JP3049892B2 - Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte battery and non-aqueous electrolyte battery using the same - Google Patents

Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte battery and non-aqueous electrolyte battery using the same

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JP3049892B2 JP3336541A JP33654191A JP3049892B2 JP 3049892 B2 JP3049892 B2 JP 3049892B2 JP 3336541 A JP3336541 A JP 3336541A JP 33654191 A JP33654191 A JP 33654191A JP 3049892 B2 JP3049892 B2 JP 3049892B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液2次電池、
特に銅を含んだスピネル類縁マンガン複合酸化物を正極
に用いた電池の特性改良に関するものである。
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery,
In particular, the present invention relates to improvement of battery characteristics using a spinel-related manganese composite oxide containing copper for a positive electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、AV機器あるいはパソコン等の電
子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでお
り、これらの駆動用電源として小型、軽量で高エネルギ
ー密度を有する電池への要望が高い。このような点で非
水系電池、特にリチウム電池はとりわけ高電圧、高エネ
ルギー密度電池として期待が大きい。
2. Description of the Related Art In recent years, portable and cordless electronic devices such as AV devices and personal computers have been rapidly advanced, and there is a high demand for small, lightweight batteries having high energy density as power sources for driving these devices. In this respect, non-aqueous batteries, particularly lithium batteries, are expected to be particularly high-voltage, high-energy density batteries.

【0003】この要望を満たす正極活物質としてリチウ
ムをインサーション、エクストラクションすることので
きるスピネル類縁マンガン複合酸化物(LiMn24
や、層状化合物、例えばLiCoO2、LiNiO2(例
えば米国特許第4302518号)やLiCoxNi1-x
2(x≦0.27)(特開昭62−264560)な
どのリチウムと遷移金属を主体とする複合酸化物(以
下、リチウム複合酸化物と記す)が提案され、これらの
活物質を用いて4V級の電圧をもった高エネルギー密度
2次電池の具体化開発が進められている。
A spinel-related manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) capable of inserting and extracting lithium as a positive electrode active material satisfying this demand.
Or layered compounds such as LiCoO 2 , LiNiO 2 (eg, US Pat. No. 4,302,518) and LiCo x Ni 1-x
A composite oxide mainly composed of lithium and a transition metal (hereinafter, referred to as lithium composite oxide) such as O 2 (x ≦ 0.27) (JP-A-62-264560) has been proposed. A high energy density secondary battery having a voltage of 4V class is being developed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】LiMn24やLiC
oO2は、リチウムに対し4V以上の電位を示し、正極
活物質として用いると高エネルギー密度を有する2次電
池が実現できる。しかし、このようなリチウム複合酸化
物は、充電状態で高温に保存すると著しく容量が減少す
るという問題がある。LiCoO2は、層構造を有して
おり層間にリチウムイオンが入ることによって構造が安
定化されている。したがって、LiCoO 2を正極活物
質として2次電池に用い電池を充電した場合、つまり層
間のリチウムイオンを引き抜いた場合、酸素とコバルト
からなる層は非常に不安定なる。その結果、充電状態で
の高温保存において結晶構造の破壊が原因と考えられる
著しい容量劣化が生じる。このような容量劣化を緩和す
るために、LiCoO2を正極活物質として用いた場合
には充電条件あるいは電池設計によりLiCoO2中の
リチウム量の約半分だけ引き抜き残りを層間に残留させ
る方法を用いている。この方法により充電状態での高温
保存の容量劣化は緩和されるが、活物質として利用率が
半分になるために容量の著しい低下が付随して起こるこ
とになる。一方、LiMn24はスピネル構造を持って
いるために層構造よりも比較的構造安定性に優れている
と考えられる。実際に充電、高温保存においてLiCo
2の場合と比較して容量劣化は小さいものの十分では
ない。さらに、LiMn2 4 は、マンガン2原子に対
してリチウム1原子しか4Vクラスとして使用できない
ために、重量当たりの理論容量はLiCoO2と比較す
るとかなり小さくなる。
SUMMARY OF THE INVENTION LiMnTwoOFourAnd LiC
oOTwoIndicates a potential of 4 V or more with respect to lithium,
When used as an active material, secondary batteries with high energy density
Pond can be realized. However, such lithium composite oxidation
When the product is stored at a high temperature while being charged, its capacity is significantly reduced.
Problem. LiCoOTwoHas a layered structure
The structure is safe due to lithium ions entering between the cage layers.
Has been standardized. Therefore, LiCoO TwoThe positive electrode active material
When the battery is charged using the quality as a secondary battery,
When lithium ions are extracted between oxygen and cobalt
Is very unstable. As a result,
May be caused by crystal structure destruction during high temperature storage
Significant capacity degradation occurs. Mitigating such capacity deterioration
LiCoOTwoWhen is used as a positive electrode active material
Depends on charging conditions or battery design.TwoIn
Extract about half of the lithium content and leave the remaining layer between layers.
Is used. High temperature in charged state by this method
Deterioration of storage capacity is alleviated, but utilization rate as an active material
A significant reduction in capacity due to halving
And On the other hand, LiMnTwoOFourHas a spinel structure
Is relatively more structurally stable than a layered structure
it is conceivable that. In actual charge, high temperature storage LiCo
OTwoAlthough the capacity degradation is small compared to the case of
Absent. Further, LiMnTwoOFourCorresponds to two atoms of manganese
And only one atom of lithium can be used as 4V class
Therefore, the theoretical capacity per weight is LiCoOTwoCompare with
Then it becomes quite small.

【0005】本発明はこのような課題を解決するもの
で、高い作動電圧を維持すると共に、優れた充放電特
性、保存特性をもった2次電池を提供することを目的と
するものである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a secondary battery which maintains a high operating voltage and has excellent charge / discharge characteristics and storage characteristics.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明は、スピネル類縁マンガン酸化物であるC
uMn24を硝酸、硫酸、燐酸のうち少なくとも1つを
含む酸で処理することにより、銅の一部を結晶中より引
き抜きCuxMn24(但し0.05≦x≦0.3)と
した複合酸化物を正極活物質とし、リチウム、リチウム
合金、リチウム含有複合酸化物もしくは炭素質材料から
なる負極と組合せ非水電解液2次電池としたものであ
る。あるいは、スピネル類縁マンガン酸化物であるCu
Mn24を硝酸、硫酸、燐酸のうち少なくとも1つを含
む酸で処理することにより、銅の一部を結晶中より引き
抜きCuxMn24(但し0.05≦x≦0.3)と
し、さらに、n−ブチルリチウム、ヨウ化リチウムある
いは水酸化リチウムでリチウム付加することによりLi
yCuxMn24(但し0.05≦x≦0.3、0.1≦
y<2)とした複合酸化物を正極活物質とし、リチウ
ム、リチウム合金、リチウム含有複合酸化物もしくは炭
素質材料からなる負極と組合せ非水電解液2次電池とし
たものである。
In order to solve these problems, the present invention provides a spinel-related manganese oxide, C
By treating uMn 2 O 4 with an acid containing at least one of nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, a part of copper is extracted from the crystal and Cu x Mn 2 O 4 (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.3 ) Is used as a positive electrode active material, and is combined with a negative electrode made of lithium, a lithium alloy, a lithium-containing composite oxide or a carbonaceous material to form a nonaqueous electrolyte secondary battery. Alternatively, the spinel-related manganese oxide Cu
By treating Mn 2 O 4 with an acid containing at least one of nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, a part of copper is extracted from the crystal and Cu x Mn 2 O 4 (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.3 ) And further lithium addition with n-butyllithium, lithium iodide or lithium hydroxide to give Li
y Cu x Mn 2 O 4 (however, 0.05 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦
A non-aqueous electrolyte secondary battery is obtained by combining the composite oxide with y <2) as a positive electrode active material and a negative electrode made of lithium, a lithium alloy, a lithium-containing composite oxide or a carbonaceous material.

【0007】尚、上記リチウム付加に用いるリチウム塩
としては、n−ブチルリチウム、ヨウ化リチウムあるい
は水酸化リチウムが好ましい。
As the lithium salt used for the lithium addition, n-butyllithium, lithium iodide or lithium hydroxide is preferable.

【0008】[0008]

【作用】本発明の手法により作成した銅を含むスピネル
類縁マンガン酸化物を正極活物質に用いることにより、
充電状態で高温保存した後の著しい容量劣化、サイクル
劣化を抑制し、かつまた、LiMn24を用いた場合よ
り電池放電容量を増加させることができる。その作用機
構の解明は今のところ不明確であるが、以下のように推
察される。
The spinel-related manganese oxide containing copper prepared by the method of the present invention is used as a positive electrode active material,
Significant capacity deterioration and cycle deterioration after high temperature storage in a charged state can be suppressed, and the battery discharge capacity can be increased as compared with the case where LiMn 2 O 4 is used. The elucidation of its mechanism of action is unclear at present, but it is speculated as follows.

【0009】LiMn24やLiCoO2を正極活物質
とした電池を充電状態で高温保存した場合、保存後の電
池の容量、サイクル特性は極端に劣化する。これには様
々な要因があるが結晶構造の破壊が重要な要因と考えら
れ、このような高電位における結晶破壊を抑制すること
が、実用上の電池として非常に重要なポイントとなる。
その1つの方法として前述したように充電条件や、電池
設計により活物質中からのリチウムの引き抜きを規制す
る方法があるが、電池放電容量の著しい減少を伴うため
に本質的な改善策とはならない。LiMn24は、スピ
ネル構造を持っているために層構造LiCoO2と比較
して安定であるが十分とはいえない。本発明のCux
24(但し0.05≦x≦0.3)は、スピネル結晶
を保持したまま構造中に銅を挿入することを可能にした
ために、リチウムイオンの挿入、脱離機能(電池活物質
としての機能)を維持し、かつ結晶の安定化を図ること
ができたものと考えられる。挿入する銅の量は、実施例
で実験と共に説明するが、マンガン1原子に対して15
モル%までが良好である。これは、これ以上の銅を挿入
すると充放電をくり返すことによって銅の一部が結晶中
より抜け出し負極に析出し負極の充放電反応を妨害する
ものと考えられる。
When a battery using LiMn 2 O 4 or LiCoO 2 as a positive electrode active material is stored at a high temperature in a charged state, the capacity and cycle characteristics of the battery after storage are extremely deteriorated. Although there are various factors in this, destruction of the crystal structure is considered to be an important factor, and suppressing such crystal destruction at a high potential is a very important point as a practical battery.
As one of the methods, as described above, there is a method in which the extraction of lithium from the active material is regulated by the charging conditions and the battery design, but this is not an essential improvement measure due to a significant decrease in the battery discharge capacity. . Since LiMn 2 O 4 has a spinel structure, it is more stable than a layered structure LiCoO 2 , but is not sufficient. Cu x M of the present invention
Since n 2 O 4 (where 0.05 ≦ x ≦ 0.3) allows copper to be inserted into the structure while maintaining the spinel crystal, the lithium ion insertion and desorption functions (battery active material Is maintained, and the crystal is stabilized. The amount of copper to be inserted will be described in the examples together with the experiment.
Up to mol% is good. This is thought to be because when more copper is inserted, the charge and discharge are repeated, whereby a part of the copper comes out of the crystal and deposits on the negative electrode to hinder the charge and discharge reaction of the negative electrode.

【0010】CuxMn24(但し0.05≦x≦0.
3)は、LiMn24に比べ放電容量が増加するが、そ
の作用機構について以下のように推察される。LiMn
24を正極に用いたとき、充放電により(化1)で示す
反応が起こるものと考えられる。
Cu x Mn 2 O 4 (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.
In 3), the discharge capacity is increased as compared with LiMn 2 O 4 , and its action mechanism is speculated as follows. LiMn
When 2 O 4 is used for the positive electrode, it is considered that the reaction shown in (Chem. 1) occurs by charging and discharging.

【0011】[0011]

【化1】 Embedded image

【0012】LiyMn24で示されるyの値が0<y
<1はリチウムに対して4Vの電位を示すが1≦y<2
は3Vである。したがって、4V級の電池とする場合は
0<y<1の範囲しか使えない。4Vから3Vに電圧が
低下するのとスピネルの結晶が立方晶から正方晶に変化
する領域とが対応しているため、このことが4Vから3
Vになる要因と考えられている。したがって、LiMn
24を用いる場合最大マンガン2原子に対してリチウム
1原子である。一方、LiyCuxMn24(但し0.0
5≦x≦0.3、0.1≦y<2)の場合銅が入ること
により反応にともなった結晶変化に影響し立方晶で反応
する領域が増加し、結果として4V級電池として使用可
能範囲(マンガン2原子に対してリチウム1原子以
上)、すなわち放電容量の増加を可能にしているものと
考えられる。
When the value of y represented by Li y Mn 2 O 4 is 0 <y
<1 indicates a potential of 4 V with respect to lithium, but 1 ≦ y <2
Is 3V. Therefore, when a 4V class battery is used, only the range of 0 <y <1 can be used. Since the voltage drop from 4 V to 3 V corresponds to the region where the crystal of the spinel changes from cubic to tetragonal, this falls from 4 V to 3 V.
It is considered to be a factor that causes V. Therefore, LiMn
In the case of using 2 O 4 , lithium is 1 atom for 2 manganese at maximum. On the other hand, Li y Cu x Mn 2 O 4 (however, 0.0
In the case of 5 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y <2), the entry of copper affects the crystal change accompanying the reaction, and the area of cubic reaction increases, resulting in use as a 4V class battery. It is considered that the range (1 atom or more of lithium with respect to 2 atoms of manganese), that is, the discharge capacity can be increased.

【0013】CuxMn24(但し0.05≦x≦0.
3)を正極活物質としてリチウム電池の正極を構成する
場合、CuxMn24(但し0.05≦x≦0.3)に
導電材として炭素材、結着材としてフッ素樹脂を混合し
減圧下250°Cで乾燥させる。CuxMn24は、x
の値が1のときスピネル結晶として安定化しているが、
酸処理により銅を引き抜くと結晶安定性は低下する。つ
まり、減圧下250°Cで乾燥させる際若干結晶の破壊
が起こる。これを防ぐために、スピネル類縁マンガン酸
化物であるCuMn24を酸で処理することにより、銅
の一部を結晶中より引き抜きCuxMn24(但し0.
05≦x≦0.3)とし、さらに、n−ブチルリチウム
などのリチウム塩でリチウム付加することによりLiy
CuxMn 24(但し0.05≦x≦0.3、0.1≦
y<2)とした後に炭素材、結着材を混合し減圧下25
0°Cで乾燥させれば、LiyCuxMn24(但し0.
05≦x≦0.3、0.1≦y<2)は、引き抜いた銅
の代わりにリチウムが結晶を安定化しているために熱処
理による結晶の破壊を防ぐことができ活物質をより効果
的に使用できるものと考えられる。
CuxMnTwoOFour(However, 0.05 ≦ x ≦ 0.
3) Using the positive electrode active material as a positive electrode active material to constitute the positive electrode of a lithium
If CuxMnTwoOFour(However, 0.05 ≦ x ≦ 0.3)
Mix carbon material as conductive material and fluorine resin as binder
Dry at 250 ° C. under reduced pressure. CuxMnTwoOFourIs x
When the value of is 1, it is stabilized as a spinel crystal,
When copper is extracted by acid treatment, crystal stability decreases. One
In short, crystals are slightly broken when dried at 250 ° C under reduced pressure
Happens. To prevent this, spinel-related manganic acid
CuMnTwoOFourBy treating with acid
Is partially extracted from the crystal.xMnTwoOFour(However, 0.
05 ≦ x ≦ 0.3) and n-butyllithium
By adding lithium with a lithium salt such as Liy
CuxMn TwoOFour(However, 0.05 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦
After setting y <2), the carbon material and the binder are mixed and reduced
If dried at 0 ° C., LiyCuxMnTwoOFour(However, 0.
05 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y <2) is the extracted copper
Instead of heat treatment because lithium stabilizes the crystal.
Active materials can be more effectively prevented
It is considered that it can be used in a typical way.

【0014】[0014]

【実施例】以下実施例によって、本発明の詳細ならびに
効果を説明する。
The details and effects of the present invention will be described below with reference to examples.

【0015】(実施例1)実施例においては試験の便宜
上、電池系としてコイン形電池を構成して評価を行っ
た。図1にそのコイン形電池の縦断面図を示す。図にお
いて1は耐有機電解液性のステンレス鋼板を加工した電
池ケース、2は同材料からなる封口板、3はチタニウム
製の正極集電体で、電池ケース1の内面にスポット溶接
されている。4は金属リチウムを封口板2の内面にスポ
ット溶接されているステンレス鋼製エキスパンドメタル
の負極集電体5上に成型した負極である。6は、Cux
Mn2 4100重量部に対し、カーボンブラック7重量
部、結着材としてポリ四フッ化エチレン樹脂粉末7重量
部からなる合剤の所定量を正極集電体3の上に成型した
正極である。正極は、250°C、負極は120°Cに
て減圧乾燥した後、電池組み立てに用いた。7は微孔製
のポリプロピレン製セパレータ、8はポリプロピレン製
絶縁ガスケットである。電解液には、エチレンカーボネ
ートとジエチルカーボネートが1:1の等体積混合溶媒
に、溶質として六フッ化燐酸リチウムを1モル/リット
ルの濃度で溶解したものを用いた。この電池の寸法は直
径20mm、電池総高1.6mmである。
(Embodiment 1) In the embodiment, the convenience of the test
Above, a coin-type battery was configured as a battery system and evaluated.
Was. FIG. 1 shows a vertical sectional view of the coin battery. In the figure
1 is an electrode formed by processing a stainless steel sheet resistant to organic electrolyte.
Pond case, 2 sealing plate made of the same material, 3 titanium
Welded on the inner surface of battery case 1
Have been. 4 is to deposit metallic lithium on the inner surface of the sealing plate 2.
Welded stainless steel expanded metal
The negative electrode is formed on the negative electrode current collector 5 of FIG. 6 is Cux
MnTwoO Four7 parts by weight of carbon black for 100 parts by weight
Part, polytetrafluoroethylene resin powder 7 weight as binder
A predetermined amount of the mixture consisting of parts was molded on the positive electrode current collector 3
It is a positive electrode. Positive electrode at 250 ° C, negative electrode at 120 ° C
After drying under reduced pressure, it was used for battery assembly. 7 is made of micropore
Separator made of polypropylene, 8 is made of polypropylene
It is an insulating gasket. Ethylene carbonate is used as the electrolyte.
1: 1 mixed solvent of diethyl carbonate and diethyl carbonate
And 1 mol / L of lithium hexafluorophosphate as solute
What was dissolved at the concentration of The dimensions of this battery
The diameter is 20 mm and the total height of the battery is 1.6 mm.

【0016】CuxMn24は、以下の方法により調整
した。まず、炭酸マンガンと炭酸銅をマンガンと銅の原
子比が2対1になるように混合した後、粉末をプレス成
型し、二酸化炭素と酸素同体積の混合ガス気流中、85
0°C、12時間焼成しCuMn24を合成した。焼成
物を粉砕した後、4リットルの水に150gのCuMn
24を加え、攪拌しながら希硫酸を滴下した。このとき
の溶液のPHを1〜5まで変化させ1時間そのpHで保
持した。保持するpHの値により結晶中から引き抜かれ
る銅の量が異なるため、pHを種々変化させることによ
り種々のxの値をもつCuxMn24を調整することが
できる。このようにして作成したCuxMn24を正極
活物質として上述した電池に用い評価した。
Cu x Mn 2 O 4 was prepared by the following method. First, manganese carbonate and copper carbonate are mixed so that the atomic ratio of manganese to copper becomes 2: 1. Then, the powder is press-molded and mixed in a mixed gas stream of the same volume of carbon dioxide and oxygen.
By calcination at 0 ° C. for 12 hours, CuMn 2 O 4 was synthesized. After pulverizing the fired product, 150 g of CuMn was added to 4 liters of water.
2 O 4 was added, and dilute sulfuric acid was added dropwise with stirring. At this time, the pH of the solution was changed from 1 to 5 and maintained at that pH for 1 hour. Since the amount of copper extracted from the crystal varies depending on the value of the retained pH, Cu x Mn 2 O 4 having various values of x can be adjusted by changing the pH variously. The prepared Cu x Mn 2 O 4 was used as a positive electrode active material in the above-described battery and evaluated.

【0017】充放電サイクル試験は、20°Cにおいて
充電電流0.5mA、充電終止電圧4.2V、放電電流
1mA、放電終止電圧3.0Vの条件で行った。図2に
高温保存後の充放電サイクル特性を示した。試験は、2
0°Cにおいて10サイクル充放電を行ったのち充電状
態で60°C、2週間保存し再び充放電サイクル試験を
行った。図2に示したものは、保存前の10サイクル目
の放電容量に対して保存後のサイクルにおいて50%の
放電容量になったときのサイクル数を、CuxMn24
のxに対してプロットした図である。xの値が0の点
は、従来より用いられているLiMn24を正極活物質
として用いた場合のものである。図2から、xの値が
0.05から0.3までの範囲で保存後も100サイク
ル以上の特性を持っており、従来のLiMn24と比較
して2倍以上高寿命であることがわかる。xが0.3を
越えるとサイクル寿命が著しく低下しているが、0.3
を越える銅がある場合、充放電をくり返すことによって
銅の一部が結晶中より抜け出し負極に析出し負極の充放
電反応を妨害するものと考えられる。したがって、xの
値は0.05〜0.3が望ましい。本実施例では負極に
リチウム金属を用いたがリチウム合金、あるいはLiN
25などのリチウム複合酸化物であってもよい。負極
に炭素質材料を用いる場合には、ケースに充填した正極
あるいは負極上に乾燥状態でリチウム金属をはりつけ、
電解液をその上から注入し短絡させることにより正極あ
るいは負極にリチウムを吸蔵させた後電池を組み立て
る。この方法により電池系に存在するリチウムの不足分
を補うことで本実施例と同様の結果を得た。また、電解
液には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート
が1:1の等体積混合溶媒に、溶質として六フッ化燐酸
リチウムを1モル/リットルの濃度で溶解したものを用
いたが、他の溶媒にリチウム塩を溶解した電解液でも同
様である。
The charge / discharge cycle test was performed at 20 ° C. under the conditions of a charge current of 0.5 mA, a charge end voltage of 4.2 V, a discharge current of 1 mA, and a discharge end voltage of 3.0 V. FIG. 2 shows the charge / discharge cycle characteristics after storage at a high temperature. Test 2
After 10 cycles of charge / discharge at 0 ° C., the battery was stored in a charged state at 60 ° C. for 2 weeks, and the charge / discharge cycle test was performed again. FIG. 2 shows the number of cycles when the discharge capacity of the 10th cycle before storage reached 50% of the discharge capacity in the cycle after storage, as Cu x Mn 2 O 4.
It is the figure plotted with respect to x of FIG. The point where the value of x is 0 is the case where conventionally used LiMn 2 O 4 is used as the positive electrode active material. From FIG. 2, it can be seen that, even after storage, the value of x is in the range of 0.05 to 0.3, the characteristics are 100 cycles or more, and the life is at least twice as long as that of the conventional LiMn 2 O 4. I understand. When x exceeds 0.3, the cycle life is remarkably reduced.
It is considered that when there is copper exceeding the limit, part of the copper comes out of the crystal and precipitates on the negative electrode by repeating charge / discharge, thereby obstructing the charge / discharge reaction of the negative electrode. Therefore, the value of x is desirably 0.05 to 0.3. In this embodiment, lithium metal was used for the negative electrode, but lithium alloy or LiN
It may be a lithium composite oxide such as b 2 O 5 . When a carbonaceous material is used for the negative electrode, lithium metal is adhered in a dry state on the positive electrode or the negative electrode filled in the case,
The electrolyte is injected from above and short-circuited to allow lithium to be absorbed in the positive or negative electrode, and then the battery is assembled. The same result as that of the present example was obtained by making up for the shortage of lithium existing in the battery system by this method. As the electrolyte, a solution in which lithium hexafluorophosphate was dissolved at a concentration of 1 mol / liter as a solute in a 1: 1 equal volume mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used. The same applies to an electrolyte in which a lithium salt is dissolved.

【0018】(実施例2)次に、スピネル類縁マンガン
酸化物であるCuMn24を酸で処理することにより、
銅の一部を結晶中より引き抜きCuxMn24とし、さ
らにヨウ化リチウムなどのリチウム塩でリチウム付加す
ることによりLiyCuxMn24としたリチウム含有複
合酸化物を正極活物質に用いた例について説明する。
(Example 2) Next, CuMn 2 O 4 , which is a spinel-related manganese oxide, is treated with an acid.
A lithium-containing composite oxide, which is obtained by extracting a part of copper from the crystal to obtain Cu x Mn 2 O 4 and further adding lithium with a lithium salt such as lithium iodide to obtain Li y Cu x Mn 2 O 4, is used as a positive electrode active material. An example used in the description will be described.

【0019】LiyCuxMn24の合成法について説明
する。まず、種々のxの値をもったCuxMn24を実
施例1で示した方法と同じ方法で合成する。次に、ヨウ
化リチウムを加えて窒素気流中150℃で反応させLi
yCuxMn24を合成する。このとき添加するヨウ化リ
チウム量によってyの値を種々変化させた。リチウム塩
として水酸化リチウムを用いる場合も同じ方法である。
リチウム塩としてn−ブチルリチウムを用いる場合本実
施例では、窒素雰囲気下で乾燥ヘキサン中にCuxMn2
4粉末とn−ブチルリチウムを加え数日反応させるこ
とによりLiyCuxMn24を合成した。n−ブチルリ
チウムの添加量でy値を変化させた。このようにして調
整した活物質を実施例1で示した方法と同じ方法でコイ
ン形電池を作成し評価した。その結果を表1から表3に
示した。表1、2、3はリチウム付加のために用いたリ
チウム塩がそれぞれヨウ化リチウム、水酸化リチウム、
n−ブチルリチウムのものである。表中のy値は合成上
正確な値ではないがこの値に近いものを選んだ。表中の
保存前10サイクル目の放電容量は、従来より用いられ
ているLiMn24を正極活物質として用いた場合の放
電容量を100とした場合の比率で示した。LiMn2
4を用いた特性は、表の最上段に示したものである。
保存後容量が50%になるまでのサイクル数は実施例1
で示したものと同じ評価法である。
A method for synthesizing Li y Cu x Mn 2 O 4 will be described. First, Cu x Mn 2 O 4 having various values of x is synthesized by the same method as shown in the first embodiment. Next, lithium iodide is added and reacted at 150 ° C. in a nitrogen stream to obtain Li
synthesizing y Cu x Mn 2 O 4. At this time, the value of y was variously changed depending on the amount of lithium iodide added. The same applies when lithium hydroxide is used as the lithium salt.
In the case of using n-butyllithium as the lithium salt, in this example, Cu x Mn 2 was added in dry hexane under a nitrogen atmosphere.
Li y Cu x Mn 2 O 4 was synthesized by adding O 4 powder and n-butyl lithium and reacting for several days. The y value was changed by the amount of n-butyllithium added. A coin-shaped battery was prepared from the thus prepared active material in the same manner as in Example 1, and evaluated. The results are shown in Tables 1 to 3. Tables 1, 2, and 3 show that the lithium salts used for lithium addition were lithium iodide, lithium hydroxide,
of n-butyl lithium. Although the y value in the table is not an accurate value in terms of synthesis, a value close to this value was selected. The discharge capacity at the 10th cycle before storage in the table is shown by a ratio when the discharge capacity when LiMn 2 O 4 conventionally used is used as the positive electrode active material is set to 100. LiMn 2
The characteristics using O 4 are shown at the top of the table.
Example 1 shows the number of cycles until the capacity reaches 50% after storage.
This is the same evaluation method as that shown in.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】[0022]

【表3】 [Table 3]

【0023】表からいずれのリチウム塩を用いた場合に
も、0.05≦x≦0.3、0.1≦y<2のとき従来
より用いられているLiMn24をもちいた場合に較べ
放電容量は増加し、保存後のサイクル寿命も増加してい
ることがわかる。また、Cu xMn24にリチウム付加
を行った場合、行わない場合に比べ、例えば図2と表1
を比較するとわかるように保存後のサイクル寿命が増加
していることがわかる。本実施例では負極にリチウム金
属を用いたがリチウム合金、あるいはLiNb 25など
のリチウム複合酸化物であってもよい。負極に炭素質材
料を用いる場合には、ケースに充填した正極あるいは負
極上に乾燥状態でリチウム金属をはりつけ、電解液をそ
の上から注入し短絡させることにより正極あるいは負極
にリチウムを吸蔵させた後電池を組み立てる。この方法
により電池系に存在するリチウムの不足分を補うことで
同様の結果を得た。また、電解液には、エチレンカーボ
ネートとジエチルカーボネートが1:1の等体積混合溶
媒に、溶質として六フッ化燐酸リチウムを1モル/リッ
トルの濃度で溶解したものを用いたが、他の溶媒にリチ
ウム塩を溶解した電解液でも同様である。
From the table, when any lithium salt is used,
Also, conventional when 0.05 ≦ x ≦ 0.3 and 0.1 ≦ y <2
LiMn used moreTwoOFourCompared to using
The discharge capacity has increased and the cycle life after storage has also increased.
You can see that Also, Cu xMnTwoOFourLithium added
2 and Table 1 are compared with the case where
As can be seen from the comparison, the cycle life after storage is increased.
You can see that it is doing. In this embodiment, lithium gold is used for the negative electrode.
Metals, but lithium alloy or LiNb TwoOFiveSuch
May be used as the lithium composite oxide. Carbonaceous material for negative electrode
If a positive electrode or negative electrode is used,
Attach the lithium metal on top of it in a dry state and remove the electrolyte.
Positive electrode or negative electrode
After assembling lithium into the battery, the battery is assembled. This way
To compensate for the lack of lithium in the battery system
Similar results were obtained. The electrolyte contains ethylene carbonate.
And diethyl carbonate in a 1: 1 equal volume mixed solution
1 mol / liter of lithium hexafluorophosphate as a solute
Dissolved at a concentration of Torr, but used in other solvents.
The same applies to an electrolytic solution in which a sodium salt is dissolved.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、スピネル類縁マンガン酸化物であるCuMn2
4を酸で処理することにより、銅の一部を結晶中より
引き抜きCuxMn24とした複合酸化物を正極活物質
とし、リチウム、リチウム合金、リチウム含有複合酸化
物、あるいは炭素質材料からなる負極と組合せ非水電解
液2次電池とするか、もしくはCuxMn24(但し
0.05≦x≦0.3)とした後、さらに、n−ブチル
リチウム、ヨウ化リチウムあるいは水酸化リチウムでリ
チウム付加することによりLiyCuxMn24(但し
0.05≦x≦0.3、0.1≦y<2)とした複合酸
化物を正極活物質とし、リチウム、リチウム合金、リチ
ウム含有複合酸化物、あるいは炭素質材料からなる負極
と組合せ非水電解液2次電池とすることによりサイクル
特性および高温保存特性に優れた非水電解液2次電池を
得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, CuMn 2 which is a spinel-related manganese oxide
By treating O 4 with an acid, a part of copper is extracted from the crystal and Cu x Mn 2 O 4 is used as the positive electrode active material, and lithium, lithium alloy, lithium-containing composite oxide, or carbonaceous material is used as the positive electrode active material. A non-aqueous electrolyte secondary battery combined with a negative electrode made of a material, or Cu x Mn 2 O 4 (0.05 ≦ x ≦ 0.3), and then n-butyl lithium and lithium iodide Alternatively, a composite oxide having Li y Cu x Mn 2 O 4 (0.05 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦ y <2) obtained by adding lithium with lithium hydroxide is used as a positive electrode active material, and lithium is added. By combining a lithium alloy, a lithium-containing composite oxide, or a negative electrode made of a carbonaceous material with a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent cycle characteristics and high-temperature storage characteristics can be obtained. Can You.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例におけるコイン形電池の縦断面
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a coin-type battery according to an embodiment of the present invention.

【図2】高温保存後の充放電サイクル特性図FIG. 2 is a diagram showing charge / discharge cycle characteristics after high-temperature storage.

【符号の説明】 1 電池ケース 2 封口板 3 正極集電体 4 負極 5 負極集電体 6 正極 7 セパレータ 8 絶縁ガスケット[Description of Signs] 1 Battery case 2 Sealing plate 3 Positive electrode current collector 4 Negative electrode 5 Negative electrode current collector 6 Positive electrode 7 Separator 8 Insulating gasket

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−271365(JP,A) 特開 昭63−114064(JP,A) 特開 平2−267861(JP,A) J.M.Tarascon et a l.,”The Spinel Pha se of LiMn▲下2▼O▲下4 ▼ as a Cathode in Secondary Lithium Cells”,Journal of the Electrochemica l Society,October 1991,Vol.138,No.10,p2859 −2864 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/50 H01M 4/48 H01M 10/40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-271365 (JP, A) JP-A-63-114064 (JP, A) JP-A-2-267861 (JP, A) M. Taracon et al. , "The Spinel Phase of LiMn Lower 2 O Lower 4 as a Cathode in Secondary Lithium Cells", Journal of the Electrochemical Society, 1991. 138, no. 10, p2859-2864 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 4/50 H01M 4/48 H01M 10/40

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 スピネル類縁マンガン酸化物であるCu
Mn2 4 を硝酸、硫酸、燐酸のうち少なくとも1つを
含む酸で処理することにより、銅の一部を結晶中より引
き抜きCuxMn24(但し0.05≦x≦0.3)と
した複合酸化物からなる非水電解液電池用正極活物質。
1. Cu which is a spinel-related manganese oxide
By treating Mn 2 O 4 with an acid containing at least one of nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, a part of copper is extracted from the crystal and Cu x Mn 2 O 4 (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.3 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery comprising the composite oxide described above.
【請求項2】 スピネル類縁マンガン酸化物であるCu
Mn24を硝酸、硫酸、燐酸のうち少なくとも1つを含
む酸で処理することにより、銅の一部を結晶中より引き
抜きCuxMn24(但し0.05≦x≦0.3)とし
た複合酸化物からなる正極と、リチウム、リチウム合
金、リチウム含有複合酸化物もしくは炭素質材料からな
る負極と、非水電解液とからなる非水電解液電池。
2. Cu which is a spinel-related manganese oxide
By treating Mn 2 O 4 with an acid containing at least one of nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, a part of copper is extracted from the crystal and Cu x Mn 2 O 4 (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.3 A) a non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode made of a composite oxide, a negative electrode made of lithium, a lithium alloy, a lithium-containing composite oxide or a carbonaceous material, and a non-aqueous electrolyte.
【請求項3】 スピネル類縁マンガン酸化物であるCu
Mn2 4 を硝酸、硫酸、燐酸のうち少なくとも1つを
含む酸で処理することにより、銅の一部を結晶中より引
き抜きCuxMn24(但し0.05≦x≦0.3)と
し、さらに、リチウム塩でリチウム付加することにより
Liy CuxMn24(但し0.05≦x≦0.3、
0.1≦y<2)とした非水電解液電池用正極活物質。
3. Cu which is a spinel-related manganese oxide
By treating Mn 2 O 4 with an acid containing at least one of nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, a part of copper is extracted from the crystal and Cu x Mn 2 O 4 (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.3 ), And further by adding lithium with a lithium salt, Li y Cu x Mn 2 O 4 (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.3,
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery, wherein 0.1 ≦ y <2).
【請求項4】 上記リチウム塩は、n−ブチルリチウ
ム、ヨウ化リチウムあるいは水酸化リチウムである請求
項3記載の非水電解液電池用正極活物質。
4. The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to claim 3, wherein the lithium salt is n-butyllithium, lithium iodide or lithium hydroxide.
【請求項5】スピネル類縁マンガン酸化物であるCuM
24を硝酸、硫酸、燐酸のうち少なくとも1つを含む
酸で処理することにより、銅の一部を結晶中より引き抜
きCuxMn24(但し0.05≦x≦0.3)とし、
さらに、リチウム塩でリチウム付加することによりLi
yCuxMn24(但し0.05≦x≦0.3、0.1≦
y<2)とした複合酸化物からなる正極と、リチウム、
リチウム合金、リチウム含有複合酸化物もしくは炭素質
材料からなる負極と、非水電解液とからなる非水電解液
電池。
5. A spinel-related manganese oxide, CuM
By treating n 2 O 4 with an acid containing at least one of nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, a part of copper is extracted from the crystal and Cu x Mn 2 O 4 (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.3 )age,
Further, by adding lithium with a lithium salt, Li is added.
y Cu x Mn 2 O 4 (however, 0.05 ≦ x ≦ 0.3, 0.1 ≦
y <2), a positive electrode made of a composite oxide, lithium,
A non-aqueous electrolyte battery comprising a negative electrode made of a lithium alloy, a lithium-containing composite oxide or a carbonaceous material, and a non-aqueous electrolyte.
【請求項6】 上記リチウム塩は、n−ブチルリチウ
ム、ヨウ化リチウムあるいは水酸化リチウムである請求
項5記載の非水電解液電池。
6. The non-aqueous electrolyte battery according to claim 5, wherein the lithium salt is n-butyl lithium, lithium iodide or lithium hydroxide.
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