonging to the space group Fd3-m, containing lithium and the transition metal M, and having a molar ratio of lithium to the transition metal M of 2.7 to 3.3 is charged and discharged. Maintains the space group Fd3-m. Similarly, Li 6 Mo 2 O 7 , which is a kind of this lithium-containing transition metal compound, maintains the space group Fd3-m even after undergoing a charge / discharge reaction. Specifically, Li 6 Mo 2 O 7 is changed to Li 2 Mo 2 O 7 in the first charging step performed after the battery 10 is assembled. In the first discharge step, Li 2 Mo 2 O 7 changes to Li 8 Mo 2 O 7 . In the first discharge, lithium is occluded in the 8a site in addition to the 16c site and the 16d site. That is, a three-electron reaction occurs. Based on this three-electron reaction, the battery 10 has a large capacity.

空間群Fd3−mに属し、リチウムと遷移金属Mを含有し、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であるリチウム含有遷移金属化合物、もしくは、Li6Mo27の1次粒子の平均粒径は、例えば、5μm未満である。言い換えれば、正極活物質の粒子の平均粒径が5μm未満である。正極活物質の粒子がこのような平均粒径を有していると、優れた特性(特に、充放電特性)を有する電池10を提供できる。 Lithium-containing transition metal compound belonging to space group Fd3-m, containing lithium and transition metal M, and having a molar ratio of lithium to transition metal M of 2.7 to 3.3, or Li 6 Mo 2 O 7 The average particle diameter of the primary particles is, for example, less than 5 μm. In other words, the average particle diameter of the positive electrode active material particles is less than 5 μm. When the particles of the positive electrode active material have such an average particle diameter, it is possible to provide the battery 10 having excellent characteristics (particularly charge / discharge characteristics).

正極活物質の粒子の大きさは、正極活物質に含まれたリチウム(リチウムイオン)の拡散性を左右する。具体的には、正極活物質の粒子が小さければ小さいほど、充放電時におけるリチウムの移動距離も小さい。言い換えれば、充放電時におけるリチウムの脱離反応及び挿入反応がスムーズに進行すると推測される。例えば、Li6Mo27のリチウムは、16cサイト及び16dサイトに吸蔵されている。16dサイトは、モリブデンとリチウムとによって半分ずつ占有されている。そのため、モリブデンがリチウムの移動を阻害する。粒子が大きい場合(≧5μm)、モリブデンによってリチウムの拡散が顕著に阻害される。その結果、優れた特性を持った電池が得られないと推測される。言い換えれば、分極抵抗の増加によって電池の容量が減少する。これに対し、正極活物質の粒子が微粒子化(<5μm)されていると、リチウムの拡散性が向上し、これに伴って電池の特性も向上する(容量が増加する)。 The size of the positive electrode active material particles affects the diffusibility of lithium (lithium ions) contained in the positive electrode active material. Specifically, the smaller the positive electrode active material particles are, the smaller the lithium travel distance during charging and discharging is. In other words, it is presumed that the lithium desorption reaction and insertion reaction proceed smoothly during charge and discharge. For example, lithium of Li 6 Mo 2 O 7 is occluded at the 16c site and the 16d site. Half of the 16d site is occupied by molybdenum and lithium. Therefore, molybdenum inhibits lithium migration. When the particles are large (≧ 5 μm), the diffusion of lithium is significantly inhibited by molybdenum. As a result, it is presumed that a battery having excellent characteristics cannot be obtained. In other words, the capacity of the battery is reduced by increasing the polarization resistance. On the other hand, when the positive electrode active material particles are made fine (<5 μm), the diffusibility of lithium is improved, and the characteristics of the battery are improved (capacity is increased).

正極活物質の粒子の平均粒径は、望ましくは、500nm以下である。正極活物質の粒子が500nm以下の平均粒径を有していると、リチウムの拡散性を十分に向上させることができる。なお、正極活物質の粒子の平均粒径の下限は、例えば、50nmである。平均粒径が50nm以上であれば、正極活物質の粒子の生産性が大幅に低下する可能性も低い。   The average particle diameter of the positive electrode active material particles is desirably 500 nm or less. When the positive electrode active material particles have an average particle size of 500 nm or less, the diffusibility of lithium can be sufficiently improved. In addition, the minimum of the average particle diameter of the particle | grains of a positive electrode active material is 50 nm, for example. If the average particle diameter is 50 nm or more, the possibility of significantly reducing the productivity of the positive electrode active material particles is low.

また、平均粒径が適切に調整されていると、正極活物質と電解質との副反応を抑制できる。さらに、良好なレート特性が発揮される。正極活物質の粒子の平均粒径は、以下の方法で算出されうる。まず、正極活物質の粒子を電子顕微鏡(SEM)で観察する。得られた像における正極活物質の粒子の面積Sの平方根を正極活物質の粒子の粒径aと定義する(a=S1/2)。50個の正極活物質の粒子の粒径aを算出する。算出された粒径aの平均値を正極活物質の1次粒子の平均粒径と定義する。なお、後述するように、今回Li6Mo27がほぼ単相で得られたため、算出された(平均)粒径はLi6Mo27の粒径であると類推される。また、Li6Mo27の製造工程において得られる最終生成物からLi6Mo27を単離することが困難である場合には、Li6Mo27と不可避的不純物とを含む粒子をLi6Mo27の粒子と見なすことができる。 Moreover, when the average particle diameter is appropriately adjusted, side reactions between the positive electrode active material and the electrolyte can be suppressed. Furthermore, good rate characteristics are exhibited. The average particle diameter of the positive electrode active material particles can be calculated by the following method. First, the particles of the positive electrode active material are observed with an electron microscope (SEM). The square root of the area S of the positive electrode active material particles in the obtained image is defined as the particle size a of the positive electrode active material particles (a = S 1/2 ). The particle diameter a of the 50 positive electrode active material particles is calculated. The average value of the calculated particle diameter a is defined as the average particle diameter of the primary particles of the positive electrode active material. As will be described later, since Li 6 Mo 2 O 7 was obtained almost in a single phase at this time, the calculated (average) particle size is presumed to be the particle size of Li 6 Mo 2 O 7 . Further, when the isolating Li 6 Mo 2 O 7 from the final product obtained in the production process of the Li 6 Mo 2 O 7 is difficult, and a inevitable impurities and Li 6 Mo 2 O 7 The particles can be considered as Li 6 Mo 2 O 7 particles.

正極活物質の粒子に良好な電子伝導性を付与するために、正極活物質(例えば、Li6Mo27)の粒子は、適切な導電剤(例えば、カーボン)と複合化されていてもよい。具体的には、Li6Mo27の粒子の表面の一部が導電剤で被覆されていてもよい。例えば、正極活物質の粒子とアセチレンブラックの粒子とを複合化させることができる。アセチレンブラックの粒子の平均粒径は数nm〜数十nm程度と小さい。そのため、正極活物質の粒子の表面にアセチレンブラック(カーボン)の粒子が被着していたとしても、アセチレンブラックの粒子は正極活物質の粒子の平均粒径に大きな変化を及ぼさない。つまり、カーボンと複合化された正極活物質の粒子の平均粒径は、カーボンと複合化されていない正極活物質の粒子の平均粒径に概ね等しい。 In order to impart good electron conductivity to the particles of the positive electrode active material, the particles of the positive electrode active material (for example, Li 6 Mo 2 O 7 ) may be combined with an appropriate conductive agent (for example, carbon). Good. Specifically, a part of the surface of Li 6 Mo 2 O 7 particles may be coated with a conductive agent. For example, positive electrode active material particles and acetylene black particles can be combined. The average particle diameter of the acetylene black particles is as small as several nanometers to several tens of nanometers. Therefore, even if acetylene black (carbon) particles are deposited on the surfaces of the positive electrode active material particles, the acetylene black particles do not significantly change the average particle size of the positive electrode active material particles. That is, the average particle diameter of the positive electrode active material particles combined with carbon is approximately equal to the average particle diameter of the positive electrode active material particles not combined with carbon.

空間群Fd3−mに属し、リチウムと遷移金属Mを含有し、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であるリチウム含有遷移金属化合物の一例であるLi6Mo27の粒子は、例えば、次の方法で作製されうる。まず、リチウム化合物の粒子とモリブデン化合物の粒子とを混合して原料混合物を得る。リチウム化合物の例として、水酸化リチウム、炭酸リチウム及び酸化リチウムが挙げられる。モリブデン化合物の例として、各種酸化モリブデン及びモリブデン酸アンモニウムが挙げられる。リチウム化合物の粒子とモリブデン化合物の粒子とを混合する工程は、乾式法で実施してもよいし、湿式法で実施してもよい。混合工程において、ボールミルなどの混合装置を使用することができる。得られた原料混合物を焼成することによって、Li6Mo27が得られる。焼成工程は、例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気などの不活性雰囲気で実施される。また、焼成工程は、例えば、500〜900℃の温度条件かつ12〜24時間の時間条件にて実施される。混合工程の条件、焼成工程の条件などを最適化すれば、実質的にLi6Mo27のみを含む活物質粒子を得ることができる。 Li 6 Mo 2 O which is an example of a lithium-containing transition metal compound belonging to the space group Fd3-m, containing lithium and a transition metal M, and having a molar ratio of lithium to the transition metal M of 2.7 to 3.3 The particles of 7 can be produced, for example, by the following method. First, lithium compound particles and molybdenum compound particles are mixed to obtain a raw material mixture. Examples of the lithium compound include lithium hydroxide, lithium carbonate, and lithium oxide. Examples of molybdenum compounds include various molybdenum oxides and ammonium molybdate. The step of mixing the lithium compound particles and the molybdenum compound particles may be performed by a dry method or a wet method. In the mixing step, a mixing device such as a ball mill can be used. Li 6 Mo 2 O 7 is obtained by firing the obtained raw material mixture. The firing step is performed, for example, in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. Moreover, a baking process is implemented on the temperature conditions of 500-900 degreeC, and the time conditions of 12 to 24 hours, for example. By optimizing the conditions of the mixing process, the conditions of the firing process, and the like, active material particles that substantially contain only Li 6 Mo 2 O 7 can be obtained.

なお、Li6Mo27に代えて、又はLi6Mo27とともに、Li6Mo27に含まれたMoの一部が他の金属元素で置き換えられた化合物を正極活物質として使用してもよい。そのような化合物は、Li6Mo2-xMex7で表される(0<x<2、又は0.1≦x≦1.5)。Meは、Mn、Co、Ni、W及びVからなる群より選択される少なくとも1種である。Li6Mo27に含まれたMoの一部を他の金属元素で置き換えることによって、サイクル特性などの諸特性を改善できる可能性がある。なお、Li6Mo27はLi6Mo2-xMex7(x=0)に相当する。すなわち、xは0以上であればよい。 Instead of the Li 6 Mo 2 O 7, or together with Li 6 Mo 2 O 7, a compound in which a part of Mo contained in the Li 6 Mo 2 O 7 is replaced by another metal element as the positive electrode active material May be used. Such a compound is represented by Li 6 Mo 2−x Me x O 7 (0 <x <2, or 0.1 ≦ x ≦ 1.5). Me is at least one selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, W and V. By replacing part of Mo contained in Li 6 Mo 2 O 7 with another metal element, various characteristics such as cycle characteristics may be improved. Li 6 Mo 2 O 7 corresponds to Li 6 Mo 2−x Me x O 7 (x = 0). That is, x may be 0 or more.

負極22は、負極集電体16と、負極集電体16の上に配置された負極活物質層17とを備えている。負極集電体16は、例えば、アルミニウム、ステンレス、アルミニウム合金などの金属材料で作られている。負極集電体16を省略し、封口板15を負極集電体として使用することも可能である。負極活物質層17は、負極活物質を含んでいる。負極活物質層17は、必要に応じて、導電剤、イオン伝導補助剤、結着剤などの添加剤を含んでいてもよい。   The negative electrode 22 includes a negative electrode current collector 16 and a negative electrode active material layer 17 disposed on the negative electrode current collector 16. The negative electrode current collector 16 is made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or aluminum alloy, for example. It is also possible to omit the negative electrode current collector 16 and use the sealing plate 15 as the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer 17 contains a negative electrode active material. The negative electrode active material layer 17 may contain additives such as a conductive agent, an ion conduction auxiliary agent, and a binder as necessary.

負極活物質として、金属材料、炭素材料、酸化物、窒化物、錫化合物、珪素化合物などを使用できる。金属材料は、単体の金属であってもよいし、合金であってもよい。金属材料の例として、リチウム金属及びリチウム合金が挙げられる。炭素材料の例として、天然黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、人造黒鉛及び非晶質炭素が挙げられる。容量密度の観点から、珪素(Si)、錫(Sn)、珪素化合物又は錫化合物を好適に使用できる。珪素化合物及び錫化合物は、それぞれ、合金又は固溶体であってもよい。珪素化合物の例として、SiOx(0.05<x<1.95)が挙げられる。また、SiOxの一部の珪素を他の元素で置換することによって得られた化合物(合金又は固溶体)も使用できる。他の元素は、ホウ素、マグネシウム、ニッケル、チタン、モリブデン、コバルト、カルシウム、クロム、銅、鉄、マンガン、ニオブ、タンタル、バナジウム、タングステン、亜鉛、炭素、窒素及び錫からなる群より選択される少なくとも1種である。錫化合物の例として、Ni2Sn4、Mg2Sn、SnOx(0<x<2)、SnO2及びSnSiO3が挙げられる。これらから選択される1種の錫化合物を単独で使用してもよいし、これらから選択される2種以上の錫化合物の組み合わせを使用してもよい。 As the negative electrode active material, a metal material, a carbon material, an oxide, a nitride, a tin compound, a silicon compound, or the like can be used. The metal material may be a single metal or an alloy. Examples of the metal material include lithium metal and lithium alloy. Examples of the carbon material include natural graphite, coke, graphitized carbon, carbon fiber, spherical carbon, artificial graphite, and amorphous carbon. From the viewpoint of capacity density, silicon (Si), tin (Sn), a silicon compound, or a tin compound can be preferably used. Each of the silicon compound and the tin compound may be an alloy or a solid solution. Examples of the silicon compound include SiO x (0.05 <x <1.95). A compound (alloy or solid solution) obtained by substituting a part of silicon in SiO x with another element can also be used. The other element is at least selected from the group consisting of boron, magnesium, nickel, titanium, molybdenum, cobalt, calcium, chromium, copper, iron, manganese, niobium, tantalum, vanadium, tungsten, zinc, carbon, nitrogen and tin. One type. Examples of tin compounds include Ni 2 Sn 4 , Mg 2 Sn, SnO x (0 <x <2), SnO 2 and SnSiO 3 . One kind of tin compound selected from these may be used alone, or a combination of two or more kinds of tin compounds selected from these may be used.

負極活物質の形状は特に限定されず、粒子状、繊維状などの公知の形状を有する負極活物質を使用できる。   The shape of the negative electrode active material is not particularly limited, and a negative electrode active material having a known shape such as a particle shape or a fiber shape can be used.

なお、リチウムを含まない材料を負極活物質として使用する場合には、負極22の不可逆容量を超える量のリチウムが負極22(負極活物質層17)に予め補填されていることが望ましい。つまり、電池10を製造するとき、負極22として、充放電反応に関与するリチウムを予め有している負極を準備することが推奨される。電池10を組み立てた後に実施される初回の充電工程において、Li6Mo27がLi2Mo27に変化する。また、初回の放電工程において、Li2Mo27がLi8Mo27に変化する。初回放電時には、16cサイト及び16dサイトに加え、8aサイトにリチウムが吸蔵される。このような反応を起こさせるために、充放電反応に関与するリチウムを予め有している負極22を準備する。これにより、大きい容量を有する電池10を提供できる。 In addition, when using the material which does not contain lithium as a negative electrode active material, it is desirable that the amount of lithium exceeding the irreversible capacity of the negative electrode 22 is filled in the negative electrode 22 (negative electrode active material layer 17) beforehand. That is, when manufacturing the battery 10, it is recommended to prepare a negative electrode 22 having in advance lithium involved in the charge / discharge reaction as the negative electrode 22. In the first charging step performed after the battery 10 is assembled, Li 6 Mo 2 O 7 changes to Li 2 Mo 2 O 7 . In the first discharge step, Li 2 Mo 2 O 7 changes to Li 8 Mo 2 O 7 . In the first discharge, lithium is occluded in the 8a site in addition to the 16c site and the 16d site. In order to cause such a reaction, a negative electrode 22 having lithium that is involved in the charge / discharge reaction in advance is prepared. Thereby, the battery 10 having a large capacity can be provided.

リチウムを負極活物質層17に補填する(吸蔵させる)ための方法は特に限定されない。具体的には、(a)真空蒸着法などの気相法によってリチウムを負極活物質層17に堆積させる方法、(b)リチウム金属箔と負極活物質層17とを接触させて両者を加熱する方法がある。いずれの方法においても、熱によってリチウムを負極活物質層17に拡散させることができる。また、リチウムを電気化学的に負極活物質層17に吸蔵させる方法もある。具体的には、リチウムを有さない負極22及びリチウム金属箔(正極)を用いて電池を組み立て、負極22にリチウムが吸蔵されるようにその電池を充電する。   The method for filling (occluding) lithium in the negative electrode active material layer 17 is not particularly limited. Specifically, (a) a method of depositing lithium on the negative electrode active material layer 17 by a vapor phase method such as a vacuum evaporation method, and (b) a lithium metal foil and the negative electrode active material layer 17 are brought into contact with each other and both are heated. There is a way. In any method, lithium can be diffused into the negative electrode active material layer 17 by heat. There is also a method of electrochemically occluding lithium in the negative electrode active material layer 17. Specifically, a battery is assembled using a negative electrode 22 that does not have lithium and a lithium metal foil (positive electrode), and the battery is charged so that lithium is occluded in the negative electrode 22.

正極21及び負極22の結着剤として、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースなどを使用できる。また、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸及びヘキサジエンからなる群より選択される2種以上の材料の共重合体を結着剤として使用してもよい。さらに、上述の材料から選択される2種以上の材料の混合物を結着剤として使用してもよい。   As a binder for the positive electrode 21 and the negative electrode 22, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, aramid resin, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyacrylic acid methyl ester, polyacrylic Acid ethyl ester, polyacrylic acid hexyl ester, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid methyl ester, polymethacrylic acid ethyl ester, polymethacrylic acid hexyl ester, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyether, polyethersulfone, hexafluoropolypropylene Styrene butadiene rubber, carboxymethyl cellulose and the like can be used. Further, selected from the group consisting of tetrafluoroethylene, hexafluoroethylene, hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, vinylidene fluoride, chlorotrifluoroethylene, ethylene, propylene, pentafluoropropylene, fluoromethyl vinyl ether, acrylic acid and hexadiene. A copolymer of two or more materials may be used as a binder. Furthermore, you may use the mixture of 2 or more types of materials selected from the above-mentioned material as a binder.

正極21及び負極22の導電剤として、グラファイト、カーボンブラック、導電性繊維、フッ化黒鉛、金属粉末、導電性ウィスカー、導電性金属酸化物、有機導電性材料などを使用できる。グラファイトの例として、天然黒鉛及び人造黒鉛が挙げられる。カーボンブラックの例として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック及びサーマルブラックが挙げられる。金属粉末の例として、アルミニウム粉末が挙げられる。導電性ウィスカーの例として、酸化亜鉛ウィスカー及びチタン酸カリウムウィスカーが挙げられる。導電性金属酸化物の例として、酸化チタンが挙げられる。有機導電性材料の例として、フェニレン誘導体が挙げられる。   As the conductive agent for the positive electrode 21 and the negative electrode 22, graphite, carbon black, conductive fiber, graphite fluoride, metal powder, conductive whisker, conductive metal oxide, organic conductive material, or the like can be used. Examples of graphite include natural graphite and artificial graphite. Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black (registered trademark), channel black, furnace black, lamp black and thermal black. An example of the metal powder is aluminum powder. Examples of conductive whiskers include zinc oxide whiskers and potassium titanate whiskers. An example of the conductive metal oxide is titanium oxide. Examples of the organic conductive material include phenylene derivatives.

セパレータ14として、大きいイオン透過度及び十分な機械的強度を有する材料を使用できる。そのような材料の例として、微多孔性薄膜、織布及び不織布が挙げられる。具体的に、セパレータ14は、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンで作られていることが望ましい。ポリオレフィンで作られたセパレータ14は、優れた耐久性を有するだけでなく、過度に加熱されたときにシャットダウン機能を発揮できる。セパレータ14の厚さは、例えば、10〜300μm(又は10〜40μm)の範囲にある。セパレータ14は、1種の材料で構成された単層膜であってもよいし、2種以上の材料で構成された複合膜(又は多層膜)であってもよい。セパレータ14の空孔率は、例えば、30〜70%(又は35〜60%)の範囲にある。「空孔率」とは、セパレータ14の全体の体積に占める空孔の体積の割合を意味し、例えば、水銀圧入法によって測定される。   As the separator 14, a material having a large ion permeability and a sufficient mechanical strength can be used. Examples of such materials include microporous thin films, woven fabrics and non-woven fabrics. Specifically, the separator 14 is preferably made of a polyolefin such as polypropylene or polyethylene. The separator 14 made of polyolefin not only has excellent durability, but can also exhibit a shutdown function when heated excessively. The thickness of the separator 14 is in the range of 10 to 300 μm (or 10 to 40 μm), for example. The separator 14 may be a single layer film composed of one kind of material or a composite film (or multilayer film) composed of two or more kinds of materials. The porosity of the separator 14 is, for example, in the range of 30 to 70% (or 35 to 60%). “Porosity” means the ratio of the volume of the pores to the total volume of the separator 14 and is measured, for example, by a mercury intrusion method.

非水電解液は、非水溶媒と、非水溶媒に溶けたリチウム塩とを含む。非水溶媒として、環状炭酸エステル溶媒、鎖状炭酸エステル溶媒、環状エーテル溶媒、鎖状エーテル溶媒、環状エステル溶媒、鎖状エステル溶媒、フッ素溶媒などを使用できる。環状炭酸エステル溶媒の例として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートが挙げられる。鎖状炭酸エステル溶媒の例として、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジエチルカーボネートが挙げられる。環状エーテル溶媒の例として、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン及び1,3−ジオキソランが挙げられる。鎖状エーテル溶媒として、1,2−ジメトキシエタン及び1,2−ジエトキシエタンが挙げられる。環状エステル溶媒の例として、γ−ブチロラクトンが挙げられる。鎖状エステル溶媒の例として、酢酸メチルが挙げられる。フッ素溶媒の例として、フルオロエチレンカーボネート、フルオロプロピオン酸メチル、フルオロベンゼン、フルオロエチルメチルカーボネート及びフルオロジメチレンカーボネートが挙げられる。これらから選択される1種の非水溶媒を単独で使用してよいし、これらから選択される2種以上の非水溶媒の組み合わせを使用してもよい。   The nonaqueous electrolytic solution includes a nonaqueous solvent and a lithium salt dissolved in the nonaqueous solvent. As the non-aqueous solvent, a cyclic carbonate solvent, a chain carbonate solvent, a cyclic ether solvent, a chain ether solvent, a cyclic ester solvent, a chain ester solvent, a fluorine solvent, and the like can be used. Examples of the cyclic carbonate solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate. Examples of the chain carbonate solvent include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate. Examples of cyclic ether solvents include tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and 1,3-dioxolane. Examples of the chain ether solvent include 1,2-dimethoxyethane and 1,2-diethoxyethane. An example of a cyclic ester solvent is γ-butyrolactone. An example of a chain ester solvent is methyl acetate. Examples of the fluorine solvent include fluoroethylene carbonate, methyl fluoropropionate, fluorobenzene, fluoroethyl methyl carbonate, and fluorodimethylene carbonate. One nonaqueous solvent selected from these may be used alone, or a combination of two or more nonaqueous solvents selected from these may be used.

非水電解液電解質には、フルオロエチレンカーボネート、フルオロプロピオン酸メチル、フルオロベンゼン、フルオロエチルメチルカーボネート及びフルオロジメチレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも1種のフッ素溶媒が含まれていることが望ましい。これらのフッ素溶媒が非水電解液に含まれていると、非水電解液の耐酸化性が向上する。その結果、高い電圧で電池10を充電する場合にも、電池10を安定して動作させることが可能となる。   It is desirable that the non-aqueous electrolyte electrolyte contains at least one fluorine solvent selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate, methyl fluoropropionate, fluorobenzene, fluoroethyl methyl carbonate, and fluorodimethylene carbonate. . When these fluorine solvents are contained in the nonaqueous electrolytic solution, the oxidation resistance of the nonaqueous electrolytic solution is improved. As a result, even when the battery 10 is charged with a high voltage, the battery 10 can be stably operated.

リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiSO3CF3、LiN(SO2CF32、LiN(SO2252、LiN(SO2CF3)(SO249)、LiC(SO2CF33などを使用できる。これらから選択される1種のリチウム塩を単独で使用してもよいし、これらから選択される2種以上のリチウム塩の混合物を使用してもよい。リチウム塩の濃度は、例えば、0.5〜2mol/リットルの範囲にある。 The lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6, LiSO 3 CF 3, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) ( SO 2 C 4 F 9 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 or the like can be used. One lithium salt selected from these may be used alone, or a mixture of two or more lithium salts selected from these may be used. The concentration of the lithium salt is, for example, in the range of 0.5 to 2 mol / liter.

本開示はコイン型のリチウムイオン二次電池に限定されない。円筒型、角型、シート型、ボタン型、扁平型、積層型などの種々の形状を有するリチウムイオン二次電池に本開示が適用されうる。   The present disclosure is not limited to a coin-type lithium ion secondary battery. The present disclosure can be applied to lithium ion secondary batteries having various shapes such as a cylindrical type, a square type, a sheet type, a button type, a flat type, and a laminated type.

(実施例1)
酸化リチウムの粒子(高純度化学社製、Li2O、純度99.9%)と酸化モリブデンの粒子(高純度化学社製、MoO2、純度99.9%)とをボールミルによって湿式粉砕及び混合し、粉末状の原料混合物を得た。得られた原料混合物をアルゴン気流中、800℃で焼成することによって活物質粒子を得た。得られた活物質粒子の粉末X線回折測定を実施した。結果を図2に示す。図2のX線回折図は、Li6Mo27がほぼ単相で得られていることを示している。各ピークがブロードであることから、結晶性が低いことを理解できる。X線回折のデータをリートベルト法で解析することによって、活物質粒子の組成を調べた。活物質粒子は、Li6Mo27、Li2MoO3及びLi4MoO5を含んでいた。活物質粒子の質量に対するLi6Mo27の質量の比率は0.95であった。活物質粒子の質量に対するLi2MoO3の質量の比率は0.03であった。活物質粒子の質量に対するLi4MoO5の質量の比率は0.02であった。活物質粒子とカーボン(アセチレンブラック)とをボールミルによって乾式混合し、活物質粒子の微粒子化を行うとともに、活物質粒子とカーボンとの複合化を行った。カーボンと複合化された活物質粒子の平均粒径(平均1次粒径)は、約200nmであった。なお、LiとMoのモル比(Li/Mo)は、2.7以上3.3以下の範囲でばらつきが見られた。ただし、これらの活物質粒子はいずれも空間群Fd3−mに帰属しており、かつ後述する電池の初回放電容量も、Li/Mo=3の場合と同等であった。
Example 1
Lithium oxide particles (high purity chemical, Li 2 O, purity 99.9%) and molybdenum oxide particles (high purity chemical, MoO 2 , purity 99.9%) are wet-ground and mixed by a ball mill. As a result, a powdery raw material mixture was obtained. The obtained raw material mixture was fired at 800 ° C. in an argon stream to obtain active material particles. The obtained active material particles were subjected to powder X-ray diffraction measurement. The results are shown in FIG. The X-ray diffraction diagram of FIG. 2 shows that Li 6 Mo 2 O 7 is obtained almost in a single phase. Since each peak is broad, it can be understood that the crystallinity is low. The composition of the active material particles was examined by analyzing the X-ray diffraction data by the Rietveld method. The active material particles contained Li 6 Mo 2 O 7 , Li 2 MoO 3 and Li 4 MoO 5 . The ratio of the mass of Li 6 Mo 2 O 7 to the mass of the active material particles was 0.95. The ratio of the mass of Li 2 MoO 3 to the mass of the active material particles was 0.03. The ratio of the mass of Li 4 MoO 5 to the mass of the active material particles was 0.02. The active material particles and carbon (acetylene black) were dry-mixed by a ball mill to make the active material particles fine, and the active material particles and carbon were combined. The average particle size (average primary particle size) of the active material particles combined with carbon was about 200 nm. The molar ratio of Li to Mo (Li / Mo) was found to vary within a range of 2.7 to 3.3. However, all of these active material particles belonged to the space group Fd3-m, and the initial discharge capacity of the battery described later was equivalent to the case of Li / Mo = 3.

また、化学式がLiαβγ場合に、βは1.8≦β≦2.2程度のばらつきが見られる。同じく、酸素量のモル比については、±0.6程度のばらつきが観測される。酸素欠損及び酸素過剰状態が存在することが理由であると考えられるが、酸素のモル比率が変動した場合であっても、活物質粒子は、空間群Fd3−mに帰属しており、また、Li6Mo27と同等の初回放電容量が得られた。このことから、活物質は、Liαβγ(2.7β≦α≦3.3β、1.8≦β≦2.2、6.4≦γ≦7.6)であると考えられる。 In addition, when the chemical formula is Li α M β O γ , β has a variation of about 1.8 ≦ β ≦ 2.2. Similarly, a variation of about ± 0.6 is observed for the molar ratio of the oxygen amount. It is thought that the reason is that oxygen deficiency and oxygen excess exist, but even when the molar ratio of oxygen fluctuates, the active material particles belong to the space group Fd3-m, An initial discharge capacity equivalent to Li 6 Mo 2 O 7 was obtained. From this, the active material is considered to be Li α M β O γ (2.7β ≦ α ≦ 3.3β, 1.8 ≦ β ≦ 2.2, 6.4 ≦ γ ≦ 7.6). .

次に、70質量部の活物質粒子と、20質量部の導電剤と、10質量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF)と、適量の2−メチルピロリドン(NMP)とを混合することによって、正極合剤スラリーを得た。20μmの厚さのアルミニウム箔で形成された正極集電体の片面に正極合剤スラリーを塗布した。正極合剤スラリーを乾燥及び圧延することによって、正極活物質層を備えた厚さ60μmの正極板を得た。得られた正極板を直径12.5mmの円形状に打ち抜くことによって正極を得た。   Next, by mixing 70 parts by mass of active material particles, 20 parts by mass of a conductive agent, 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF), and an appropriate amount of 2-methylpyrrolidone (NMP), a positive electrode composite was obtained. An agent slurry was obtained. A positive electrode mixture slurry was applied to one side of a positive electrode current collector formed of an aluminum foil having a thickness of 20 μm. The positive electrode mixture slurry was dried and rolled to obtain a positive electrode plate having a thickness of 60 μm provided with a positive electrode active material layer. The obtained positive electrode plate was punched into a circular shape having a diameter of 12.5 mm to obtain a positive electrode.

厚さ300μmのリチウム金属箔を直径が14.0mmの円形状に打ち抜くことによって、負極を得た。   A negative electrode was obtained by punching a 300 μm-thick lithium metal foil into a circular shape having a diameter of 14.0 mm.

フルオロエチレンカーボネート(FEC)、エチレンカーボネート(EC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)を1:1:6の体積比で混合して非水溶媒を得た。この非水溶媒にLiPF6を1.0mol/リットルの濃度で溶解させることによって非水電解液を得た。 Fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 1: 6 to obtain a nonaqueous solvent. LiPF 6 was dissolved in this non-aqueous solvent at a concentration of 1.0 mol / liter to obtain a non-aqueous electrolyte.

セパレータ(セルガード社製、品番2320、厚さ25μm)に非水電解液を染み込ませ、露点が−50℃に管理されたドライボックスの中でCR2032規格のコイン型の電池を作製した。セルガード(登録商標)2320は、ポリプロピレン層、ポリエチレン層及びポリプロピレン層で形成された3層セパレータである。   A separator (Cerguard Co., product number 2320, thickness 25 μm) was impregnated with a non-aqueous electrolyte, and a CR2032 standard coin-type battery was produced in a dry box whose dew point was controlled at −50 ° C. Celguard (registered trademark) 2320 is a three-layer separator formed of a polypropylene layer, a polyethylene layer, and a polypropylene layer.

(実施例2)
酸化リチウムの粒子(高純度化学社製、Li2O、純度99.9%)と酸化モリブデンの粒子(高純度化学社製、MoO2、純度99.9%)と酸化タングステンの粒子(高純度化学社製、WO3、純度99.9%)とをボールミルによって湿式粉砕及び混合し、粉末状の原料混合物を得た。得られた原料混合物をアルゴン気流中、800℃で焼成することによって活物質粒子を得た。得られた活物質粒子の粉末X線回折測定を実施した。結果を図3に示す。図3のX線回折図は、Li6Mo1.50.57がほぼ単相で得られていることを示している。各ピークがブロードであることから、結晶性が低いことを理解できる。X線回折のデータをリートベルト法で解析することによって、活物質粒子の組成を調べた。活物質粒子は、Li6Mo1.50.57、Li2MoO3及びLi5MoO4を含んでいた。活物質粒子の質量に対するLi6Mo1.50.57の質量の比率は0.95であった。活物質粒子の質量に対するLi2MoO3の質量の比率は0.03であった。活物質粒子の質量に対するLi5MoO4の質量の比率は0.02であった。活物質粒子とカーボン(アセチレンブラック)とをボールミルによって乾式混合し、活物質粒子の微粒子化を行うとともに、活物質粒子とカーボンとの複合化を行った。カーボンと複合化された活物質粒子の平均粒径(平均1次粒径)は、約200nmであった。この活物質粒子を用い、実施例1と同じ方法でコイン型の電池を作製した。
(Example 2)
Lithium oxide particles (high purity chemical, Li 2 O, purity 99.9%) and molybdenum oxide particles (high purity chemical, MoO 2 , purity 99.9%) and tungsten oxide particles (high purity) Chemical Co., Ltd., WO 3 , purity 99.9%) was wet pulverized and mixed with a ball mill to obtain a powdery raw material mixture. The obtained raw material mixture was fired at 800 ° C. in an argon stream to obtain active material particles. The obtained active material particles were subjected to powder X-ray diffraction measurement. The results are shown in FIG. The X-ray diffraction diagram of FIG. 3 shows that Li 6 Mo 1.5 W 0.5 O 7 is obtained almost in a single phase. Since each peak is broad, it can be understood that the crystallinity is low. The composition of the active material particles was examined by analyzing the X-ray diffraction data by the Rietveld method. The active material particles contained Li 6 Mo 1.5 W 0.5 O 7 , Li 2 MoO 3 and Li 5 MoO 4 . The ratio of the mass of Li 6 Mo 1.5 W 0.5 O 7 to the mass of the active material particles was 0.95. The ratio of the mass of Li 2 MoO 3 to the mass of the active material particles was 0.03. The ratio of the mass of Li 5 MoO 4 to the mass of the active material particles was 0.02. The active material particles and carbon (acetylene black) were dry-mixed by a ball mill to make the active material particles fine, and the active material particles and carbon were combined. The average particle size (average primary particle size) of the active material particles combined with carbon was about 200 nm. Using these active material particles, a coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1.

(実施例3)
酸化リチウムの粒子(高純度化学社製、Li2O、純度99.9%)と酸化モリブデンの粒子(高純度化学社製、MoO2、純度99.9%)と、マンガン源としてMnMoO4の焼結体をボールミルによって湿式粉砕及び混合し、粉末状の原料混合物を得た。得られた原料混合物を窒素気流中、800℃で焼成することによって活物質粒子を得た。
(Example 3)
Particles of lithium oxide (High Purity Chemical Co., Li 2 O, purity 99.9%), molybdenum oxide particles (High Purity Chemical Co., MoO 2 , purity 99.9%), and manganese source MnMoO 4 The sintered body was wet pulverized and mixed by a ball mill to obtain a powdery raw material mixture. The obtained raw material mixture was fired at 800 ° C. in a nitrogen stream to obtain active material particles.

なお、MnMoO4の焼結体はMnO(高純度化学社製、MnO、純度99.9%)とMoO3(高純度化学社製、MoO3、純度99.9%)をボールミルで粉砕・混合後、450℃、大気雰囲気中で焼成することにより得たものである。 The sintered body of MnMoO 4 is pulverized and mixed with MnO (manufactured by Koyo Chemical Co., Ltd., MnO, purity 99.9%) and MoO 3 (manufactured by Koyo Chemical Co., Ltd., MoO 3 , purity 99.9%) with a ball mill. Thereafter, it was obtained by baking at 450 ° C. in an air atmosphere.

上述のように作製した活物質粒子のICP組成分析を行った結果、Li/(Mn+Mo)比が3であった。   As a result of ICP composition analysis of the active material particles produced as described above, the Li / (Mn + Mo) ratio was 3.

また、得られた活物質粒子の粉末X線回折測定を実施し図6に示す。その結果、実施例1で得られた活物質粒子の場合と比較して、図6に示すようにX線回折図のピークがシフトしたことより、Li6MoMnO7がほぼ単相で得られていることが理解できる。 Further, powder X-ray diffraction measurement of the obtained active material particles was performed and shown in FIG. As a result, compared to the case of the active material particles obtained in Example 1, the peak of the X-ray diffraction pattern was shifted as shown in FIG. 6, and thus Li 6 MoMnO 7 was obtained in a substantially single phase. I can understand that.

また、X線回折のデータをリートベルト法で解析することによって、活物質粒子の組成を調べた。活物質粒子は、Li2MeO3やLiMeO2、Li4MoO5を含んでいた。 Further, the composition of the active material particles was examined by analyzing the X-ray diffraction data by the Rietveld method. The active material particles contained Li 2 MeO 3 , LiMeO 2 , and Li 4 MoO 5 .

上記の活物質粒子とカーボン(アセチレンブラック)とをボールミルによって乾式混合し、活物質粒子の微粒子化を行うとともに、活物質粒子とカーボンとの複合化を行った。カーボンと複合化された活物質粒子の平均粒径(平均1次粒径)は、約200nmであった。本実施例ではこの活物質粒子を用い、実施例1と同じ方法でコイン型の電池を作製した。   The above active material particles and carbon (acetylene black) were dry-mixed by a ball mill to make the active material particles fine and to make the active material particles and carbon composite. The average particle size (average primary particle size) of the active material particles combined with carbon was about 200 nm. In this example, the active material particles were used to produce a coin-type battery by the same method as in Example 1.

(比較例1)
公知の方法により、水酸化リチウムの粒子とニッケル・コバルト・アルミニウム複合水酸化物の粒子とを合成し、これらをボールミルによって混合し、粉末状の原料混合物を得た。得られた原料混合物を大気雰囲気中、800℃で焼成することによって、リチウムニッケル複合酸化物の粒子を得た。リチウムニッケル複合酸化物の粒子の平均2次粒径は10μm(1次粒径は約200nm)であった。リチウムニッケル複合酸化物の粒子を用い、実施例1と同じ方法でコイン型の電池を作製した。なお、リチウムニッケル複合酸化物の粒子とカーボンとの複合化は行わなかった。
(Comparative Example 1)
Lithium hydroxide particles and nickel / cobalt / aluminum composite hydroxide particles were synthesized by a known method and mixed by a ball mill to obtain a powdery raw material mixture. The obtained raw material mixture was fired at 800 ° C. in an air atmosphere to obtain lithium nickel composite oxide particles. The average secondary particle size of the lithium nickel composite oxide particles was 10 μm (the primary particle size was about 200 nm). A coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1 using lithium nickel composite oxide particles. Note that the composite of lithium nickel composite oxide particles and carbon was not performed.

(比較例2)
活物質粒子の微粒子化を行わなかったこと、及び、活物質粒子とカーボンとの複合化を行わなかったことを除き、実施例1と同じ方法で活物質粒子を得た。この活物質粒子の平均粒径(平均1次粒径)は5μmであった。得られた活物質粒子を用い、実施例1と同じ方法でコイン型の電池を作製した。
(Comparative Example 2)
Active material particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the active material particles were not atomized and the active material particles and carbon were not combined. The average particle size (average primary particle size) of the active material particles was 5 μm. Using the obtained active material particles, a coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1.

(電池の評価)
図4はLi6Mo27の初回放電曲線、図5はLi6Mo1.50.57の初回放電曲線、図7はLi6MoMnO7の初回放電曲線を示す。
(Battery evaluation)
4 shows the initial discharge curve of Li 6 Mo 2 O 7 , FIG. 5 shows the initial discharge curve of Li 6 Mo 1.5 W 0.5 O 7 , and FIG. 7 shows the initial discharge curve of Li 6 MoMnO 7 .

評価は以下のように行った。正極に対する電流密度を0.005mA/cm2に設定し、4.8Vの電圧に達するまで実施例1の電池を充電した。その後、放電終止電圧を1.0Vに設定し、0.005mA/cm2の電流密度で実施例1の電池を放電させた。実施例1の電池の初回放電容量は図4に示すように450mAh/gであった。同じ方法で実施例2の電池の初回放電容量を測定した。実施例2の電池の初回放電容量は図5に示すように450mAh/gであった。 Evaluation was performed as follows. The current density for the positive electrode was set to 0.005 mA / cm 2 and the battery of Example 1 was charged until a voltage of 4.8 V was reached. Thereafter, the discharge end voltage was set to 1.0 V, and the battery of Example 1 was discharged at a current density of 0.005 mA / cm 2 . The initial discharge capacity of the battery of Example 1 was 450 mAh / g as shown in FIG. The initial discharge capacity of the battery of Example 2 was measured by the same method. The initial discharge capacity of the battery of Example 2 was 450 mAh / g as shown in FIG.

また、実施例1、2と同じ方法で実施例3の電池の初回放電容量を測定した。その結果、図7に示すように実施例3の電池の初回放電容量は450mAh/gであった。   Further, the initial discharge capacity of the battery of Example 3 was measured by the same method as in Examples 1 and 2. As a result, as shown in FIG. 7, the initial discharge capacity of the battery of Example 3 was 450 mAh / g.

比較例1においては、正極に対する電流密度を0.005mA/cm2に設定し、4.5Vの電圧に達するまで比較例1の電池を充電した。その後、放電終止電圧を2.5Vに設定し、0.005mA/cm2の電流密度で比較例1の電池を放電させた。比較例1の電池の初回放電容量は210mAh/gであった。 In Comparative Example 1, the current density for the positive electrode was set to 0.005 mA / cm 2, and the battery of Comparative Example 1 was charged until a voltage of 4.5 V was reached. Thereafter, the discharge end voltage was set to 2.5 V, and the battery of Comparative Example 1 was discharged at a current density of 0.005 mA / cm 2 . The initial discharge capacity of the battery of Comparative Example 1 was 210 mAh / g.

比較例2においては、正極に対する電流密度を0.005mA/cm2に設定し、4.8Vの電圧に達するまで比較例2の電池を充電した。その後、放電終止電圧を1.0Vに設定し、0.005mA/cm2の電流密度で比較例2の電池を放電させた。比較例2の電池の初回放電容量は図8に示すように100mAh/gであった。 In Comparative Example 2, the current density for the positive electrode was set to 0.005 mA / cm 2 and the battery of Comparative Example 2 was charged until a voltage of 4.8 V was reached. Thereafter, the discharge end voltage was set to 1.0 V, and the battery of Comparative Example 2 was discharged at a current density of 0.005 mA / cm 2 . The initial discharge capacity of the battery of Comparative Example 2 was 100 mAh / g as shown in FIG.

上記のように、実施例1、実施例2及び実施例3の電池は、大きい初回放電容量を有していた。これは、複数の電子が充放電に関与することによって得られた効果であると推測される。実施例1、実施例2及び実施例3の電池の初回放電容量(450mAh/g)は、3電子反応に相当する。このことから、初回充電時において、充電前には空孔であった8aサイトにリチウムが吸蔵されたものと推測される。   As described above, the batteries of Example 1, Example 2, and Example 3 had a large initial discharge capacity. This is presumed to be an effect obtained by a plurality of electrons participating in charging / discharging. The initial discharge capacities (450 mAh / g) of the batteries of Example 1, Example 2, and Example 3 correspond to a three-electron reaction. From this, at the time of the first charge, it is presumed that lithium was occluded in the 8a site that was a vacancy before the charge.

また、実施例1、実施例2及び実施例3の電池が大きい初回放電容量を有していた他の理由は、これらの実施例に使用された活物質粒子の平均粒径が小さかったことにあると推測される。事実、比較例2の正極活物質の粒子の組成は、実施例1の正極活物質の粒子の組成と同じであったにもかかわらず、比較例2の電池の初回放電容量は、実施例1の電池の初回放電容量よりも遥かに小さかった。比較例2では、活物質粒子とカーボンとの複合化を行わなかった。しかし、比較例2の電池を作製するときにも、十分な量の導電剤(カーボン)を正極に加えた。そのため、比較例2の電池の正極の導電性が実施例1の電池の正極の導電性に比べて大きく劣るわけではない。したがって、初回放電容量の違いを生じさせた主な要因は、活物質粒子の平均粒径の違い、言い換えれば、リチウムの拡散性の差にあると考えられる。   Another reason why the batteries of Example 1, Example 2 and Example 3 had a large initial discharge capacity was that the average particle size of the active material particles used in these Examples was small. Presumed to be. In fact, even though the composition of the positive electrode active material particles of Comparative Example 2 was the same as the composition of the positive electrode active material particles of Example 1, the initial discharge capacity of the battery of Comparative Example 2 was It was much smaller than the initial discharge capacity of the battery. In Comparative Example 2, the active material particles and carbon were not combined. However, when producing the battery of Comparative Example 2, a sufficient amount of conductive agent (carbon) was added to the positive electrode. Therefore, the conductivity of the positive electrode of the battery of Comparative Example 2 is not significantly inferior to the conductivity of the positive electrode of the battery of Example 1. Therefore, it is considered that the main factor causing the difference in the initial discharge capacity is the difference in the average particle diameter of the active material particles, in other words, the difference in the diffusibility of lithium.

なお、実施例2、実施例3共に複数サンプルを準備した結果、LiとMのモル比(Li/M)は、実施例1と同等の範囲でばらつきが見られた。これらの活物質粒子はいずれも空間群Fd3−mに帰属していた。また、β、γについて実施例1と同様にばらつきが生じた場合も、活物質粒子は、空間群Fd3−mに帰属していた。すなわち、本実施の形態の正極活物質は、Liαβγ(2.7≦α/β≦3.3β、1.8≦β≦2.2、6.4≦γ≦7.6)を含むと考えられる。 As a result of preparing a plurality of samples in both Example 2 and Example 3, the molar ratio of Li to M (Li / M) was found to vary within the same range as in Example 1. All of these active material particles belonged to the space group Fd3-m. Moreover, when variation occurred in β and γ similarly to Example 1, the active material particles belonged to the space group Fd3-m. That is, the positive electrode active material of this embodiment is Li α M β O γ (2.7 ≦ α / β ≦ 3.3β, 1.8 ≦ β ≦ 2.2, 6.4 ≦ γ ≦ 7.6. ).

なお、実施例3では、Moの一部をMn、及びWで置換した化合物について説明したが、置換元素はMnおよびWに限られない。例えば、Moの一部をCo、Niのうち少なくともひとつの元素で置換してもよい。Moの少なくとも一部をCoで置き換えるためには、原料にCoOやCoMoO4を用いればよい。また、Moの少なくとも一部をNiで置き換えるためには、原料にNiOやNiMoO4を用いればよい。また、Moの少なくとも一部をVで置き換えるためには、原料にVO2を用いればよい。 In addition, although Example 3 demonstrated the compound which substituted a part of Mo with Mn and W, the substituted element is not restricted to Mn and W. For example, a part of Mo may be substituted with at least one element of Co and Ni. In order to replace at least a part of Mo with Co, CoO or CoMoO 4 may be used as a raw material. In order to replace at least a part of Mo with Ni, NiO or NiMoO 4 may be used as a raw material. In order to replace at least part of Mo with V, VO 2 may be used as a raw material.

言い換えると、正極活物質は、空間群Fd3−mに属し、リチウムと、遷移金属M(MはMo、もしくはMoと、Mn、Co、Ni、W、Vからなる群より選択される少なくとも一種を含む)を含有し、遷移金属Mに対するリチウムのモル比が2.7以上3.3以下であるするリチウム含有遷移金属化合物を主成分とすればよい。正極活物質がLiαβγ(2.7β≦α≦3.3β、1.8≦β≦2.2、6.4≦γ≦7.6)で表される場合も、遷移金属Mの種類は同様であり、正極活物質はLiαMoβ-xMexγ(0<x<2、又は0.1≦x≦1.5。MeはMn、Co、Ni、W、及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)であればよい。 In other words, the positive electrode active material belongs to the space group Fd3-m, and includes at least one selected from the group consisting of lithium and transition metal M (M is Mo or Mo and Mn, Co, Ni, W, V). And a lithium-containing transition metal compound having a molar ratio of lithium to the transition metal M of 2.7 to 3.3. Even when the positive electrode active material is represented by Li α M β O γ (2.7β ≦ α ≦ 3.3β, 1.8 ≦ β ≦ 2.2, 6.4 ≦ γ ≦ 7.6), The kind of M is the same, and the positive electrode active material is Li α Mo β-x Me x O γ (0 <x <2, or 0.1 ≦ x ≦ 1.5. Me is Mn, Co, Ni, W, And at least one selected from the group consisting of V and V).

また、実施例3ではマンガン源としてMnMoO4の焼結体を用いたが、マンガン源としてMnO、Mn23、MnO2などの遷移金属酸化物を適宜使用してもよい。同様に、実施例2では酸化タングステンの粒子としてWO3を用いたが、タングステン源としてWO2などを用いてもよい。また、原料混合物に2種類以上の遷移金属酸化物または複合遷移金属酸化物を複数種類含ませることで、MoをMo以外の2種類以上の金属元素で置換することができる。 In Example 3, a sintered body of MnMoO 4 was used as the manganese source, but transition metal oxides such as MnO, Mn 2 O 3 , and MnO 2 may be appropriately used as the manganese source. Similarly, although WO 3 is used as the tungsten oxide particles in Example 2, WO 2 or the like may be used as the tungsten source. Moreover, Mo can be substituted with two or more types of metal elements other than Mo by including two or more types of transition metal oxides or composite transition metal oxides in the raw material mixture.

また、原料混合物中の、Mn、Co、Ni、W及びV遷移金属酸化物または複合遷移金属酸化物の量を調整することで、Moに対するMn、Co、Ni、W及びVの置換量を変化させることができる。   In addition, by adjusting the amount of Mn, Co, Ni, W and V transition metal oxide or composite transition metal oxide in the raw material mixture, the substitution amount of Mn, Co, Ni, W and V for Mo is changed. Can be made.

本開示のリチウムイオン二次電池は、携帯電話、PDA、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯ゲーム機などの携帯用電子機器の電源として有用である。本開示のリチウムイオン二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両の駆動用電源としても有用である。   The lithium ion secondary battery of the present disclosure is useful as a power source for portable electronic devices such as mobile phones, PDAs, personal computers, digital cameras, and portable game machines. The lithium ion secondary battery of the present disclosure is also useful as a driving power source for vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles.

10 電池
14 セパレータ
21 正極
22 負極


10 Battery 14 Separator 21 Positive electrode 22 Negative electrode


Claims (19)

正極と、
負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
非水電解質と、を備え、
前記正極に含まれた正極活物質は、空間群Fd3−mに属し、リチウムと、遷移金属M(MはMo、もしくはMoと、Mn、Co、Ni、W、及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)を含有するリチウム含有遷移金属化合物を含み、
前記遷移金属Mに対する前記リチウムのモル比が2.7以上3.3以下であり、
前記正極に含まれた全ての前記正極活物質の合計の質量に対する前記リチウム含有遷移金属化合物の質量の比率が0.8以上であり、
前記正極活物質の粒子の平均粒径が5μm未満である、リチウムイオン二次電池。
A positive electrode;
A negative electrode,
A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode;
A non-aqueous electrolyte,
The positive electrode active material included in the positive electrode belongs to the space group Fd3-m, and is selected from the group consisting of lithium and transition metal M (M is Mo or Mo and Mn, Co, Ni, W, and V). A lithium-containing transition metal compound containing at least one of
A molar ratio of the lithium to the transition metal M is 2.7 or more and 3.3 or less;
The ratio of the mass of the lithium-containing transition metal compound to the total mass of all the positive electrode active materials contained in the positive electrode is 0.8 or more,
The lithium ion secondary battery in which the average particle diameter of the particles of the positive electrode active material is less than 5 μm.
前記正極活物質の粒子の前記平均粒径が500nm以下である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the average particle diameter of the positive electrode active material particles is 500 nm or less. 前記正極活物質の粒子の前記平均粒径が50nm以上である、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the average particle diameter of the positive electrode active material particles is 50 nm or more. 前記リチウム含有遷移金属化合物は、Liαβγ(2.7β≦α≦3.3β、1.8≦β≦2.2、6.4≦γ≦7.6)である請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium-containing transition metal compound is Li α M β O γ (2.7β ≦ α ≦ 3.3β, 1.8 ≦ β ≦ 2.2, 6.4 ≦ γ ≦ 7.6). The lithium ion secondary battery of any one of -3. 前記リチウム含有遷移金属化合物は、Li627である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium-containing transition metal compound is Li 6 M 2 O 7 . 前記リチウム含有遷移金属化合物はLiαMoβ-xMexγ(0≦x≦1.5、MeはMn、Co、Ni、W、及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)である、請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium-containing transition metal compounds Li α Mo β-x Me x O γ (0 ≦ x ≦ 1.5, Me include Mn, Co, Ni, W, and at least one member selected from the group consisting of V The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein 前記正極活物質は、Li6Mo2-xMex7(0≦x≦1.5)である請求項6に記載のリチウムイオン二次電池。 The positive active material, Li 6 Mo 2-x Me x O 7 (0 ≦ x ≦ 1.5) lithium ion secondary battery according to claim 6 is. 前記正極は、前記リチウム含有遷移金属化合物以外の少なくとも1種の他の正極活物質を含む、請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the positive electrode includes at least one other positive electrode active material other than the lithium-containing transition metal compound. 前記少なくとも1種の他の正極活物質は、リチウムを可逆的に挿入及び脱離することができるリチウム含有遷移金属化合物である、請求項7に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 7, wherein the at least one other positive electrode active material is a lithium-containing transition metal compound capable of reversibly inserting and extracting lithium. 前記少なくとも1種の他の正極活物質である前記リチウム含有遷移金属化合物は、Li2MeO3、LiMeO2、Li4MeO5、Li2MeO4及びLiMe24(Meは、Mo、Mn、Co、Ni、Fe、W、Cr及びVからなる群より選択される少なくとも1種である)より選択される少なくとも1種を含む、請求項9に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium-containing transition metal compound, which is the at least one other positive electrode active material, may be Li 2 MeO 3 , LiMeO 2 , Li 4 MeO 5 , Li 2 MeO 4 and LiMe 2 O 4 (Me is Mo, Mn, The lithium ion secondary battery according to claim 9, comprising at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, W, Cr, and V). 前記リチウム含有遷移金属化合物は、充放電反応を経た後も空間群Fd3−mを維持している、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the lithium-containing transition metal compound maintains the space group Fd3-m even after undergoing a charge / discharge reaction. 前記非水電解質は、フルオロエチレンカーボネート、フルオロプロピオン酸メチル、フルオロベンゼン、フルオロエチルメチルカーボネート及びフルオロジメチレンカーボネートより選択される少なくとも1種のフッ素溶媒を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The nonaqueous electrolyte contains at least one fluorine solvent selected from fluoroethylene carbonate, methyl fluoropropionate, fluorobenzene, fluoroethyl methyl carbonate, and fluorodimethylene carbonate. The lithium ion secondary battery described in 1. 正極、負極及びセパレータを準備する工程と、
前記正極と前記負極との間に前記セパレータが配置されるように、前記正極、前記セパレータ及び前記負極を組み合わせる工程とを含み、
前記正極に含まれた正極活物質は、空間群Fd3−mに属し、リチウムと、遷移金属M(MはMo、もしくはMoと、Mn、Co、Ni、W及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)を含有するリチウム含有遷移金属化合物を含み、
前記遷移金属Mに対する前記リチウムのモル比が2.7以上3.3以下であり、
前記正極に含まれた全ての前記正極活物質の合計の質量に対する前記リチウム含有遷移金属化合物の質量の比率が0.8以上であり、
前記正極活物質の粒子の平均粒径が5μm未満であり、
前記負極として、リチウムを予め有している負極を準備する、リチウムイオン二次電池の製造方法。
Preparing a positive electrode, a negative electrode and a separator;
Combining the positive electrode, the separator, and the negative electrode so that the separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode active material included in the positive electrode belongs to the space group Fd3-m, and is selected from the group consisting of lithium and transition metal M (M is Mo or Mo and Mn, Co, Ni, W and V). A lithium-containing transition metal compound containing at least one)
A molar ratio of the lithium to the transition metal M is 2.7 or more and 3.3 or less;
The ratio of the mass of the lithium-containing transition metal compound to the total mass of all the positive electrode active materials contained in the positive electrode is 0.8 or more,
An average particle diameter of the positive electrode active material particles is less than 5 μm;
The manufacturing method of a lithium ion secondary battery which prepares the negative electrode which has lithium beforehand as the said negative electrode.
前記正極活物質の粒子の前記平均粒径が500nm以下である、請求項13に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 13, wherein the average particle diameter of the particles of the positive electrode active material is 500 nm or less. 前記正極活物質の粒子の前記平均粒径が50nm以上である、請求項13又は14に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 13 or 14, wherein the average particle diameter of the particles of the positive electrode active material is 50 nm or more. 前記リチウム含有遷移金属化合物は、Liαβγ(2.7β≦α≦3.3β、1.8≦β≦2.2、6.4≦γ≦7.6)である請求項13〜15のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。 The lithium-containing transition metal compound is Li α M β O γ (2.7β ≦ α ≦ 3.3β, 1.8 ≦ β ≦ 2.2, 6.4 ≦ γ ≦ 7.6). The manufacturing method of the lithium ion secondary battery of any one of -15. 前記リチウム含有遷移金属化合物は、Li627である、請求項13〜15のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。 The lithium-containing transition metal compound is a Li 6 M 2 O 7, a manufacturing method of a lithium ion secondary battery according to any one of claims 13 to 15. 前記リチウム含有遷移金属化合物はLiαMoβ-xMexγ(0≦x≦1.5、MeはMn、Co、Ni、W、及びVからなる群より選択される少なくとも1種を含む)である、請求項16に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。 The lithium-containing transition metal compounds Li α Mo β-x Me x O γ (0 ≦ x ≦ 1.5, Me include Mn, Co, Ni, W, and at least one member selected from the group consisting of V The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 16, wherein 前記正極活物質は、Li6Mo2-xMex7(0≦x≦1.5)である請求項17に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。


The positive active material, Li 6 Mo 2-x Me x O 7 (0 ≦ x ≦ 1.5) a method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 17.


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