JP4539139B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and positive electrode mixture for nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and positive electrode mixture for nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池、非水電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」ともいう。)および非水電解質二次電池用正極合剤(以下、単に「正極合剤」ともいう。)に関する。詳しくは、電池特性が非常に向上した、層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池、正極活物質および正極合剤に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also simply referred to as a “positive electrode active material”), and a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. The present invention relates to a mixture (hereinafter also simply referred to as “positive electrode mixture”). Specifically, the present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery having a layered lithium transition metal composite oxide, a positive electrode active material, and a positive electrode mixture, with extremely improved battery characteristics.

非水電解質二次電池は、従来のニッケルカドミウム二次電池などに比べて作動電圧が高く、かつエネルギー密度が高いという特徴を有しており、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ等のモバイル電子機器の電源等として広く利用されている。この非水電解質二次電池の正極活物質としては、LiCoO、LiNiO、LiMnに代表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられるが、中でも、モバイル電子機器にはLiCoOが従来用いられており、十分な電池特性が得られていた。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries are characterized by higher operating voltage and higher energy density compared to conventional nickel cadmium secondary batteries, etc. Mobile electronics such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, etc. Widely used as a power source for equipment. Examples of the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery include lithium transition metal composite oxides typified by LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4. Among them, LiCoO 2 has been conventionally used for mobile electronic devices. It was used, and sufficient battery characteristics were obtained.

しかしながら、現在では、モバイル電子機器は、さまざまな機能が付与される等の高機能化や、高温や低温での使用等のため、使用環境がより一層厳しいものとなっている。また、電気自動車用バッテリー等の電源への応用が期待されており、これまでのLiCoOを用いた非水電解質二次電池では、十分な電池特性が得られず、更なる改良が求められている。 At present, however, mobile electronic devices are used in more severe environments due to higher functionality such as the addition of various functions and use at high and low temperatures. Also, application to power sources such as batteries for electric vehicles is expected, and conventional non-aqueous electrolyte secondary batteries using LiCoO 2 cannot obtain sufficient battery characteristics, and further improvements are required. Yes.

特許文献1には、ジルコニウム(Zr)を添加したLi1−xCoO(0≦x<1)またはそのコバルトの一部を他の遷移金属で置換したものからなる正極が記載されている。そして、LiCoO粒子の表面が酸化ジルコニウム(ZrO)またはリチウムとジルコニウムとの複合酸化物LiZrOに覆われることによって安定化され、その結果、高い電位においても電解液の分解反応や結晶破壊を起こすことなく、優れたサイクル特性および保存特性を示す正極活物質が得られることが記載されている。
しかしながら、この正極活物質では、近年の非水電解質二次電池に要求されている負荷特性、低温特性および熱安定性を満足することができなかった。また、サイクル特性にも向上の余地があった。
Patent Document 1 describes a positive electrode made of Li 1-x CoO 2 (0 ≦ x <1) to which zirconium (Zr) is added or a part of cobalt thereof is substituted with another transition metal. Then, the surface of the LiCoO 2 particles is stabilized by being covered with zirconium oxide (ZrO 2 ) or a composite oxide of lithium and zirconium, Li 2 ZrO 3. It is described that a positive electrode active material exhibiting excellent cycle characteristics and storage characteristics can be obtained without causing destruction.
However, this positive electrode active material could not satisfy the load characteristics, low temperature characteristics and thermal stability required for recent non-aqueous electrolyte secondary batteries. There is also room for improvement in cycle characteristics.

特開平4−319260号公報JP-A-4-319260

本発明の目的は、より一層厳しい使用環境下においても優れた電池特性を有する非水電解質二次電池、非水電解質二次電池用正極活物質および非水電解質二次電池用正極合剤を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a positive electrode mixture for a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent battery characteristics even in a more severe use environment. There is to do.

本発明は、以下の(1)〜(5)を提供する。   The present invention provides the following (1) to (5).

(1)層状構造リチウム遷移金属複合酸化物の結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有してなる、正極活物質を用いた正極活物質層を帯状正極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状正極と、
金属リチウム、
リチウム合金、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料
またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物
から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、
帯状セパレータとを具備し、
前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している非水電解質二次電池。
(1) Forming a positive electrode active material layer using a positive electrode active material having zirconium in at least a part of a crystallite interface of a layered lithium transition metal composite oxide on at least one surface of a band-shaped positive electrode current collector. A belt-like positive electrode constituted by:
Metallic lithium,
Lithium alloy,
By forming a negative electrode active material layer using a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions or a compound capable of occluding and releasing lithium ions as a negative electrode active material on at least one surface of a strip-shaped negative electrode current collector A configured negative electrode,
A strip separator,
A non-aqueous electrolyte secondary battery in which the strip separator is interposed between the strip positive electrode and the strip negative electrode.

(2)前記帯状正極と前記帯状負極とを前記帯状セパレータを介して積層した状態で複数回巻回させて、前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している渦巻型の巻回体を構成してなる上記(1)に記載の非水電解質二次電池。   (2) A spiral type in which the belt-like positive electrode and the belt-like negative electrode are wound a plurality of times in a state of being laminated via the belt-like separator, and the belt-like separator is interposed between the belt-like positive electrode and the belt-like negative electrode The non-aqueous electrolyte secondary battery according to (1), wherein the non-aqueous electrolyte secondary battery is configured by forming a wound body.

(3)前記帯状正極と前記帯状負極とを前記帯状セパレータを介して積層した状態で積み重ねて、前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在しているスタック体を構成してなる上記(1)に記載の非水電解質二次電池。   (3) A stack body in which the strip-shaped separator is interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode is formed by stacking the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode in a state of being stacked via the strip-shaped separator. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to (1) above.

(4)少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物は、その結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有する、非水電解質二次電池用正極活物質。
(4) A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered lithium transition metal composite oxide,
The lithium transition metal composite oxide is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having zirconium in at least a part of a crystallite interface thereof.

(5)少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する正極活物質と導電剤を有する非水電解質二次電池用正極合剤であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物は、その結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有し、
前記正極活物質と前記導電剤との間にジルコニウムが存在する、非水電解質二次電池用正極合剤。
(5) A positive electrode mixture for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode active material having at least a layered lithium transition metal composite oxide and a conductive agent,
The lithium transition metal composite oxide has zirconium in at least a part of its crystallite interface,
A positive electrode mixture for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein zirconium is present between the positive electrode active material and the conductive agent.

(1)に記載の非水電解質二次電池は、層状構造リチウム遷移金属複合酸化物の結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有してなる、正極活物質を用いた正極活物質層を帯状正極集電体に形成させることにより帯状正極を構成する。
リチウム遷移金属複合酸化物の結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有しているため、界面抵抗が減少し、これにより常温下および低温下での負荷時の放電電位が高くなり、負荷時の容量維持率が向上する。即ち、負荷特性および低温特性が向上すると考えられる。
また、充電時において負極にリチウムが局所的に析出するのを抑えることができると考えられる。このため、充電時にガスが発生することを抑制し、ドライアウトを防止することができるためサイクル特性が向上すると考えられる。
更に、結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有していることにより、酸素の脱離が抑制され熱安定性が向上すると考えられる。
したがって、負荷特性、低温特性、サイクル特性および熱安定性の向上した非水電解質二次電池が得られる。
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to (1) has a strip of a positive electrode active material layer using a positive electrode active material having zirconium in at least a part of a crystallite interface of a layered structure lithium transition metal composite oxide. A belt-like positive electrode is formed by forming the positive electrode current collector.
Since zirconium is present in at least a part of the crystallite interface of the lithium transition metal composite oxide, the interface resistance decreases, and this increases the discharge potential under load at normal and low temperatures. Capacity maintenance rate is improved. That is, it is considered that load characteristics and low temperature characteristics are improved.
Moreover, it is thought that lithium can suppress local precipitation to a negative electrode at the time of charge. For this reason, it is considered that the generation of gas during charging can be suppressed and dry-out can be prevented, so that the cycle characteristics are improved.
Furthermore, it is considered that by having zirconium in at least a part of the crystallite interface, desorption of oxygen is suppressed and thermal stability is improved.
Therefore, a nonaqueous electrolyte secondary battery having improved load characteristics, low temperature characteristics, cycle characteristics, and thermal stability can be obtained.

(2)に記載の非水電解質二次電池は、帯状正極と帯状負極とを帯状セパレータを介して積層した状態で複数回巻回させて、帯状正極と帯状負極との間に帯状セパレータが介在している渦巻型の巻回体を構成してなる。このような構成にすることにより、負荷特性、低温特性、サイクル特性および熱安定性の向上を損なうことなく、量産性に優れた非水電解質二次電池が得られる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to (2) is formed by winding a strip-shaped positive electrode and a strip-shaped negative electrode a plurality of times in a state of being stacked via a strip-shaped separator, and the strip-shaped separator is interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode. It forms a spiral wound body. By adopting such a configuration, a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in mass productivity can be obtained without impairing improvements in load characteristics, low temperature characteristics, cycle characteristics, and thermal stability.

(3)に記載の非水電解質二次電池は、帯状正極と帯状負極とを帯状セパレータを介して積層した状態で積み重ねて、帯状正極と帯状負極との間に帯状セパレータが介在しているスタック体を構成してなる。このような構成にすることにより、負荷特性、低温特性、サイクル特性および熱安定性の向上を損なうことなく、電池の内部抵抗を下げることができるため、入出力特性の向上した非水電解質二次電池が得られる。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to (3) is a stack in which a belt-like positive electrode and a belt-like negative electrode are stacked in a state of being laminated via a belt-like separator, and the belt-like separator is interposed between the belt-like positive electrode and the belt-like negative electrode Consists of the body. By adopting such a configuration, the internal resistance of the battery can be lowered without impairing improvements in load characteristics, low-temperature characteristics, cycle characteristics, and thermal stability. A battery is obtained.

(4)に記載の正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有する。
リチウム遷移金属複合酸化物の結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有しているため、界面抵抗が減少すると考えられる。これにより常温下および低温下での負荷時の放電電位が高くなり、負荷時の容量維持率が向上する。即ち、負荷特性および低温特性が向上する。
また、充電時において負極にリチウムが局所的に析出するのを抑えることができ、充電時にガスが発生することを抑制し、ドライアウトを防止することができると考えられる。このためサイクル特性が向上する。
更に、結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有していることにより、酸素の脱離が抑制されると考えられる。このため熱安定性が向上する。
The positive electrode active material according to (4) has zirconium in at least a part of the crystallite interface of the lithium transition metal composite oxide.
It is considered that the interface resistance is reduced because zirconium is contained in at least a part of the crystallite interface of the lithium transition metal composite oxide. As a result, the discharge potential under load at normal temperature and low temperature is increased, and the capacity retention rate under load is improved. That is, load characteristics and low temperature characteristics are improved.
In addition, it is considered that lithium can be prevented from locally depositing on the negative electrode during charging, and gas generation during charging can be suppressed, thereby preventing dryout. For this reason, cycle characteristics are improved.
Furthermore, it is considered that the elimination of oxygen is suppressed by having zirconium in at least a part of the crystallite interface. For this reason, thermal stability improves.

(5)に記載の正極活合剤は、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有していることにより、上述したように負荷特性、低温特性、サイクル特性および熱安定性が向上する。
また、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤との間にジルコニウムが存在していることにより、リチウム遷移金属複合酸化物と導電剤とが分離しにくくなると考えられる。これにより上記の効果を損なうことなく、正極合剤の集電体への塗布特性が向上する。
Since the positive electrode active material described in (5) has zirconium at least part of the crystallite interface of the lithium transition metal composite oxide, as described above, load characteristics, low temperature characteristics, cycle characteristics, and heat Stability is improved.
Further, it is considered that the presence of zirconium between the lithium transition metal composite oxide and the conductive agent makes it difficult to separate the lithium transition metal composite oxide and the conductive agent. Thereby, the application | coating characteristic to the electrical power collector of a positive mix is improved, without impairing said effect.

以下、本発明に係る非水電解質二次電池、非水電解質二次電池用正極活物質および非水電解質二次電池用正極合剤を具体的に説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されない。   Hereinafter, the nonaqueous electrolyte secondary battery, the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and the positive electrode mixture for nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to this embodiment.

<非水電解質二次電池用正極活物質>
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物からなる。層状構造とは、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造が層状であることを意味する。
図1は、層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造を示す模式図である。
層状構造は、特に限定されず、例えば、層状岩塩構造、ジグザグ層状岩塩構造が挙げられる。中でも、層状岩塩構造が好ましい。
<Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery>
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises at least a layered lithium transition metal composite oxide. The layered structure means that the crystal structure of the lithium transition metal composite oxide is layered.
FIG. 1 is a schematic view showing a crystal structure of a lithium transition metal composite oxide having a layered structure.
The layered structure is not particularly limited, and examples thereof include a layered rock salt structure and a zigzag layered rock salt structure. Among these, a layered rock salt structure is preferable.

層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物は特に限定されない。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、クロム酸リチウム、バナジン酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムである。好適には、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムが挙げられる。   The lithium transition metal composite oxide having a layered structure is not particularly limited. For example, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium chromate, lithium vanadate, lithium manganate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium manganate, nickel cobalt lithium aluminate. Preferable examples include lithium cobaltate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium aluminate and nickel cobalt lithium manganate.

コバルト酸リチウムのLi、CoおよびOの組成比を一般式LiCoOで表したときに、xが0.95≦x≦1.10を満たす数を表し、yが1.8≦y≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。
ニッケルコバルト酸リチウムのLi、Ni、CoおよびOの組成比を一般式LiNiCoで表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。
ニッケルコバルトアルミン酸リチウムのLi、Ni、Co、AlおよびOの組成比を一般式LiNiCoAl(1−m−p)で表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pがm+p≦1を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。
ニッケルコバルトマンガン酸リチウムのLi、Ni、Co、MnおよびOの組成比を一般式LiNiCoMn(1−m−p)で表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pがm+p≦1を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。
When the composition ratio of Li, Co, and O of lithium cobaltate is represented by the general formula Li x CoO y , x represents a number satisfying 0.95 ≦ x ≦ 1.10, and y is 1.8 ≦ y ≦ It is preferable to represent a number satisfying 2.2.
Li of lithium nickel cobaltate, Ni, when represents a composition ratio of Co and O in the general formula Li k Ni m Co p O r , k represents a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m Represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, and r represents a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2. Is preferred.
Nickel cobalt aluminate lithium Li, Ni, Co, when represents a composition ratio of Al and O in the general formula Li k Ni m Co p Al ( 1-m-p) O r, k is 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, and m + p represents m + p ≦ 1. It is preferable to represent a number that satisfies, and r represents a number that satisfies 1.8 ≦ r ≦ 2.2.
When the composition ratio of Li, Ni, Co, Mn, and O of lithium nickel cobalt manganate is expressed by the general formula Li k Ni m Co p Mn (1-mp) O r , k is 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, and m + p represents m + p ≦ 1. It is preferable to represent a number that satisfies, and r represents a number that satisfies 1.8 ≦ r ≦ 2.2.

本発明の正極活物質において、リチウム遷移金属複合酸化物は、その結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有する。
結晶子は、単結晶と考えられる最大限の集合を意味する。一般に、結晶粒それ自体は複数の単結晶から構成される。隣接する2つ以上の単結晶の結晶方位が一致する場合には、その2つ以上の単結晶の全体を1つの結晶子と考える。隣接する単結晶の結晶方位が異なる場合には、各単結晶がそれぞれ別の結晶子となる。
結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有することは、種々の方法で確認することができる。例えば、SEM像、SIM像、TEM像、STEM像等で確認することができる。リチウム遷移金属複合酸化物の断面をSEM像、SIM像、TEM像、STEM像等で確認してもよい。
In the positive electrode active material of the present invention, the lithium transition metal composite oxide has zirconium in at least a part of its crystallite interface.
A crystallite means the maximum group considered as a single crystal. In general, the crystal grains themselves are composed of a plurality of single crystals. When the crystal orientations of two or more adjacent single crystals coincide with each other, the whole of the two or more single crystals is considered as one crystallite. When the crystal orientations of adjacent single crystals are different, each single crystal becomes a different crystallite.
The presence of zirconium in at least a part of the crystallite interface can be confirmed by various methods. For example, it can be confirmed with a SEM image, a SIM image, a TEM image, a STEM image, or the like. You may confirm the cross section of lithium transition metal complex oxide by a SEM image, a SIM image, a TEM image, a STEM image, etc.

本発明の正極活物質において、リチウム遷移金属複合酸化物は、通常、粒子であるが、その形態は特に限定されず、例えば、膜状であってもよい。粒子は、一次粒子であっても、二次粒子であってもよく、これらが混在していてもよい。
ジルコニウムは、その存在形態を特に限定されず、単体や化合物として存在することができる。
ジルコニウム化合物としては、酸化ジルコニウム、ジルコン酸リチウムが好ましい。更に好ましいジルコニウム化合物は、ZrO、LiZrOである。より好ましくは、LiZrOである。
In the positive electrode active material of the present invention, the lithium transition metal composite oxide is usually a particle, but the form is not particularly limited, and may be, for example, a film. The particles may be primary particles, secondary particles, or a mixture of these.
Zirconium is not particularly limited in its form of existence, and can exist as a simple substance or a compound.
As the zirconium compound, zirconium oxide and lithium zirconate are preferable. More preferable zirconium compounds are ZrO 2 and Li 2 ZrO 3 . More preferably, it is Li 2 ZrO 3 .

本発明の正極活物質においては、リチウム遷移金属複合酸化物に対し、ジルコニウムが0.01mol%以上であるのが好ましく、0.02mol%以上であるのがより好ましく、0.04mol%以上であるのが更に好ましく、かつ、2mol%以下であるのが好ましく、0.3mol%以下であるのがより好ましく、0.25mol%以下であるのが更に好ましい。ジルコニウムが少なすぎると結晶子界面の一部にジルコニウムを有する割合が少なくなるため本発明の効果が得られにくい。ジルコニウムが多すぎると放電容量が小さくなる。   In the positive electrode active material of the present invention, zirconium is preferably 0.01 mol% or more, more preferably 0.02 mol% or more, and 0.04 mol% or more with respect to the lithium transition metal composite oxide. Is more preferably 2 mol% or less, more preferably 0.3 mol% or less, and further preferably 0.25 mol% or less. If the amount of zirconium is too small, the proportion of zirconium in a part of the crystallite interface decreases, so that it is difficult to obtain the effects of the present invention. When there is too much zirconium, the discharge capacity becomes small.

以下、本発明に好適に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物を例示する。   Hereinafter, lithium transition metal composite oxides suitably used in the present invention will be exemplified.

(1)コバルト酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種
リチウム遷移金属複合酸化物がコバルト酸リチウムまたはニッケルコバルト酸リチウムの場合、サイクル特性を更に向上させ、優れた負荷特性、低温特性および熱安定性の非水電解質二次電池用正極活物質となる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を、携帯電話やノートパソコン等の用途に好適に用いることができる。
リチウム遷移金属複合酸化物がニッケルコバルトアルミン酸リチウムの場合、更に負荷特性、低温特性、出力特性、サイクル特性および熱安定性が向上した非水電解質二次電池用正極活物質になる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を電気自動車、携帯電話およびノートパソコン等の用途に好適に用いることができる。
リチウム遷移金属複合酸化物がニッケルコバルトマンガン酸リチウムの場合、更に負荷特性、低温特性、出力特性およびサイクル特性が向上し、より熱安定性が向上した非水電解質二次電池用正極活物質になる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を携帯電話、電動工具および電気自動車等の用途に好適に用いることができる。
(1) When at least one lithium transition metal composite oxide selected from the group consisting of lithium cobaltate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium aluminate, and nickel cobalt lithium manganate is lithium cobaltate or nickel cobaltate, Cycle characteristics are further improved, and a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent load characteristics, low temperature characteristics and thermal stability is obtained. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as mobile phones and notebook computers.
When the lithium transition metal composite oxide is nickel cobalt lithium aluminate, it becomes a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery with further improved load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics, cycle characteristics, and thermal stability. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as electric vehicles, mobile phones, and notebook computers.
When the lithium transition metal composite oxide is nickel cobalt lithium manganate, the load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics and cycle characteristics are further improved, and the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is further improved in thermal stability. . Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as mobile phones, electric tools, and electric vehicles.

ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムは、コバルト酸リチウムと同様の層状構造の結晶構造を有する。
しかしながら、これらには、従来、コバルト酸リチウムに比べて、ガスが多量に発生し、放電時の電位も低くなるという問題があった。
本発明においては、これらの結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを存在させるため、原料中の残留リチウムが減少し、充電時のガスの発生を防止することができると考えられる。
また、界面抵抗が減少し、これにより常温下および低温下での負荷時の放電電位が高くなり、負荷時の容量維持率が向上する。即ち、負荷特性および低温特性が向上すると考えられる。
更に、充電時において負極にリチウムが局所的に析出するのを抑えることができると考えられる。このため、充電時にガスが発生することを抑制し、ドライアウトを防止することができるためサイクル特性が向上すると考えられる。
更に、結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムが存在することにより、酸素の脱離が抑制され熱安定性が向上すると考えられる。
したがって、リチウム遷移金属複合酸化物が、その結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有する、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、態様は有用である。
Nickel cobalt lithium, nickel cobalt lithium lithium and nickel cobalt lithium manganate have a layered crystal structure similar to lithium cobalt oxide.
However, these methods have a problem that a large amount of gas is generated and a potential at the time of discharge is lower than that of lithium cobaltate.
In the present invention, since zirconium is present in at least a part of these crystallite interfaces, it is considered that residual lithium in the raw material is reduced and gas generation during charging can be prevented.
In addition, the interface resistance is reduced, thereby increasing the discharge potential under load at normal temperature and low temperature, and improving the capacity retention rate under load. That is, it is considered that load characteristics and low temperature characteristics are improved.
Further, it is considered that lithium can be prevented from locally depositing on the negative electrode during charging. For this reason, it is considered that the generation of gas during charging can be suppressed and dry-out can be prevented, so that the cycle characteristics are improved.
Further, it is considered that the presence of zirconium in at least a part of the crystallite interface suppresses the desorption of oxygen and improves the thermal stability.
Therefore, the lithium transition metal composite oxide is at least one selected from the group consisting of lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium aluminate, and nickel cobalt lithium manganate having zirconium at least at part of its crystallite interface. The embodiments are useful.

(2)コバルトと同一でない遷移金属、周期表の2族、13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、コバルト酸リチウム
これらの元素を含むことで、負荷特性、低温特性、サイクル特性および熱安定性が更に向上する。
中でも、コバルト酸リチウムが、一般式LiCoO(式中、xは0.95≦x≦1.10を満たす数を表し、yは1.8≦y≦2.2を満たす数を表す。)で表されるのが好ましい。
好適な具体例として、一般式がLiCo1−b(式中、Mはコバルトと同一でない遷移金属ならびに周期表の2族、13族および14族の元素からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、Xはハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種を表し、aは0.95≦a≦1.10を満たす数を表し、bは0<b≦0.10を満たす数を表し、cは1.8≦c≦2.2を満たす数を表し、dは0≦d≦0.10を満たす数を表し、eは0≦e≦0.015を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。
(2) transition metal that is not the same as cobalt, lithium cobalt oxide containing at least one element selected from the group consisting of Group 2, Group 13 and Group 14 elements of the periodic table, halogen element and sulfur Thus, load characteristics, low temperature characteristics, cycle characteristics and thermal stability are further improved.
Among them, lithium cobaltate is represented by the general formula Li x CoO y (wherein x represents a number satisfying 0.95 ≦ x ≦ 1.10 and y represents a number satisfying 1.8 ≦ y ≦ 2.2). .).
Preferred specific examples of the general formula is in Li a Co 1-b M b O c X d S e ( wherein, M is a Group 2 of the transition metal and the periodic table is not identical to the cobalt, the Group 13 and 14 elements of the X represents at least one selected from the group consisting of halogen elements, a represents a number satisfying 0.95 ≦ a ≦ 1.10, and b represents 0 <b ≦ 0.10. C represents a number satisfying 1.8 ≦ c ≦ 2.2, d represents a number satisfying 0 ≦ d ≦ 0.10, and e represents a number satisfying 0 ≦ e ≦ 0.015. Lithium transition metal composite oxide represented by the following formula.

(3)ニッケルおよびコバルトと同一でない遷移金属、周期表の2族、13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルト酸リチウム;ニッケルおよびコバルトと同一でない遷移金属、周期表の2族、アルミニウムと同一でない13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム;または、ニッケル、コバルトおよびマンガンと同一でない遷移金属、周期表の2族、13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム
これらの元素を含むことで、負荷特性、低温特性、出力特性、サイクル特性および熱安定性の更なる向上を実現することができる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を電動工具、電気自動車、携帯電話、ノートパソコン等の用途に好適に用いることができる。
(3) nickel cobalt oxide lithium containing at least one element selected from the group consisting of transition metals that are not identical to nickel and cobalt, elements of groups 2, 13 and 14 of the periodic table, halogen elements and sulfur; nickel And nickel cobalt lithium aluminate containing at least one element selected from the group consisting of transition metals not identical to cobalt, group 2 of the periodic table, group 13 and group 14 elements not identical to aluminum, halogen elements and sulfur; Or a nickel cobalt lithium manganate containing at least one element selected from the group consisting of transition metals not identical to nickel, cobalt and manganese, elements of Groups 2, 13 and 14 of the periodic table, halogen elements and sulfur By including these elements, load characteristics, low temperature characteristics, Further improvement of output characteristics, cycle characteristics and thermal stability can be realized. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as electric tools, electric vehicles, mobile phones, and notebook computers.

中でも、CoおよびNiと同一でない遷移金属(下記式においてZがMnの場合はCo、NiおよびMnと同一でない遷移金属)、周期表の2族、13族(下記式においてZがAlの場合はAlと同一でない13族の元素)および14族の元素、ハロゲン元素ならびにSからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、一般式がLiNiCo(1−m−p)(式中、ZはAlまたはMnを表し、kは0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mは0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pは0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pはm+p≦1を満たす数を表し、rは1.8≦r≦2.2を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。 Among them, transition metals that are not identical to Co and Ni (when Z is Mn in the following formula, transition metals that are not identical to Co, Ni, and Mn), Groups 2 and 13 of the periodic table (when Z is Al in the formula below) The general formula is Li k Ni m Co p Z (1-mp) containing at least one element selected from the group consisting of Group 13 elements not identical to Al) and Group 14 elements, halogen elements and S O r (wherein Z represents Al or Mn, k represents a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, and p represents A number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, m + p representing a number satisfying m + p ≦ 1, and r representing a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2. Metal composite oxides are preferred.

好適な具体例として、一般式がLiNiCo(1−m−p)(式中、ZはAlまたはMnを表し、kは0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mは0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pは0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pはm+p≦1を満たす数を表し、rは1.8≦r≦2.2を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。 As a preferable specific example, the general formula is Li k Ni m Co p Z (1-mp) O r (wherein Z represents Al or Mn, and k satisfies 0.95 ≦ k ≦ 1.10. M represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, m + p represents a number satisfying m + p ≦ 1, r Represents a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2).

(4)チタン、アルミニウム、バナジウム、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよび硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、コバルト酸リチウム
これらの元素が存在することによってピラー効果が生じ、結晶構造が安定することによりサイクル特性が向上すると考えられる。また、表面修飾によりサイクル特性が向上すると考えられる。
より好ましくはチタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことである。チタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことにより、更にサイクル特性が向上する。またマグネシウムを含むことによりこれらの効果に加えて、更に熱安定性が向上する。
(4) Lithium cobaltate containing at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, vanadium, zirconium, magnesium, calcium, strontium, and sulfur. It is considered that the cycle characteristics are improved by stabilizing. Moreover, it is thought that cycling characteristics improve by surface modification.
More preferably, it contains at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium. By including at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium, the cycle characteristics are further improved. In addition to these effects, the thermal stability is further improved by including magnesium.

態様(4)においては、硫黄の存在により電子の通りやすさが向上するため、更に、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
硫黄の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫黄の合計に対して、0.03〜0.7重量%であるのが好ましい。0.03重量%より少ないと、電子の移動抵抗が低減しにくい場合がある。0.7重量%より多いと、水分吸着によりガス発生が生じる場合がある。
In the aspect (4), since the passage of electrons is improved by the presence of sulfur, it is considered that the cycle characteristics and the load characteristics are further improved.
The sulfur content is preferably 0.03 to 0.7% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and sulfur. If it is less than 0.03% by weight, it may be difficult to reduce the resistance of electron movement. If it is more than 0.7% by weight, gas generation may occur due to moisture adsorption.

態様(4)においては、硫黄はどのような形で存在していてもよい。例えば、硫酸根の形で存在していてもよい。
硫酸根は、硫酸イオン、硫酸イオンからその電子を除いた原子の集団およびスルホ基を含む。アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、有機硫酸塩ならびに有機スルホン酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましい。
中でも、アルカリ金属の硫酸塩およびアルカリ土類金属の硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましく、アルカリ金属の硫酸塩に基づくのがより好ましい。これらは、強酸強塩基の結合からなるため、化学的に安定だからである。
In the aspect (4), sulfur may be present in any form. For example, it may exist in the form of sulfate radicals.
The sulfate radical includes sulfate ions, a group of atoms obtained by removing the electrons from sulfate ions, and a sulfo group. It is preferably based on at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, organic sulfates and organic sulfonic acids and salts thereof.
Among them, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates and alkaline earth metal sulfates, and more preferable to use alkali metal sulfates. This is because these are chemically stable because they are composed of strong acid strong base bonds.

態様(4)においては、硫酸根はリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在していることが好ましい。粒子の表面に硫酸根を有することにより、硫酸根が電子を通りやすくすると考えられる。そのため、さらに負荷特性が向上する。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の全体を被覆している場合であっても、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の一部を被覆している場合であっても、さらに負荷特性が向上する。
In the aspect (4), the sulfate radical is preferably present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles. By having sulfate radicals on the surface of the particles, it is considered that the sulfate radicals can easily pass electrons. Therefore, load characteristics are further improved.
Even when the sulfate radical covers the entire particle surface of the lithium transition metal composite oxide, or even when the sulfate radical covers a part of the particle surface of the lithium transition metal composite oxide. Further, load characteristics are improved.

態様(4)においては、コバルト酸リチウムのLi、CoおよびOの組成比を一般式LiCoOで表したときに、xが0.95≦x≦1.10を満たす数を表し、yが1.8≦y≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。 In the aspect (4), when the composition ratio of Li, Co, and O of lithium cobaltate is represented by the general formula Li x CoO y , x represents a number satisfying 0.95 ≦ x ≦ 1.10. Preferably represents a number satisfying 1.8 ≦ y ≦ 2.2.

(5)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式LiCo1−b(MはTi、Al、V、Zr、Mg、CaおよびSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Xはハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種を表し、aは0.95≦a≦1.10を満たす数を表し、bは0≦b≦0.10を満たす数を表し、cは1.8≦c≦2.2を満たす数を表し、dは0≦d≦0.10を満たす数を表し、eは0≦e≦0.015を満たす数を表す。)で表される態様。
態様(4)と同様の理由により好ましい。
(5) at least a lithium-transition metal composite oxide is represented by the general formula Li a Co 1-b M b O c X d S e (M is Ti, Al, V, Zr, Mg, selected from the group consisting of Ca and Sr X represents at least one element selected from halogen elements, a represents a number satisfying 0.95 ≦ a ≦ 1.10, and b represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.10. C represents a number satisfying 1.8 ≦ c ≦ 2.2, d represents a number satisfying 0 ≦ d ≦ 0.10, and e represents a number satisfying 0 ≦ e ≦ 0.015.) An embodiment represented by
It is preferable for the same reason as in the aspect (4).

(5)チタン、アルミニウム、バナジウム、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよび硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種
これらの元素が存在することによってピラー効果が生じ、結晶構造が安定することによりサイクル特性が向上すると考えられる。また表面修飾によりサイクル特性が向上すると考えられる。
より好ましくはチタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことである。チタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことにより、更にサイクル特性が向上する。またマグネシウムを含むことによりこれらの効果に加えて、更に熱安定性が向上する。
(5) comprising at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, vanadium, zirconium, magnesium, calcium, strontium and sulfur, comprising lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium aluminate and nickel cobalt lithium manganate At least one selected from the group It is considered that the presence of these elements causes a pillar effect and improves the cycle characteristics by stabilizing the crystal structure. Moreover, it is thought that cycling characteristics improve by surface modification.
More preferably, it contains at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium. By including at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium, the cycle characteristics are further improved. In addition to these effects, the thermal stability is further improved by including magnesium.

態様(5)においては、硫黄の存在により電子の通りやすさが向上するため、更に、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
硫黄の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫黄の合計に対して、0.03〜0.7重量%であるのが好ましい。0.03重量%より少ないと、電子の移動抵抗が低減しにくい場合がある。0.7重量%より多いと、水分吸着によりガス発生が生じる場合がある。
In aspect (5), since the passage of electrons is improved by the presence of sulfur, it is considered that the cycle characteristics and load characteristics are further improved.
The sulfur content is preferably 0.03 to 0.7% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and sulfur. If it is less than 0.03% by weight, it may be difficult to reduce the resistance of electron movement. If it is more than 0.7% by weight, gas generation may occur due to moisture adsorption.

態様(5)においては、硫黄はどのような形で存在していてもよい。例えば、硫酸根の形で存在していてもよい。
硫酸根は、硫酸イオン、硫酸イオンからその電子を除いた原子の集団およびスルホ基を含む。アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、有機硫酸塩ならびに有機スルホン酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましい。
中でも、アルカリ金属の硫酸塩およびアルカリ土類金属の硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましく、アルカリ金属の硫酸塩に基づくのがより好ましい。これらは、強酸強塩基の結合からなるため、化学的に安定だからである。
In the aspect (5), sulfur may be present in any form. For example, it may exist in the form of sulfate radicals.
The sulfate radical includes sulfate ions, a group of atoms obtained by removing the electrons from sulfate ions, and a sulfo group. It is preferably based on at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, organic sulfates and organic sulfonic acids and salts thereof.
Among them, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates and alkaline earth metal sulfates, and more preferable to use alkali metal sulfates. This is because these are chemically stable because they are composed of strong acid strong base bonds.

態様(5)においては、硫酸根はリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在していることが好ましい。粒子の表面に硫酸根を有することにより、硫酸根が電子を通りやすくすると考えられる。そのため、さらに負荷特性が向上する。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の全体を被覆している場合であっても、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の一部を被覆している場合であっても、さらに負荷特性が向上する。
In the aspect (5), it is preferable that the sulfate group exists on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles. By having sulfate radicals on the surface of the particles, it is considered that the sulfate radicals can easily pass electrons. Therefore, load characteristics are further improved.
Even when the sulfate radical covers the entire particle surface of the lithium transition metal composite oxide, or even when the sulfate radical covers a part of the particle surface of the lithium transition metal composite oxide. Further, load characteristics are improved.

態様(5)においては、ニッケルコバルト酸リチウムのLi、Ni、CoおよびOの組成比を一般式LiNiCoで表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。 In the embodiment (5), when expressed Li of lithium nickel cobaltate, Ni, a composition ratio of Co and O in the general formula Li k Ni m Co p O r , k is 0.95 ≦ k ≦ 1.10 M represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, and r represents 1.8 ≦ r ≦ 2. It is preferable to represent a number satisfying 2.

態様(5)においては、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムのLi、Ni、Co、AlおよびOの組成比を一般式LiNiCoAl(1−m−p)で表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pがm+p≦1を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。 In the aspect (5), when the composition ratio of Li, Ni, Co, Al, and O of nickel cobalt lithium aluminate is represented by the general formula Li k Ni m Co p Al (1-mp) O r , k represents a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, and p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9. , M + p represents a number satisfying m + p ≦ 1, and r preferably represents a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2.

態様(5)においては、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムのLi、Ni、Co、MnおよびOの組成比を一般式LiNiCoMn(1−m−p)で表したときに、kが0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mが0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pが0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pがm+p≦1を満たす数を表し、rが1.8≦r≦2.2を満たす数を表すのが好ましい。 In the embodiment (5), Li of lithium nickel cobalt manganese oxide, Ni, Co, when representing the composition ratio of Mn and O in the general formula Li k Ni m Co p Mn ( 1-m-p) O r, k represents a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, and p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9. , M + p represents a number satisfying m + p ≦ 1, and r preferably represents a number satisfying 1.8 ≦ r ≦ 2.2.

本発明の正極活物質において、リチウム遷移金属複合酸化物は、ニッケルコバルト酸リチウムとニッケルコバルトアルミン酸リチウムの混合物であっても、ニッケルコバルト酸リチウムとニッケルコバルトマンガン酸リチウムの混合物であっても、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムとニッケルコバルトマンガン酸リチウムの混合物であってもよい。また、これらとコバルト酸リチウムとの混合物であってもよい。   In the positive electrode active material of the present invention, the lithium transition metal composite oxide may be a mixture of lithium nickel cobaltate and nickel cobalt lithium aluminate, or a mixture of lithium nickel cobaltate and nickel cobalt lithium manganate, It may be a mixture of nickel cobalt lithium aluminate and nickel cobalt lithium manganate. Moreover, the mixture of these and lithium cobaltate may be sufficient.

本発明の正極活物質においては、リチウム遷移金属複合酸化物の体積基準の粒子径が50μm以上の粒子の割合は、全粒子の10体積%以下であることが好ましい。この範囲内の正極活物質であることで、高充電電位のサイクル特性および熱安定性の向上を損なうことなく、塗布特性、スラリー性状を向上することができる。   In the positive electrode active material of the present invention, the proportion of particles having a volume-based particle diameter of 50 μm or more of the lithium transition metal composite oxide is preferably 10% by volume or less of the total particles. By being a positive electrode active material within this range, it is possible to improve coating characteristics and slurry properties without impairing improvement in cycle characteristics and thermal stability of a high charge potential.

リチウム遷移金属複合酸化物の比表面積は、0.2〜3m/gであるのが好ましい。
比表面積が小さすぎると、正極活物質の粒径が大きくなりすぎて、電池特性が低下する。比表面積が大きすぎると、正極活物質表面またはその近傍で起こる電解液の酸化分解反応が増し、発生するガス量が増える。上記範囲であると、低温特性、出力特性および熱安定性の向上を損なうことなく、ガス発生を低減でき、より優れたサイクル特性および負荷特性が得られる。
比表面積は、窒素ガス吸着法により測定することができる。
The specific surface area of the lithium transition metal composite oxide is preferably 0.2 to 3 m 2 / g.
When the specific surface area is too small, the particle size of the positive electrode active material becomes too large and the battery characteristics deteriorate. When the specific surface area is too large, the oxidative decomposition reaction of the electrolytic solution occurring on or near the surface of the positive electrode active material increases, and the amount of gas generated increases. Within the above range, gas generation can be reduced without impairing improvements in low temperature characteristics, output characteristics and thermal stability, and more excellent cycle characteristics and load characteristics can be obtained.
The specific surface area can be measured by a nitrogen gas adsorption method.

リチウム遷移金属複合酸化物は、体積基準の粒子径が50μm以上の粒子の割合が、全粒子の10体積%以下であるのが好ましい。上記範囲であると、負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性の向上を損なうことなく、塗布特性およびスラリー性状を向上させることができる。   In the lithium transition metal composite oxide, the proportion of particles having a volume-based particle size of 50 μm or more is preferably 10% by volume or less of the total particles. Within the above range, the coating characteristics and slurry properties can be improved without impairing the improvement of load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics and thermal stability.

本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物の表面の少なくとも一部をAlおよび/またはLiTiOの粉末からなる被覆層が被覆しているのが、好ましい態様の一つである。
被覆層がAlの粉末からなると、電気二重層中の移動速度を多少低下することができ、結晶格子中のリチウムイオンの移動速度とバランスを保つことができると考えられる。したがって、電圧降下を改善することができる。
また、被覆層がLiTiOの粉末からなると、充放電時にリチウムイオンの授受を行う際、特異な現象が起きているため、更に負荷特性を向上させることができる。LiTiOは空間群Fm3mに属するのが好ましい。
In the present invention, it is one of preferred embodiments that at least a part of the surface of the lithium transition metal composite oxide is covered with a coating layer made of Al 2 O 3 and / or LiTiO 2 powder.
When the coating layer is made of Al 2 O 3 powder, it is considered that the moving speed in the electric double layer can be somewhat lowered, and the moving speed of lithium ions in the crystal lattice can be kept in balance. Therefore, the voltage drop can be improved.
In addition, when the coating layer is made of LiTiO 2 powder, a unique phenomenon occurs when the lithium ions are exchanged during charging and discharging, so that the load characteristics can be further improved. LiTiO 2 preferably belongs to the space group Fm3m.

<非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法>
本発明の正極活物質の製造方法は特に限定されないが、例えば、以下の(1)および(2)さらには(3)のようにして製造することができる。
<Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery>
Although the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention is not specifically limited, For example, it can manufacture as follows (1) and (2) and also (3).

(1)原料混合物の作製
後述する化合物を各構成元素が所定の組成比となるように混合して、原料混合物を得る。原料混合物に用いられる化合物は、目的とする組成を構成する元素に応じて選択される。
混合の方法は、特に限定されず、例えば、水および/または有機溶媒を用いてスラリー状として混合した後、乾燥させて原料混合物とする方法;上述した化合物の水溶液を混合して沈殿させ、得られた沈殿物を乾燥させて原料混合物とする方法;これらを併用する方法が挙げられる。
(1) Preparation of raw material mixture The compounds described later are mixed so that each constituent element has a predetermined composition ratio to obtain a raw material mixture. The compound used for the raw material mixture is selected according to the elements constituting the target composition.
The mixing method is not particularly limited, for example, a method of mixing in a slurry form using water and / or an organic solvent, and then drying to obtain a raw material mixture; A method of drying the resulting precipitate to obtain a raw material mixture; a method of using these together.

以下に、原料混合物に用いられる化合物を例示する。
リチウム化合物は、特に限定されないが、例えば、LiCO、LiOH、LiOH・HO、LiO、LiCl、LiNO、LiSO、LiHCO、Li(CHCOO)、フッ化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、過酸化リチウムが挙げられる。中でも、LiCO、LiOH、LiOH・HO、LiO、LiCl、LiNO、LiSO、LiHCO、Li(CHCOO)が好ましい。
Below, the compound used for a raw material mixture is illustrated.
Lithium compound is not particularly limited, for example, Li 2 CO 3, LiOH, LiOH · H 2 O, Li 2 O, LiCl, LiNO 3, Li 2 SO 4, LiHCO 3, Li (CH 3 COO), fluoride Examples include lithium, lithium bromide, lithium iodide, and lithium peroxide. Among these, Li 2 CO 3 , LiOH, LiOH · H 2 O, Li 2 O, LiCl, LiNO 3 , Li 2 SO 4 , LiHCO 3 , and Li (CH 3 COO) are preferable.

コバルト化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化コバルト、水酸化コバルト、炭酸コバルト、塩化コバルト、ヨウ化コバルト、硫酸コバルト、臭素酸コバルト、硝酸コバルトが挙げられる。中でも、CoSO・7HO、Co(NO・6HOが好ましい。 The cobalt compound is not particularly limited, and examples thereof include cobalt oxide, cobalt hydroxide, cobalt carbonate, cobalt chloride, cobalt iodide, cobalt sulfate, cobalt bromate, and cobalt nitrate. Among these, CoSO 4 · 7H 2 O and Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O are preferable.

ニッケル化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、ギ酸ニッケルが挙げられる。中でも、NiSO・6HO、Ni(NO・6HOが好ましい。 The nickel compound is not particularly limited, and examples thereof include nickel oxide, nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel sulfate, nickel nitrate, and nickel formate. Among these, NiSO 4 · 6H 2 O and Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O are preferable.

アルミニウム化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウムが挙げられる。中でも、Al(SO、Al(NO、Al、Al(OH)が好ましい。 The aluminum compound is not particularly limited, and examples thereof include aluminum oxide, aluminum hydroxide, aluminum carbonate, aluminum chloride, aluminum iodide, aluminum sulfate, and aluminum nitrate. Among these, Al 2 (SO 4 ) 3 , Al (NO 3 ) 3 , Al 2 O 3 , and Al (OH) 3 are preferable.

マンガン化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化マンガン、水酸化マンガン、炭酸マンガン、塩化マンガン、ヨウ化マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガンが挙げられる。中でも、MnSO、MnClが好ましい。 The manganese compound is not particularly limited, and examples thereof include manganese oxide, manganese hydroxide, manganese carbonate, manganese chloride, manganese iodide, manganese sulfate, and manganese nitrate. Among these, MnSO 4 and MnCl 2 are preferable.

バナジウム化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化バナジウム、水酸化バナジウム、塩化バナジウム、硫酸バナジウムが挙げられる。中でも、V、VClが好ましい。 The vanadium compound is not particularly limited, and examples thereof include vanadium oxide, vanadium hydroxide, vanadium chloride, and vanadium sulfate. Among these, V 2 O 5 and VCl 2 are preferable.

ストロンチウム化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウムが挙げられる。中でも、SrO、Sr(OH)が好ましい。 The strontium compound is not particularly limited, and examples thereof include strontium oxide, strontium hydroxide, strontium chloride, and strontium sulfate. Of these, SrO and Sr (OH) 2 are preferable.

カルシウム化合物は、特に限定されないが、例えば、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウムが挙げられる。中でも、CaO、CaCOが好ましい。 The calcium compound is not particularly limited, and examples thereof include calcium oxide, calcium carbonate, calcium hydroxide, calcium chloride, and calcium nitrate. Of these, CaO and CaCO 3 are preferable.

硫黄含有化合物は、特に限定されないが、例えば、硫化物、ヨウ化硫黄、硫化水素、硫酸とその塩、硫化窒素が挙げられる。中でも、LiSO、MnSO、(NHSO、Al(SO、MgSOが好ましい。 Although a sulfur containing compound is not specifically limited, For example, sulfide, sulfur iodide, hydrogen sulfide, a sulfuric acid, its salt, and nitrogen sulfide are mentioned. Among these, Li 2 SO 4 , MnSO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , Al 2 (SO 4 ) 3 , and MgSO 4 are preferable.

ハロゲン元素を含む化合物は、特に限定されないが、例えば、フッ化水素、フッ化酸素、フッ化水素酸、塩化水素、塩酸、酸化塩素、フッ化酸化塩素、酸化臭素、フルオロ硫酸臭素、ヨウ化水素、酸化ヨウ素、過ヨウ素酸が挙げられる。中でも、NHF、NHCl、NHBr、NHI、LiF、LiCl、LiBr、LiI、MnF、MnCl、MnBr、MnIが好ましい。 The compound containing a halogen element is not particularly limited. For example, hydrogen fluoride, oxygen fluoride, hydrofluoric acid, hydrogen chloride, hydrochloric acid, chlorine oxide, fluorinated chlorine oxide, bromine oxide, bromine fluorosulfate, hydrogen iodide , Iodine oxide, and periodic acid. Among these, NH 4 F, NH 4 Cl, NH 4 Br, NH 4 I, LiF, LiCl, LiBr, LiI, MnF 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , and MnI 2 are preferable.

マグネシウム化合物は、特に限定されないが、例えば、MgO、MgCO、Mg(OH)、MgCl、MgSO、Mg(NO、Mg(CHCOO)、ヨウ化マグネシウム、過塩素酸マグネシウムが挙げられる。中でも、MgSO、Mg(NOが好ましい。 Magnesium compound is not particularly limited, for example, MgO, MgCO 3, Mg ( OH) 2, MgCl 2, MgSO 4, Mg (NO 3) 2, Mg (CH 3 COO) 2, magnesium iodide, perchlorate Examples include magnesium. Among these, MgSO 4 and Mg (NO 3 ) 2 are preferable.

チタン化合物は、特に限定されない。例えばフッ化チタン、塩化チタン、臭化チタン、ヨウ化チタン、酸化チタン、硫化チタン、硫酸チタン等が挙げられる。中でもTiO、TiO、Ti、TiCl、Ti(SOが好ましい。 The titanium compound is not particularly limited. Examples thereof include titanium fluoride, titanium chloride, titanium bromide, titanium iodide, titanium oxide, titanium sulfide, and titanium sulfate. Of these, TiO, TiO 2 , Ti 2 O 3 , TiCl 2 , and Ti (SO 4 ) 2 are preferable.

ジルコニウム化合物は、特に限定されない。例えば、フッ化ジルコニウム、塩化ジルコニウム、臭化ジルコニウム、ヨウ化ジルコニウム、酸化ジルコニウム、硫化ジルコニウム、炭酸ジルコニウム等が挙げられる。中でもZrF、ZrCl、ZrCl、ZrBr、ZrI、ZrO、Zr(OH)等が好ましい。
また、上述した各元素の2種以上を含有する化合物を用いてもよい。
The zirconium compound is not particularly limited. Examples thereof include zirconium fluoride, zirconium chloride, zirconium bromide, zirconium iodide, zirconium oxide, zirconium sulfide, zirconium carbonate and the like. Among them ZrF 2, ZrCl, ZrCl 2, ZrBr 2, ZrI 2, ZrO, Z r (OH) 3 and the like are preferable.
Moreover, you may use the compound containing 2 or more types of each element mentioned above.

以下に、原料混合物を得る好適な方法を、具体的に説明する。
(i)上述したコバルト化合物、ジルコニウム化合物およびマグネシウム化合物から調製した。所定の組成比のコバルトイオン、ジルコニウムイオンおよびマグネシウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している純水中に滴下する。 ついで、pH7〜11となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、40〜80℃、回転数500〜1500rpmで攪拌し反応させる。所定の組成比のコバルトイオン、ジルコニウムイオンおよびマグネシウムイオンを含有する水溶液の滴下を終了させた後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9〜10になるまで滴下しつづけ、コバルト、ジルコニウムおよびマグネシウムの沈殿物を得る。なお、水酸化ナトリウム水溶液の代わりに、炭酸水素アンモニウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液等のアルカリ溶液を用いることもできる。
Below, the suitable method of obtaining a raw material mixture is demonstrated concretely.
(I) Prepared from the cobalt compound, zirconium compound and magnesium compound described above. An aqueous solution containing cobalt ions, zirconium ions and magnesium ions having a predetermined composition ratio is dropped into pure water being stirred. Next, an aqueous sodium hydroxide solution is added dropwise so that the pH is 7 to 11, and the mixture is stirred and reacted at 40 to 80 ° C. and at a rotational speed of 500 to 1500 rpm. After finishing the dropping of the aqueous solution containing cobalt ions, zirconium ions and magnesium ions of a predetermined composition ratio, only the aqueous sodium hydroxide solution was dropped until the pH reached 9 to 10, and the precipitates of cobalt, zirconium and magnesium were added. obtain. Instead of the sodium hydroxide aqueous solution, an alkaline solution such as an ammonium hydrogen carbonate aqueous solution, a sodium hydrogen carbonate aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or a lithium hydroxide aqueous solution can also be used.

つぎに、水溶液をろ過して沈殿物を採取し、採取した沈殿物を水洗し、熱処理した後、上述したリチウム化合物と混合して、原料混合物を得る。   Next, the aqueous solution is filtered to collect a precipitate. The collected precipitate is washed with water and heat-treated, and then mixed with the above-described lithium compound to obtain a raw material mixture.

(ii)上述したコバルト化合物、ニッケル化合物、マンガン化合物、ジルコニウム化合物から調製した。所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオン、マンガンイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している純水中に滴下する。 ここに、pH8〜11となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、40〜80℃、回転数500〜1500rpmで攪拌し反応させる。所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオン、マンガンイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液の滴下を終了させた後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9〜10になるまで滴下しつづけ、コバルト、ニッケル、マンガンおよびジルコニウムの沈殿物を得る。なお、水酸化ナトリウム水溶液の代わりに、炭酸水素アンモニウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液等のアルカリ溶液を用いることもできる。   (Ii) Prepared from the cobalt compound, nickel compound, manganese compound, and zirconium compound described above. An aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions, manganese ions and zirconium ions having a predetermined composition ratio is dropped into pure water being stirred. A sodium hydroxide aqueous solution is dripped here so that it may become pH 8-11, and it is made to react by stirring at 40-80 degreeC and rotation speed 500-1500 rpm. After finishing the dropping of the aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions, manganese ions and zirconium ions having a predetermined composition ratio, only the aqueous sodium hydroxide solution was dropped until the pH reached 9 to 10, and cobalt, nickel, manganese and A zirconium precipitate is obtained. Instead of the sodium hydroxide aqueous solution, an alkaline solution such as an ammonium hydrogen carbonate aqueous solution, a sodium hydrogen carbonate aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or a lithium hydroxide aqueous solution can also be used.

つぎに、水溶液をろ過して沈殿物を採取し、採取した沈殿物を水洗し、熱処理した後、上述したリチウム化合物と混合して、原料混合物を得る。   Next, the aqueous solution is filtered to collect a precipitate. The collected precipitate is washed with water and heat-treated, and then mixed with the above-described lithium compound to obtain a raw material mixture.

(iii)上述したコバルト化合物、ニッケル化合物、アルミニウム化合物、ジルコニウム化合物から調製した。所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオン、アルミニウムイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している純水中に滴下する。ここに、pH8〜11となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、40〜80℃、回転数500〜1500rpmで攪拌し反応させる。所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオン、アルミニウムイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液の滴下後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9〜10になるまで滴下しつづけ、コバルト、ニッケル、マンガンおよびジルコニウムの沈殿物を得る。なお、水酸化ナトリウム水溶液の代わりに、炭酸水素アンモニウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液等のアルカリ溶液を用いることもできる。   (Iii) Prepared from the cobalt compound, nickel compound, aluminum compound and zirconium compound described above. An aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions, aluminum ions and zirconium ions having a predetermined composition ratio is dropped into pure water being stirred. A sodium hydroxide aqueous solution is dripped here so that it may become pH 8-11, and it is made to react by stirring at 40-80 degreeC and rotation speed 500-1500 rpm. After dropwise addition of an aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions, aluminum ions and zirconium ions of a predetermined composition ratio, only sodium hydroxide aqueous solution is continuously dropped until the pH reaches 9 to 10, and precipitates of cobalt, nickel, manganese and zirconium Get. Instead of the sodium hydroxide aqueous solution, an alkaline solution such as an ammonium hydrogen carbonate aqueous solution, a sodium hydrogen carbonate aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or a lithium hydroxide aqueous solution can also be used.

つぎに、水溶液をろ過して沈殿物を採取し、採取した沈殿物を水洗し、熱処理した後、上述したリチウム化合物と混合して、原料混合物を得る。   Next, the aqueous solution is filtered to collect a precipitate. The collected precipitate is washed with water and heat-treated, and then mixed with the above-described lithium compound to obtain a raw material mixture.

(2)原料混合物の焼成および粉砕
ついで、原料混合物を焼成する。焼成の温度、時間、雰囲気等は、特に限定されず、目的に応じて適宜決定することができる。
焼成温度は、700℃以上であるのが好ましく、800℃以上であるのがより好ましく、850℃以上であるのがさらに好ましい。焼成温度が低すぎると、未反応の原料が正極活物質中に残留し、正極活物質の本来の特徴を生かせない場合がある。また、焼成温度は、1200℃以下であるのが好ましく、1150℃以下であるのがより好ましく、1100℃以下であるのがさらに好ましい。焼成温度が高すぎると、副生成物が生成しやすくなり、単位重量当たりの放電容量の低下、サイクル特性の低下、作動電圧の低下を招く。
焼成の時間は、1時間以上であるのが好ましく、6時間以上であるのがより好ましい。上記範囲であると、混合物の粒子間の拡散反応が十分に進行する。
また、焼成の時間は、36時間以下であるのが好ましく、30時間以下であるのがより好ましい。上記範囲であると、合成が十分に進む。
(2) Firing and grinding of raw material mixture Next, the raw material mixture is fired. The firing temperature, time, atmosphere, and the like are not particularly limited, and can be appropriately determined according to the purpose.
The firing temperature is preferably 700 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, and further preferably 850 ° C. or higher. If the firing temperature is too low, unreacted raw materials may remain in the positive electrode active material, and the original characteristics of the positive electrode active material may not be utilized. The firing temperature is preferably 1200 ° C or lower, more preferably 1150 ° C or lower, and further preferably 1100 ° C or lower. If the firing temperature is too high, by-products are likely to be generated, resulting in a decrease in discharge capacity per unit weight, a decrease in cycle characteristics, and a decrease in operating voltage.
The firing time is preferably 1 hour or longer, and more preferably 6 hours or longer. Within the above range, the diffusion reaction between the particles of the mixture proceeds sufficiently.
The firing time is preferably 36 hours or less, and more preferably 30 hours or less. When it is within the above range, the synthesis proceeds sufficiently.

焼成の雰囲気は、例えば、大気、酸素ガス、これらと窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスとの混合ガス、酸素濃度(酸素分圧)を制御した雰囲気、弱酸化雰囲気が挙げられる。   Examples of the firing atmosphere include air, oxygen gas, a mixed gas of these with an inert gas such as nitrogen gas and argon gas, an atmosphere in which the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled, and a weak oxidizing atmosphere.

焼成後、所望により、らいかい乳鉢、ボールミル、振動ミル、ピンミル、ジェットミル等を用いて粉砕し、目的とする粒度の粉体とすることもできる。   After firing, if desired, the powder may be pulverized using a rough mortar, ball mill, vibration mill, pin mill, jet mill or the like to obtain a powder having a desired particle size.

以上の製造方法を使用することにより、目的とする本発明の正極活物質を得ることができる。   By using the above production method, the target positive electrode active material of the present invention can be obtained.

以下、本発明の正極活物質の具体的な製造方法について説明する。
所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している純水中に滴下する。ここに、pH=9となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、80℃、回転数650rpmでコバルトおよびニッケルを沈殿させ、コバルトおよびニッケルの沈殿物を得る。得られる沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、酸化アルミニウムおよび水酸化リチウム一水和物と混合し、大気雰囲気中にて約750℃で約10時間焼成する。これを粉砕して正極活物質を得る。
得られる正極活物質の組成比は、Li:Ni:Co:Al:Zr=1.04:0.7:0.2:0.1:0.01である。
断面STEM像で確認したところ、結晶子界面の一部にジルコニウムを有していることが分かる。
Hereinafter, a specific method for producing the positive electrode active material of the present invention will be described.
An aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions and zirconium ions having a predetermined composition ratio is dropped into pure water being stirred. Here, a sodium hydroxide aqueous solution is dropped so that pH = 9, and cobalt and nickel are precipitated at 80 ° C. and a rotational speed of 650 rpm to obtain a precipitate of cobalt and nickel. The resulting precipitate is filtered, washed with water, heat-treated, mixed with aluminum oxide and lithium hydroxide monohydrate, and calcined at about 750 ° C. for about 10 hours in an air atmosphere. This is pulverized to obtain a positive electrode active material.
The composition ratio of the obtained positive electrode active material is Li: Ni: Co: Al: Zr = 1.04: 0.7: 0.2: 0.1: 0.01.
When confirmed by a cross-sectional STEM image, it can be seen that zirconium is included in part of the crystallite interface.

所定の組成比のコバルトイオン、ニッケルイオン、マンガンイオンおよびジルコニウムイオンを含有する水溶液を、攪拌している純水中に滴下する。ここに、pH=9となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、コバルト、ニッケル、マンガンおよびジルコニウムを沈殿させ、コバルト、ニッケル、マンガンおよびジルコニウムの沈殿物を得る。得られる沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムを混合し、大気雰囲気中にて約950℃で約10時間焼成する。これを粉砕して、正極活物質を得る。
得られる正極活物質の組成比は、Li:Ni:Co:Mn:Zr=1.04:0.33:0.33:0.33:0.01である。
断面STEM像で確認したところ、結晶子界面の一部にジルコニウムを有していることが分かる。
An aqueous solution containing cobalt ions, nickel ions, manganese ions and zirconium ions having a predetermined composition ratio is dropped into pure water being stirred. Here, sodium hydroxide aqueous solution is dropped so that pH = 9, and cobalt, nickel, manganese and zirconium are precipitated to obtain a precipitate of cobalt, nickel, manganese and zirconium. The obtained precipitate is filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and fired at about 950 ° C. for about 10 hours in an air atmosphere. This is pulverized to obtain a positive electrode active material.
The composition ratio of the obtained positive electrode active material is Li: Ni: Co: Mn: Zr = 1.04: 0.33: 0.33: 0.33: 0.01.
When confirmed by a cross-sectional STEM image, it can be seen that zirconium is included in part of the crystallite interface.

<正極合剤>
つぎに、本発明の正極合剤について説明する。
本発明の正極合剤は、少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する正極活物質と導電剤を有する。
本発明の正極合剤に用いられる正極活物質は、上述した本発明の正極活物質である。
<Positive electrode mixture>
Next, the positive electrode mixture of the present invention will be described.
The positive electrode mixture of the present invention has at least a positive electrode active material having a lithium transition metal composite oxide having a layered structure and a conductive agent.
The positive electrode active material used for the positive electrode mixture of the present invention is the above-described positive electrode active material of the present invention.

本発明の正極合剤において、導電剤は、特に限定されないが、例えば、天延黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコースト等の無定形炭素などの炭素材料が挙げられる。
好ましくは、アセチレンブラックおよび/または人造黒鉛である。これらは伝導性に優れるため、さらにサイクル特性および負荷特性が向上する。
In the positive electrode mixture of the present invention, the conductive agent is not particularly limited, and examples thereof include carbon materials such as graphite such as Tennobu graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coast. .
Acetylene black and / or artificial graphite are preferable. Since these are excellent in conductivity, cycle characteristics and load characteristics are further improved.

本発明の正極合剤において、間とは、リチウム遷移金属複合酸化物と接触する導電剤との間をいう。
本発明において、正極合剤は、正極活物質、導電剤、結着剤および結着剤の溶媒からなるペースト状のものだけでなく、正極集電体に塗布した後、乾燥させて結着剤の溶媒をとばした後の状態も含む。
In the positive electrode mixture of the present invention, “between” means between the conductive agent in contact with the lithium transition metal composite oxide.
In the present invention, the positive electrode mixture is not only a paste-like material composed of a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent for the binder, but also after being applied to the positive electrode current collector and then dried. This includes a state after the solvent is skipped.

本発明の正極合剤は、上述した本発明の正極活物質を用いることにより、それぞれの正極活物質の効果を損なうことなく、集電体への塗布特性が向上する。これにより、電池特性が向上し、さらに塗布特性の向上した正極合剤となる。   By using the positive electrode active material of the present invention described above, the positive electrode mixture of the present invention improves the coating properties to the current collector without impairing the effect of each positive electrode active material. Thereby, battery characteristics are improved, and a positive electrode mixture with improved coating characteristics is obtained.

本発明の正極合剤は、製造方法を特に限定されないが、例えば、以下のようにして製造することができる。   Although the manufacturing method of the positive electrode mixture of the present invention is not particularly limited, for example, it can be manufactured as follows.

(1)正極活物質の作製
上述した本発明の正極活物質の製造方法により、正極活物質を得ることができる。
(1) Production of positive electrode active material A positive electrode active material can be obtained by the method for producing a positive electrode active material of the present invention described above.

(2)正極合剤の調整
得られた正極活物質の粉末に、アセチレンブラック、黒鉛等のカーボン系導電剤、結着剤および結着剤の溶媒または分散媒とを混合することにより正極合剤を調製する。
(2) Preparation of positive electrode mixture The positive electrode active material powder is mixed with a carbon-based conductive agent such as acetylene black and graphite, a binder, and a binder solvent or dispersion medium. To prepare.

本発明の正極活物質および正極合剤は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等の非水電解質二次電池に好適に用いられる。   The positive electrode active material and the positive electrode mixture of the present invention are suitably used for nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and lithium ion polymer secondary batteries.

<非水電解質二次電池>
本発明の非水電解質二次電池は、上述した本発明の正極活物質を用いた非水電解質二次電池である。本発明の正極活物質は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等の非水電解質二次電池に好適に用いられる。
<Nonaqueous electrolyte secondary battery>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery using the above-described positive electrode active material of the present invention. The positive electrode active material of the present invention is suitably used for non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and lithium ion polymer secondary batteries.

非水電解質二次電池は、従来公知の非水電解質二次電池において、正極活物質の少なくとも一部として本発明の正極活物質を用いればよく、他の構成は特に限定されない。例えば、リチウムイオン二次電池には電解液が用いられ、リチウムイオンポリマー二次電池には固体電解質(ポリマー電解質)が用いられる。リチウムイオンポリマー二次電池に用いられる固体電解質としては、後述する固体電解質が挙げられる。
以下、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。
The non-aqueous electrolyte secondary battery may be a known non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention as at least a part of the positive electrode active material, and other configurations are not particularly limited. For example, an electrolytic solution is used for a lithium ion secondary battery, and a solid electrolyte (polymer electrolyte) is used for a lithium ion polymer secondary battery. Examples of the solid electrolyte used in the lithium ion polymer secondary battery include a solid electrolyte described later.
Hereinafter, a lithium ion secondary battery will be described as an example.

負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物を使用することができる。リチウム合金としては、例えば、LiAl合金,LiSn合金,LiPb合金が挙げられる。リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料としては、例えば、グラファイト,黒鉛等の炭素材料が挙げられる。リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物としては、例えば、酸化スズ、酸化チタン等の酸化物が挙げられる。   As the negative electrode active material, metallic lithium, a lithium alloy, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, or a compound capable of occluding and releasing lithium ions can be used. Examples of the lithium alloy include a LiAl alloy, a LiSn alloy, and a LiPb alloy. Examples of the carbon material capable of occluding and releasing lithium ions include carbon materials such as graphite and graphite. Examples of the compound capable of occluding and releasing lithium ions include oxides such as tin oxide and titanium oxide.

電解液としては、作動電圧で変質したり、分解したりしない化合物であれば特に限定されない。電解質には、電解液も含まれる。
電解液に用いられる溶媒としては、例えば、ジメトキシエタン,ジエトキシエタン,エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネート,エチルメチルカーボネート,メチルホルメート,γ−ブチロラクトン,2−メチルテトラヒドロフラン,ジメチルスルホキシド,スルホラン等の有機溶媒が挙げられる。これらは単独でまたは2種類以上を混合して用いることができる。
The electrolyte solution is not particularly limited as long as it is a compound that does not change or decompose with the operating voltage. The electrolyte includes an electrolytic solution.
Examples of the solvent used in the electrolytic solution include dimethoxyethane, diethoxyethane, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl formate, γ-butyrolactone, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, Organic solvents such as sulfolane can be mentioned. These can be used alone or in admixture of two or more.

電解液に用いられる電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム,四フッ化ホウ酸リチウム,六フッ化リン酸リチウム,トリフルオロメタン酸リチウム等のリチウム塩が挙げられる。
上述した溶媒と電解質とを混合して電解液とする。ここで、ゲル化剤等を添加し、ゲル状として使用してもよい。また、吸湿性ポリマーに吸収させて使用してもよい。
更に、無機系または有機系のリチウムイオンの導電性を有する固体電解質を使用してもよい。
Examples of the electrolyte used for the electrolytic solution include lithium salts such as lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, and lithium trifluoromethanoate.
The above-described solvent and electrolyte are mixed to obtain an electrolytic solution. Here, a gelling agent or the like may be added and used as a gel. Moreover, you may make it absorb and use a hygroscopic polymer.
Further, a solid electrolyte having conductivity of inorganic or organic lithium ions may be used.

セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン製、ポリプロピレン製等の多孔性膜等が挙げられる。   Examples of the separator include a porous film made of polyethylene or polypropylene.

結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミドアクリル樹脂等が挙げられる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyamide acrylic resin, and the like.

本発明の正極活物質と、上述した負極活物質、電解質、セパレーターおよび結
着剤を用いて、定法に従い、本発明の非水電解質二次電池を得ることができる。
Using the positive electrode active material of the present invention and the above-described negative electrode active material, electrolyte, separator, and binder, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be obtained according to a conventional method.

正極活物質として、本発明の正極活物質とともにマンガン酸リチウムを用いることにより、サイクル特性、負荷特性および熱安定性が向上するだけでなく、過充電特性および安全性にも優れた非水電解質二次電池を得ることができる。   By using lithium manganate as the positive electrode active material together with the positive electrode active material of the present invention, not only the cycle characteristics, load characteristics and thermal stability are improved, but also the non-aqueous electrolyte having excellent overcharge characteristics and safety. A secondary battery can be obtained.

一般式LiMn3−a4+f(aは0.8≦a≦1.2を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表す。)で表されるマンガン酸リチウムが好ましい。前記マンガン酸リチウムは、その一部がマグネシウム、アルミニウム、カルシウム、バナジウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ホウ素およびスズからなる群から選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。 Represented by the general formula Li a Mn 3−a O 4 + f (a represents a number satisfying 0.8 ≦ a ≦ 1.2, and f represents a number satisfying −0.5 ≦ f ≦ 0.5). Lithium manganate is preferred. The lithium manganate is selected from the group consisting of magnesium, aluminum, calcium, vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, strontium, zirconium, niobium, molybdenum, boron and tin. It may be substituted with at least one selected from the above.

本発明の正極活物質とともに用いるマンガン酸リチウムは、少なくともスピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質である。このリチウム遷移金属複合酸化物の好適な態様として、以下の(i)〜(vii)が挙げられる。   The lithium manganate used together with the positive electrode active material of the present invention is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a lithium transition metal composite oxide having a spinel structure. The following (i) to (vii) are mentioned as preferred embodiments of the lithium transition metal composite oxide.

(i)一般式Li1+aMgTiMn2−a−b−c4+e(aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0.005≦b≦0.10を満たす数を表し、cは0.005≦c≦0.05を満たす数を表し、dは0.002≦d≦0.02を満たす数を表し、eは−0.5≦e≦0.5を満たす数を表す。)で表される態様。 (I) Formula Li 1 + a Mg b Ti c Mn 2-a-b-c B d O 4 + e (a represents a number satisfying -0.2 ≦ a ≦ 0.2, b is 0.005 ≦ b ≦ 0.10 represents a number satisfying 0.10, c represents a number satisfying 0.005 ≦ c ≦ 0.05, d represents a number satisfying 0.002 ≦ d ≦ 0.02, and e represents −0.5 ≦ e represents a number satisfying e ≦ 0.5.)

態様(i)は、サイクル特性、高温サイクル特性および負荷特性に優れる。
態様(i)において、aは、0より大きいのが好ましい。リチウムでマンガンの一部を置換することにより、サイクル特性が向上すると考えられる。
態様(i)において、bは、0.01以上であるのが好ましく、0.02以上であるのがより好ましく、また、0.08以下であるのが好ましく、0.07以下であるのがより好ましい。bが大きすぎると、+3価のマンガンイオンが減少するため充放電容量は低下する。bが小さすぎると、遷移金属のイオンの溶出が増大し、ガス発生を引き起こすため、高温特性が劣化する。
態様(i)において、cは、0.01以上であるのが好ましく、0.02以上であるのがより好ましく、また、0.08以下であるのが好ましく、0.07以下であるのがより好ましい。cが大きすぎると、充放電効率が低下する。cが小さすぎると、十分な負荷特性、サイクル特性が得られない。
態様(i)において、dは、0.003以上であるのが好ましく、また、0.008以下であるのが好ましい。dが大きすぎると、初期容量が低下する。また、遷移金属のイオンの溶出が増大し、ガス発生を引き起こすため、高温特性が劣化する。dが小さすぎると、一次粒子径が成長しないため、粒子の充填性が向上しない。
Aspect (i) is excellent in cycle characteristics, high temperature cycle characteristics and load characteristics.
In embodiment (i), a is preferably greater than 0. It is considered that the cycle characteristics are improved by substituting a part of manganese with lithium.
In the embodiment (i), b is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and preferably 0.08 or less, and 0.07 or less. More preferred. If b is too large, + 3-valent manganese ions decrease, and the charge / discharge capacity decreases. If b is too small, elution of transition metal ions increases and gas generation occurs, so that the high temperature characteristics deteriorate.
In the embodiment (i), c is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and preferably 0.08 or less, and 0.07 or less. More preferred. When c is too large, the charge / discharge efficiency decreases. If c is too small, sufficient load characteristics and cycle characteristics cannot be obtained.
In the embodiment (i), d is preferably 0.003 or more, and is preferably 0.008 or less. If d is too large, the initial capacity decreases. In addition, the elution of transition metal ions increases, causing gas generation, resulting in deterioration of high temperature characteristics. If d is too small, the primary particle size does not grow, and the particle packing property is not improved.

(ii)リチウム遷移金属複合酸化物が、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。   (Ii) An embodiment in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium and hafnium.

チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種を有することで、リチウムマンガン複合酸化物粒子の単位格子の格子定数は上昇し、粒子内のリチウムイオンの易動度は上昇しインピーダンスを低減することができると考えられる。このためサイクル特性および高温サイクル特性の向上を損なわずに、出力特性が向上すると考えられる。   By having at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium, and hafnium, the lattice constant of the unit cell of the lithium manganese composite oxide particle increases, the mobility of lithium ions in the particle increases, and the impedance decreases. I think it can be done. For this reason, it is thought that output characteristics improve, without impairing improvement of cycling characteristics and high temperature cycling characteristics.

(iii)リチウム遷移金属複合酸化物が、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種と、硫黄とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。 (Iii) The aspect in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium and hafnium and sulfur.

態様(iii)においては、硫黄の存在により電子の通りやすさが向上するため、さらに、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
硫黄の含有量は、リチウム遷移金属複合酸化物と硫黄の合計に対して、0.03〜0.3重量%であるのが好ましい。0.03重量%より少ないと、電子の移動抵抗が低減しにくい場合がある。0.3重量%より多いと、水分吸着により電池の膨れが生じる場合がある。
In the embodiment (iii), it is considered that the cycle characteristics and the load characteristics are further improved since the passage of electrons is improved by the presence of sulfur.
The sulfur content is preferably 0.03 to 0.3% by weight based on the total of the lithium transition metal composite oxide and sulfur. If it is less than 0.03% by weight, it may be difficult to reduce the resistance of electron movement. If it exceeds 0.3% by weight, the battery may swell due to moisture adsorption.

硫黄はどのような形で存在してもよい。例えば、硫酸根の形で存在していてもよい。
硫酸根は、硫酸イオン、硫酸イオンからその電荷を除いた原子の集団およびスルホ基を含む。アルカリ金属の硫酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、有機硫酸塩ならびに有機スルホン酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましい。
中でも、アルカリ金属の硫酸塩およびアルカリ土類金属の硫酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種に基づくのが好ましく、アルカリ金属の硫酸塩に基づくのがより好ましい。これらは、強酸強塩基の結合からなるため、化学的に安定だからである。
Sulfur may be present in any form. For example, it may exist in the form of sulfate radicals.
The sulfate radical includes sulfate ions, a group of atoms obtained by removing the charge from sulfate ions, and sulfo groups. It is preferably based on at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates, organic sulfates and organic sulfonic acids and salts thereof.
Among them, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of alkali metal sulfates and alkaline earth metal sulfates, and more preferable to use alkali metal sulfates. This is because these are chemically stable because they are composed of strong acid strong base bonds.

態様(iii)において、硫黄以外の元素を含有する理由は、態様(ii)と同様である。
態様(iii)においては、上記各元素を含有することで、各元素の相乗効果により、高い充放電容量を有し、かつ、結着性および表面の平滑性に優れる正極板を得ることができる。
In aspect (iii), the reason for containing elements other than sulfur is the same as in aspect (ii).
In the embodiment (iii), by containing each of the above elements, a positive electrode plate having a high charge / discharge capacity and excellent binding properties and surface smoothness can be obtained due to the synergistic effect of each element. .

リチウム遷移金属複合酸化物は、少なくとも粒子の表面に硫酸根を有していてもよい。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在することにより、粒子の周りの電子の移動抵抗が極めて小さくなり、その結果、電子の通りやすさが向上し、サイクル特性および負荷特性が向上すると考えられる。
また、本発明の正極活物質を用いて高電圧電池(例えば、リチウム遷移金属複合酸化物としてLiMn1.5Ni0.5を用いた電池)とした場合、従来の高電圧電池において問題であった充電時における電解質の分解が抑制され、その結果、サイクル特性が向上する。電解質の分解反応は、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子と電解質との界面において、リチウム遷移金属複合酸化物が触媒として起こると考えられているが、電解質を分解させる働きのない硫酸根でリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面の全部または一部が被覆されることにより、電解質と触媒との接触面積が減り、上記反応が抑制されると考えられる。
The lithium transition metal composite oxide may have a sulfate group at least on the surface of the particle.
The presence of the sulfate radical on the surface of the lithium transition metal composite oxide particle makes the electron transfer resistance around the particle extremely small, and as a result, the ease of passing electrons is improved, and the cycle characteristics and load characteristics are improved. It is thought to improve.
In addition, when the positive electrode active material of the present invention is used to form a high voltage battery (for example, a battery using LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 as a lithium transition metal composite oxide), there is a problem in the conventional high voltage battery. Thus, the decomposition of the electrolyte during charging is suppressed, and as a result, the cycle characteristics are improved. The electrolyte decomposition reaction is thought to occur as a catalyst at the interface between the lithium transition metal composite oxide particles and the electrolyte, but the lithium transition is caused by sulfate radicals that do not function to decompose the electrolyte. By covering all or part of the surface of the metal composite oxide particles, it is considered that the contact area between the electrolyte and the catalyst is reduced, and the above reaction is suppressed.

本発明において、硫酸根はリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面にどのような形で存在していても本発明の効果を発揮する。例えば、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の全体を被覆している場合であっても、硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の一部を被覆している場合であっても、サイクル特性および負荷特性が向上する。   In the present invention, the sulfate group exhibits the effect of the present invention regardless of the form of the sulfate group present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles. For example, even when the sulfate radical covers the entire particle surface of the lithium transition metal composite oxide, the sulfate radical covers a part of the particle surface of the lithium transition metal composite oxide. However, cycle characteristics and load characteristics are improved.

また、硫酸根は、少なくとも粒子の表面に存在していればよい。したがって、硫酸根の一部が粒子の内部に存在していてもよい。
硫酸根がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在しているかどうかは、種々の方法によって解析することができる。例えば、オージェ電子分光法、X線光電子分光法で解析することができる。
また、硫酸根の定量としては、種々の方法を用いることができる。例えば、ICP発光分光分析法、滴定法で定量することができる。
Moreover, the sulfate radical should just exist in the surface of particle | grains at least. Therefore, a part of the sulfate radical may exist inside the particle.
Whether or not the sulfate radical is present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles can be analyzed by various methods. For example, it can be analyzed by Auger electron spectroscopy or X-ray photoelectron spectroscopy.
Moreover, various methods can be used for the determination of sulfate radicals. For example, it can be quantified by ICP emission spectrometry or titration.

(iv)リチウム遷移金属複合酸化物が、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種と、硫黄と、ナトリウムおよび/またはカルシウムとを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。   (Iv) An embodiment in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having at least one selected from the group consisting of titanium, zirconium and hafnium, sulfur, sodium and / or calcium.

態様(iv)においては、ナトリウムおよび/またはカルシウムを含有することにより、ホウ素(好ましくは、ホウ素と硫黄)との相乗効果により、マンガンイオンの溶出をさらに抑制することができ、実用レベルの優れたサイクル特性を実現することができる。
態様(iv)において、ナトリウムおよび/またはカルシウム以外の元素を含有する理由は、態様(ii)および(iii)と同様である。
In the embodiment (iv), by containing sodium and / or calcium, elution of manganese ions can be further suppressed by a synergistic effect with boron (preferably boron and sulfur), and the practical level is excellent. Cycle characteristics can be realized.
In embodiment (iv), the reason for containing an element other than sodium and / or calcium is the same as in embodiment (ii) and (iii).

(v)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムとを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。   (V) An embodiment in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium.

アルミニウムおよび/またはマグネシウムを含有すると、結晶構造が安定化するため、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が優れたものになり、かつ、電池の膨れをさらに抑制することができる。   When aluminum and / or magnesium are contained, the crystal structure is stabilized, so that the storage characteristics, load characteristics, and output characteristics are not impaired, and the cycle characteristics are excellent, and the swelling of the battery is further suppressed. it can.

(vi)リチウム遷移金属複合酸化物が、アルミニウムおよび/またはマグネシウムと、ホウ素とを有するリチウムマンガン複合酸化物である態様。   (Vi) An embodiment in which the lithium transition metal composite oxide is a lithium manganese composite oxide having aluminum and / or magnesium and boron.

ホウ素はフラックスとして作用し、結晶成長を促進させ、さらに、サイクル特性および保存特性を向上させる。   Boron acts as a flux, promotes crystal growth, and further improves cycle characteristics and storage characteristics.

(vii)リチウム遷移金属複合酸化物が、一般式Li1+aMn2−a−b4+d(Mはアルミニウムおよび/またはマグネシウムを表し、aは−0.2≦a≦0.2を満たす数を表し、bは0≦b≦0.2を満たす数を表し、cは0≦c≦0.02を満たす数を表し、dは−0.5≦d≦0.5を満たす数を表す。)で表される態様。 (Vii) The lithium transition metal composite oxide has a general formula of Li 1 + a M b Mn 2- abB c O 4 + d (M represents aluminum and / or magnesium, and a represents −0.2 ≦ a ≦ 0.2. B represents a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.2, c represents a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.02, and d satisfied −0.5 ≦ d ≦ 0.5. A mode represented by a number).

態様(vii)は、サイクル特性、負荷特性、保存特性および充放電容量に優れ、かつ、電池の膨れが少ない。
態様(vii)において、aは、0より大きいのが好ましい。リチウムでマンガンの一部を置換することにより、サイクル特性が向上すると考えられる。
態様(vii)において、bは、0より大きいのが好ましく、0.05以上であるのがより好ましい。アルミニウムおよび/またはマグネシウムを含有すると、結晶構造が安定化するため、保存特性、負荷特性および出力特性を損なわずに、サイクル特性が優れたものになり、かつ、電池の膨れを更に抑制することができる。bは0.15以下であるのが好ましい。bが大きすぎると、放電容量が低下する。
態様(vii)において、cは、0より大きいのが好ましく、0.001以上であるのがより好ましい。ホウ素はフラックスとして作用し、結晶成長を促進させ、さらに、サイクル特性および保存特性を向上させる。cは0.01以下であるのが好ましい。cが大きすぎると、サイクル特性が低下する。
Aspect (vii) is excellent in cycle characteristics, load characteristics, storage characteristics, and charge / discharge capacity, and has less battery swelling.
In embodiment (vii), a is preferably greater than 0. It is considered that the cycle characteristics are improved by substituting a part of manganese with lithium.
In the embodiment (vii), b is preferably larger than 0, more preferably 0.05 or more. When aluminum and / or magnesium is contained, the crystal structure is stabilized, so that the storage characteristics, load characteristics, and output characteristics are not impaired, and the cycle characteristics are excellent, and the swelling of the battery is further suppressed. it can. b is preferably 0.15 or less. When b is too large, the discharge capacity decreases.
In the embodiment (vii), c is preferably larger than 0, and more preferably 0.001 or more. Boron acts as a flux, promotes crystal growth, and further improves cycle characteristics and storage characteristics. c is preferably 0.01 or less. If c is too large, the cycle characteristics deteriorate.

本発明の正極活物質とともに用いるマンガン酸リチウムは、製造方法は特に限定されないが、例えば、次のようにして製造することができる。   The production method of the lithium manganate used together with the positive electrode active material of the present invention is not particularly limited, and can be produced, for example, as follows.

化合物を各構成元素が所定の組成比となるように混合して、原料混合物を得る。原料混合物に用いられる化合物は、目的とする組成を構成する元素に応じて選択される。
混合の方法は、特に限定されず、例えば、粉末状の化合物をそのまま混合して原料混合物とする方法;水および/または有機溶媒を用いてスラリー状として混合した後、乾燥させて原料混合物とする方法;上述した化合物の水溶液を混合して沈降させ、得られた沈殿物を乾燥させて原料混合物とする方法;これらを併用する方法が挙げられる。
ついで、原料混合物を焼成し、マンガン酸リチウムが得られる。焼成の温度、時間、雰囲気等は、特に限定されず、目的に応じて適宜決定することができる。
焼成後、所望により、らいかい乳鉢、ボールミル、振動ミル、ピンミル、ジェットミル等を用いて粉砕し、目的とする粒度の粉体とすることもできる。
A compound is mixed so that each constituent element has a predetermined composition ratio to obtain a raw material mixture. The compound used for the raw material mixture is selected according to the elements constituting the target composition.
The mixing method is not particularly limited, for example, a method of mixing powdery compounds as they are to obtain a raw material mixture; mixing in a slurry form using water and / or an organic solvent, and then drying to obtain a raw material mixture Method: A method in which an aqueous solution of the above-mentioned compound is mixed and precipitated, and the resulting precipitate is dried to obtain a raw material mixture; a method in which these are used in combination.
Next, the raw material mixture is fired to obtain lithium manganate. The firing temperature, time, atmosphere, and the like are not particularly limited, and can be appropriately determined according to the purpose.
After firing, if desired, the powder may be pulverized using a rough mortar, ball mill, vibration mill, pin mill, jet mill or the like to obtain a powder having a desired particle size.

本発明の正極活物質を用いて正極を製造する好ましい方法を以下に説明する。
本発明の正極活物質の粉末に、アセチレンブラック、黒鉛等のカーボン系導電剤、結着剤および結着剤の溶媒または分散媒とを混合することにより正極合剤を調製する。得られた正極合剤をスラリーまたは混練物とし、アルミニウム箔等の帯状の集電体に塗布し、または担持させ、プレス圧延して正極活物質層を帯状集電体に形成させる。
図2は、正極の模式的な断面図である。図2に示されているように、正極13は、正極活物質5を結着剤4により帯状集電体12上に保持させてなる。
A preferred method for producing a positive electrode using the positive electrode active material of the present invention will be described below.
A positive electrode mixture is prepared by mixing the positive electrode active material powder of the present invention with a carbon-based conductive agent such as acetylene black and graphite, a binder, and a binder solvent or dispersion medium. The obtained positive electrode mixture is made into a slurry or a kneaded product, applied to or supported on a band-shaped current collector such as an aluminum foil, and press-rolled to form a positive electrode active material layer on the band-shaped current collector.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the positive electrode. As shown in FIG. 2, the positive electrode 13 is obtained by holding the positive electrode active material 5 on the strip-shaped current collector 12 with the binder 4.

本発明の正極活物質は、導電剤粉末との混合性に優れ、電池の内部抵抗が小さいと考えられる。したがって、充放電特性、特に放電容量に優れる。
また、本発明の正極合剤は、結着剤と混練するとき、流動性に優れ、また、結着剤の高分子と絡まりやすく、優れた結着性を有する。
It is considered that the positive electrode active material of the present invention is excellent in mixing with the conductive agent powder and has a low internal resistance of the battery. Accordingly, the charge / discharge characteristics, particularly the discharge capacity, are excellent.
In addition, the positive electrode mixture of the present invention has excellent fluidity when kneaded with the binder, and is easily entangled with the binder polymer and has excellent binding properties.

本発明の非水電解質二次電池の好適な態様として、本発明の正極活物質を用いた正極活物質層を、帯状正極集電体の両面に形成させることにより構成した帯状正極と、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の両面に形成させることにより構成した帯状負極と、帯状セパレータとを具備し、前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している非水電解質二次電池が挙げられる。
本発明の正極活物質を用いた正極活物質層を、帯状正極集電体の両面に形成させ、上記負極活物質を用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の両面に形成させることにより、本発明の電池特性を損なわずに、より高い充放電容量を有する非水電解質二次電池を得ることができる。
As a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a strip-shaped positive electrode formed by forming a positive electrode active material layer using the positive electrode active material of the present invention on both surfaces of a strip-shaped positive electrode current collector, and metallic lithium A negative electrode active material layer using one selected from a lithium alloy, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, or a compound capable of occluding and releasing lithium ions as a negative electrode active material is formed on both sides of a strip-shaped negative electrode current collector Examples include a non-aqueous electrolyte secondary battery that includes a strip-shaped negative electrode and a strip-shaped separator, and the strip-shaped separator is interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode.
A positive electrode active material layer using the positive electrode active material of the present invention is formed on both surfaces of a strip-shaped positive electrode current collector, and a negative electrode active material layer using the negative electrode active material is formed on both surfaces of the strip-shaped negative electrode current collector. Thus, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a higher charge / discharge capacity can be obtained without impairing the battery characteristics of the present invention.

また、本発明の非水電解質二次電池の別の好適な態様として、正極、負極、セパレータおよび非水電解質を有する非水電解質二次電池であって、下記Iを正極の正極活物質として、下記IIを負極の負極活物質として用いる非水電解質二次電池が挙げられる。この非水電解質二次電池は、負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性だけでなく、過充電特性および安全性にも優れている。   Further, as another preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator and a nonaqueous electrolyte, wherein the following I is used as a positive electrode active material of the positive electrode, A non-aqueous electrolyte secondary battery using the following II as a negative electrode active material of the negative electrode can be mentioned. This non-aqueous electrolyte secondary battery is excellent not only in load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics and thermal stability, but also in overcharge characteristics and safety.

I:一般式がLiMn3−a4+f(aは0.8≦a≦1.2を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表す。)で表されるマンガン酸リチウムと、本発明の正極活物質に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物とを、前記マンガン酸リチウムの重量をAとし、前記リチウム遷移金属複合酸化物の重量をBとした場合に0.2≦B/(A+B)≦0.8の範囲になるように混合する非水電解質二次電池用正極活物質。
II:金属リチウム、リチウム合金およびリチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料およびリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種からなる負極活物質。
I: general formula Li a Mn 3-a O 4 + f (a is a number satisfying 0.8 ≦ a ≦ 1.2, f is a number satisfying -0.5 ≦ f ≦ 0.5.) And the lithium transition metal composite oxide used in the positive electrode active material of the present invention, the weight of the lithium manganate is A, and the weight of the lithium transition metal composite oxide is B. In some cases, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is mixed so that 0.2 ≦ B / (A + B) ≦ 0.8.
II: A negative electrode active material comprising at least one selected from the group consisting of metallic lithium, lithium alloys, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, and a compound capable of occluding and releasing lithium ions.

上記Iの正極活物質においては、0.4≦B/(A+B)≦0.6の範囲になるように混合することが好ましい。0.4≦B/(A+B)≦0.6の範囲であれば、負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性だけでなく、過充電特性および安全性の向上が著しいからである。
なお、上記Iの正極活物質においては、マンガン酸リチウムの一部が、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、バナジウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ホウ素およびスズからなる群から選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。
上記IIの負極活物質に用いられるリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物としては、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を含むスピネル構造からなる一般式がLiTi4+c(aは0.8≦a≦1.5を満たす数を表し、bは1.5≦b≦2.2を満たす数を表し、cは−0.5≦c≦0.5を満たす数を表す。)で表される非水電解質二次電池用負極活物質が好ましい。このとき負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性だけでなく、サイクル特性が非常に向上した非水電解質二次電池を得ることができる。
In the positive electrode active material of I described above, it is preferable to mix so that 0.4 ≦ B / (A + B) ≦ 0.6. This is because, in the range of 0.4 ≦ B / (A + B) ≦ 0.6, not only the load characteristics, the low temperature characteristics, the output characteristics, and the thermal stability, but also the overcharge characteristics and safety are remarkably improved.
In the positive electrode active material of I, a part of lithium manganate is magnesium, aluminum, calcium, vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, strontium, zirconium, niobium, molybdenum. , May be substituted with at least one selected from the group consisting of boron and tin.
As a compound capable of occluding and releasing lithium ions used for the negative electrode active material of II, a general formula consisting of a spinel structure containing an alkali metal and / or an alkaline earth metal is Li a Ti b O 4 + c (a is 0.8). ≦ a ≦ 1.5, b represents a number satisfying 1.5 ≦ b ≦ 2.2, and c represents a number satisfying −0.5 ≦ c ≦ 0.5. The negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is preferred. At this time, it is possible to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery in which not only load characteristics, low temperature characteristics, output characteristics and thermal stability but also cycle characteristics are greatly improved.

本発明の非水電解質二次電池の形状は、特に限定されず、円筒型、コイン型、角型、ラミネート型等とすることができる。
図3は、円筒型電池の模式的な断面図である。図3に示されるように、円筒型電池20においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、集電体12上に負極活物質層を形成させた負極11とがセパレーター14を介して、繰り返し積層されている。
図4は、コイン型電池の模式的な部分断面図である。図4に示されるように、コイン型電池30においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、負極11とが、セパレーター14を介して、積層されている。
図5は、角型電池の模式的な斜視図である。図5に示されるように、角型電池40においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、集電体12上に負極活物質層を形成させた負極11とが、セパレーター14を介して、繰り返し積層されている。
The shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, a laminate shape, or the like.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a cylindrical battery. As shown in FIG. 3, in the cylindrical battery 20, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the current collector 12, and the negative electrode 11 in which the negative electrode active material layer is formed on the current collector 12. Are repeatedly laminated via the separator 14.
FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of a coin-type battery. As shown in FIG. 4, in the coin-type battery 30, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the current collector 12 and the negative electrode 11 are stacked via the separator 14.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a prismatic battery. As shown in FIG. 5, in the square battery 40, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the current collector 12, and the negative electrode 11 in which the negative electrode active material layer is formed on the current collector 12. However, they are repeatedly laminated via the separator 14.

<非水電解質二次電池の用途>
本発明の正極活物質を用いた非水電解質二次電池の用途は特に限定されない。例えばノートパソコン、ペン入力パソコン、ポケットパソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤ、携帯電話、コードレスフォン子機、電子手帳、電卓、液晶テレビ、電気シェーバ、電動工具、電子翻訳機、自動車電話、携帯プリンタ、トランシーバ、ページャ、ハンディターミナル、携帯コピー、音声入力機器、メモリカード、バックアップ電源、テープレコーダ、ラジオ、ヘッドホンステレオ、ハンディクリーナ、ポータブルコンパクトディスク(CD)プレーヤ、ビデオムービ、ナビゲーションシステム等の機器の電源として用いることができる。
また、照明機器、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、冷蔵庫、オーブン電子レンジ、食器洗浄器、洗濯機、乾燥器、ゲーム機器、玩具、ロードコンディショナ、医療機器、自動車、電気自動車、ゴルフカート、電動カート、電力貯蔵システム等の電源として用いることができる。
さらに、用途は、民生用に限定されず、軍需用または宇宙用とすることもできる。
<Applications of non-aqueous electrolyte secondary batteries>
The use of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention is not particularly limited. For example, notebook computers, pen input computers, pocket computers, notebook word processors, pocket word processors, electronic book players, mobile phones, cordless phones, electronic notebooks, calculators, LCD TVs, electric shavers, electric tools, electronic translators, car phones , Portable printer, transceiver, pager, handy terminal, portable copy, voice input device, memory card, backup power supply, tape recorder, radio, headphone stereo, handy cleaner, portable compact disc (CD) player, video movie, navigation system, etc. It can be used as a power source for equipment.
Also, lighting equipment, air conditioner, TV, stereo, water heater, refrigerator, oven microwave, dishwasher, washing machine, dryer, game machine, toy, road conditioner, medical equipment, automobile, electric car, golf cart, It can be used as a power source for electric carts, power storage systems and the like.
Furthermore, the application is not limited to consumer use, and may be used for military use or space.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限られるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

1.正極活物質の作製
〔実施例1〕
かくはんしている純水中に所定の組成比となるように硫酸コバルト水溶液とオキシ塩化ジルコニウム水溶液を滴下した。オキシ塩化ジルコニウム水溶液は、ジルコニウムがコバルトに対して0.2mol%となるように滴下した。更にpH7〜7.5となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、60℃、回転数650rpmで反応させた。硫酸コバルト水溶液およびオキシ塩化ジルコニウム水溶液の滴下を終了させた後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9.4〜9.6になるまで滴下しつづけ、コバルトとジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気中にて995℃で7時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
1. Preparation of positive electrode active material [Example 1]
A cobalt sulfate aqueous solution and a zirconium oxychloride aqueous solution were dropped into the agitated pure water so as to have a predetermined composition ratio. The zirconium oxychloride aqueous solution was added dropwise so that zirconium was 0.2 mol% with respect to cobalt. Furthermore, sodium hydroxide aqueous solution was dripped so that it might become pH 7-7.5, and it was made to react at 60 degreeC and rotation speed 650rpm. After finishing the dropping of the cobalt sulfate aqueous solution and the zirconium oxychloride aqueous solution, only the sodium hydroxide aqueous solution was continuously dropped until the pH reached 9.4 to 9.6 to precipitate cobalt and zirconium, thereby obtaining a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and calcined at 995 ° C. for 7 hours in the air. In this way, a positive electrode active material was obtained.

〔実施例2〕
かくはんしている純水中に所定の組成比となるように硫酸コバルト水溶液とオキシ塩化ジルコニウム水溶液を滴下した。オキシ塩化ジルコニウム水溶液は、ジルコニウムがコバルトに対して0.04mol%となるように滴下した。更にpH7〜7.5となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、60℃、回転数650rpmで反応させた。硫酸コバルト水溶液およびオキシ塩化ジルコニウム水溶液の滴下を終了させた後、水酸化ナトリウム水溶液のみをpH9.4〜9.6になるまで滴下しつづけ、コバルトとジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気中にて995℃で7時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
[Example 2]
A cobalt sulfate aqueous solution and a zirconium oxychloride aqueous solution were dropped into the agitated pure water so as to have a predetermined composition ratio. The zirconium oxychloride aqueous solution was added dropwise so that zirconium was 0.04 mol% with respect to cobalt. Furthermore, sodium hydroxide aqueous solution was dripped so that it might become pH 7-7.5, and it was made to react at 60 degreeC and rotation speed 650rpm. After finishing the dropping of the cobalt sulfate aqueous solution and the zirconium oxychloride aqueous solution, only the sodium hydroxide aqueous solution was continuously dropped until the pH reached 9.4 to 9.6 to precipitate cobalt and zirconium, thereby obtaining a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and calcined at 995 ° C. for 7 hours in the air. In this way, a positive electrode active material was obtained.

〔比較例1〕
原料となる化合物として炭酸リチウム(LiCO)、四三酸化コバルト(Co)、酸化ジルコニウム(ZrO)を使用した。所定の組成比となるように前記原料となる化合物を秤量し、乾式混合して原料混合粉末とした。得られた原料混合粉末を大気雰囲気中にて995℃で7時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
[Comparative Example 1]
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), cobalt trioxide (Co 3 O 4 ), and zirconium oxide (ZrO 2 ) were used as the raw material compounds. The compound as the raw material was weighed so as to have a predetermined composition ratio, and dry-mixed to obtain a raw material mixed powder. The obtained raw material mixed powder was fired at 995 ° C. for 7 hours in the air atmosphere. In this way, a positive electrode active material was obtained.

〔比較例2〕
かくはんしている純水中に所定の組成比となるように硫酸コバルト水溶液を滴下した。ここでpH7となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、60℃、回転数650rpmでコバルトを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気中にて1045℃で7時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
[Comparative Example 2]
An aqueous cobalt sulfate solution was dropped into the stirred pure water so as to obtain a predetermined composition ratio. Here, a sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise so that the pH was 7, and cobalt was precipitated at 60 ° C. and a rotation speed of 650 rpm to obtain a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and calcined at 1045 ° C. for 7 hours in the air. In this way, a positive electrode active material was obtained.

2.正極活物質の性状
(1)正極活物質の構成
実施例1および2、比較例1および2で得られた正極活物質について、ICP分光分析法を行った。
実施例1で得られた正極活物質は、0.2mol%のジルコニウムが存在するLiCoOであった。
実施例1得られた正極活物質の数ある粒子の中から、平均粒子径のリチウム遷移金属複合酸化物を選択し、選択したリチウム遷移金属複合酸化物の粒子断面図が最大径となる部分までFIBにて加工する方法により断面出しを行った。この粒子断面像をSTEM像で表したところ、結晶子界面の一部にジルコニウムを有していることが分かった。この粒子断面STEM像を図6に示す。
実施例2で得られた正極活物質は、0.04mol%のジルコニウムが存在するLiCoOであった。
実施例2で得られた正極活物質について、実施例1で得られた正極活物質と同様に断面出しを行った。この粒子断面像をSTEM像で表したところ、結晶子界面の一部にジルコニウムを有していることが分かった。
比較例1で得られた正極活物質は、0.2mol%のジルコニウムが存在するLiCoOであった。
比較例1で得られた正極活物質について、実施例1で得られた正極活物質と同様に断面出しを行った。この粒子断面像をSTEM像で表したところ、結晶子界面にジルコニウムが存在していないことが分かった。この粒子断面図を図7に示す。
比較例2で得られた正極活物質は、LiCoOであった。
2. Properties of positive electrode active material (1) Configuration of positive electrode active material The positive electrode active materials obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to ICP spectroscopy.
The positive electrode active material obtained in Example 1 was LiCoO 2 in which 0.2 mol% of zirconium was present.
Example 1 From a number of particles of the obtained positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide having an average particle diameter was selected, and the particle cross-sectional view of the selected lithium transition metal composite oxide was the maximum diameter. A cross-section was obtained by a method of processing with FIB. When this particle cross-sectional image was represented by a STEM image, it was found that zirconium was present in part of the crystallite interface. This particle cross-sectional STEM image is shown in FIG.
The positive electrode active material obtained in Example 2 was LiCoO 2 in which 0.04 mol% of zirconium was present.
The positive electrode active material obtained in Example 2 was subjected to cross-section in the same manner as the positive electrode active material obtained in Example 1. When this particle cross-sectional image was represented by a STEM image, it was found that zirconium was present in part of the crystallite interface.
The positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 was LiCoO 2 in which 0.2 mol% of zirconium was present.
The positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 was subjected to cross-section in the same manner as the positive electrode active material obtained in Example 1. When this particle cross-sectional image was represented by a STEM image, it was found that zirconium was not present at the crystallite interface. A cross-sectional view of this particle is shown in FIG.
The positive electrode active material obtained in Comparative Example 2 was LiCoO 2 .

(2)正極活物質の比表面積
得られた正極活物質の比表面積は、窒素ガスを用いた定圧式BET吸着法により求めた。
実施例1で得られた正極活物質の比表面積は、0.55m/gであった。比較例1で得られた正極活物質の比表面積は、0.47m/gであった。
(2) Specific surface area of positive electrode active material The specific surface area of the obtained positive electrode active material was determined by a constant pressure BET adsorption method using nitrogen gas.
The specific surface area of the positive electrode active material obtained in Example 1 was 0.55 m 2 / g. The specific surface area of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 was 0.47 m 2 / g.

3.正極活物質の評価(1)
(1)リチウムイオン二次電池の作製
実施例1および2ならびに比較例1で得られた各正極活物質について、試験用二次電池を作製して、以下のようにして評価した。
正極活物質の粉末90重量部と、導電剤となる炭素粉末5重量部と、ポリフッ化ビニリデンのノルマルメチルピロリドン溶液(ポリフッ化ビニリデン量として5重量部)とを混練してペーストを調製した。得られたペーストを正極集電体に塗布し、負極がリチウム金属である試験用二次電池を作製した。
3. Evaluation of positive electrode active material (1)
(1) Production of Lithium Ion Secondary Battery For each positive electrode active material obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, test secondary batteries were produced and evaluated as follows.
A paste was prepared by kneading 90 parts by weight of the positive electrode active material powder, 5 parts by weight of carbon powder to be a conductive agent, and a normal methylpyrrolidone solution of polyvinylidene fluoride (5 parts by weight of polyvinylidene fluoride). The obtained paste was applied to a positive electrode current collector to prepare a test secondary battery in which the negative electrode was lithium metal.

(2)負荷特性
放電負荷0.2C(なお、1Cは、1時間で放電が終了する電流負荷である。以下、同じ。)、充電電位4.3V、放電電位2.75Vの条件で、初期放電容量を測定した後、放電負荷1C、充電電位4.3V、放電電位2.75Vの条件で、負荷放電容量を測定した。放電負荷1Cのときの、負荷容量維持率(%)を下記の式から求めた。
(2) Load characteristics A discharge load of 0.2 C (where 1 C is a current load that completes discharge in one hour. The same applies hereinafter), a charge potential of 4.3 V, and a discharge potential of 2.75 V. After measuring the discharge capacity, the load discharge capacity was measured under the conditions of a discharge load 1C, a charge potential 4.3V, and a discharge potential 2.75V. The load capacity retention rate (%) at the time of the discharge load 1C was obtained from the following formula.

負荷容量維持率(%)=(1Cの放電容量)/(0.2Cの放電容量)×100   Load capacity retention rate (%) = (1C discharge capacity) / (0.2C discharge capacity) × 100

つぎに、放電負荷2C、充電電位4.3V、放電電位2.75Vの条件で、高負荷放電容量を測定した。放電負荷2Cのときの、負荷容量維持率(%)を下記の式から求めた。   Next, the high load discharge capacity was measured under the conditions of the discharge load 2C, the charge potential 4.3V, and the discharge potential 2.75V. The load capacity retention rate (%) at the time of the discharge load 2C was obtained from the following formula.

負荷容量維持率(%)=(2Cの放電容量)/(0.2Cの放電容量)×100   Load capacity retention rate (%) = (2C discharge capacity) / (0.2C discharge capacity) × 100

(3)平均電圧
放電負荷0.2C、充電電位4.3V、放電電圧2.75Vの条件で、初期放電容量と電力量を測定した。平均電圧を下記の式から求めた。
(3) Average voltage Initial discharge capacity and electric energy were measured on the conditions of discharge load 0.2C, charge potential 4.3V, and discharge voltage 2.75V. The average voltage was calculated from the following formula.

平均電圧(V)=電力量(mWh/g)/容量(mAh/g)   Average voltage (V) = electric energy (mWh / g) / capacity (mAh / g)

結果を第1表に示す。   The results are shown in Table 1.

Figure 0004539139
Figure 0004539139

第1表から明らかなように、本発明の正極活物質(実施例1および2)は、高電位で、負荷特性および高負荷特性が優れていることが分かる。
これに対して、乾式混合して原料混合粉末を得られた、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶子界面にジルコニウムを有さない正極活物質(比較例1)は、電位が低く、負荷特性、高負荷特性に劣っている。
As is apparent from Table 1, it can be seen that the positive electrode active materials of the present invention (Examples 1 and 2) are excellent in load characteristics and high load characteristics at a high potential.
On the other hand, the positive electrode active material (Comparative Example 1) having no zirconium at the crystallite interface of the lithium transition metal composite oxide obtained by dry mixing to obtain a raw material mixed powder has a low potential, load characteristics, Inferior to high load characteristics.

4.正極活物質の評価(2)
(1)ラミネート電池の作製
実施例1および比較例2で得られた各正極活物質について、ラミネート電池を作製して、以下のようにして評価した。
試験用二次電池の場合と同様の方法により、正極板を得た。また、負極活物質として炭素材料を用い、正極板の場合と同様にして負極集電体に塗布し乾燥させて負極板とした。セパレータには多孔性ポリプロピレンフィルムを用いた。電解液には、エチレンカーボネート/メチルエチルカーボネート=3/7(体積比)の混合溶媒にLiPFを1mol/Lの濃度になるように溶解させた溶液を用いた。正極板、負極板およびセパレータを薄いシート状に成形し、これを積層させてラミネートフィルムの電池ケースに収納し、電池ケース内に電解液を注入して、ラミネート電池を作製した。
4). Evaluation of positive electrode active material (2)
(1) Production of Laminated Battery For each positive electrode active material obtained in Example 1 and Comparative Example 2, a laminated battery was produced and evaluated as follows.
A positive electrode plate was obtained in the same manner as in the case of the test secondary battery. Further, a carbon material was used as the negative electrode active material, and was applied to the negative electrode current collector and dried in the same manner as in the case of the positive electrode plate to obtain a negative electrode plate. A porous polypropylene film was used as the separator. As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate / methyl ethyl carbonate = 3/7 (volume ratio) to a concentration of 1 mol / L was used. A positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator were formed into a thin sheet, laminated and stored in a battery case of a laminate film, and an electrolyte solution was injected into the battery case to produce a laminate battery.

(2)インピーダンス
測定にはインピーダンス測定装置(SI1287およびSI1260、いずれもSOLARTRON社製)を使用した。
ラミネート電池の正負極に設けたリード線に測定装置のクリップを取り付け、交流インピーダンス法によりSOC60%、0℃の条件で、0.1Hz時の内部インピーダンスを測定した。インピーダンスが小さいほど出力特性に優れると言える。
(2) Impedance An impedance measuring device (SI1287 and SI1260, both manufactured by SOLARTRON) was used for the impedance measurement.
The clip of the measuring device was attached to the lead wires provided on the positive and negative electrodes of the laminate battery, and the internal impedance at 0.1 Hz was measured by the AC impedance method under the conditions of SOC 60% and 0 ° C. It can be said that the smaller the impedance, the better the output characteristics.

(3)熱安定性
ラミネート電池を用いて、定電流による充放電を行い、なじませた。その後、CC―CV充電、終止電圧4.2V、充電終止電流0.02mAにて0.2Cレートで充電を行った。充電が完了した後、ラミネート電池から正極を取り出し、ラミネート電池に使用した電解液に含まれる一成分の溶液で洗浄して乾燥させ、正極から正極活物質を削り取った。アルミニウムセルに、電解液に使用するエチレンカーボネートと、正極から削り取った正極活物質を0.40:1.00の重量比で入れ、示差走査熱量を昇温速度5.0℃/minで測定した。
示差走査熱量分析(DSC:Differential Scanning Calorimetry)は、物質および基準物質の温度をプログラムに従って変化させながら、その物質と基準物質に対するエネルギー入力の差を温度の関数として測定する方法である。低温部では温度が上昇しても示差走査熱量は変化しなかったが、ある温度以上では示差走査熱量が大きく増大した。この時の温度を発熱開始温度とした。発熱開始温度が高いほど熱安定性がよい。
(3) Thermal stability Using a laminate battery, charging / discharging with a constant current was carried out to make it fit. Thereafter, the battery was charged at a rate of 0.2 C with CC-CV charging, a final voltage of 4.2 V, and a final charge current of 0.02 mA. After the charging was completed, the positive electrode was taken out from the laminated battery, washed with one component solution contained in the electrolytic solution used in the laminated battery and dried, and the positive electrode active material was scraped off from the positive electrode. An aluminum cell was charged with ethylene carbonate used for the electrolyte and the positive electrode active material scraped from the positive electrode in a weight ratio of 0.40: 1.00, and the differential scanning calorific value was measured at a heating rate of 5.0 ° C./min. .
Differential scanning calorimetry (DSC) is a method of measuring a difference in energy input as a function of temperature while changing the temperature of a material and a reference material according to a program. Although the differential scanning calorific value did not change even when the temperature rose in the low temperature part, the differential scanning calorific value greatly increased above a certain temperature. The temperature at this time was defined as the heat generation start temperature. The higher the heat generation start temperature, the better the thermal stability.

(4)サイクル特性
放電負荷1C、充電電位4.2V、放電電位2.75Vの条件で、初期放電容量を測定した後、同様の条件で充放電を繰り返し行い、100サイクル後の放電容量を測定した。容量維持率(%)を下記の式から求めた。
(4) Cycle characteristics After measuring the initial discharge capacity under the conditions of a discharge load of 1C, a charge potential of 4.2 V, and a discharge potential of 2.75 V, charging and discharging are repeated under the same conditions, and the discharge capacity after 100 cycles is measured. did. The capacity retention rate (%) was determined from the following formula.

容量維持率(%)=(100サイクル後の放電容量)/(1サイクル後の放電容量)×100   Capacity retention rate (%) = (discharge capacity after 100 cycles) / (discharge capacity after 1 cycle) × 100

結果を第2表に示す。   The results are shown in Table 2.

Figure 0004539139
Figure 0004539139

第2表から、本発明の正極活物質(実施例1)は、インピーダンスが低減しており、出力特性に優れていることが分かる。また、熱安定性およびサイクル特性に優れていることが分かる。
また、本発明の正極活物質は、低温インピーダンスが小さいため、低温出力特性に優れ、低温負荷特性にも優れている。
From Table 2, it can be seen that the positive electrode active material of the present invention (Example 1) has reduced impedance and excellent output characteristics. Moreover, it turns out that it is excellent in thermal stability and cycling characteristics.
Moreover, since the low-temperature impedance is small, the positive electrode active material of the present invention has excellent low-temperature output characteristics and excellent low-temperature load characteristics.

層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the lithium transition metal complex oxide of a layered structure. 正極の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of a positive electrode. 円筒型電池の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of a cylindrical battery. コイン型電池の模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view of a coin type battery. 角形電池の模式的な断面斜視図である。It is a typical section perspective view of a square battery. 実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物の断面STEM像である。2 is a cross-sectional STEM image of the lithium transition metal composite oxide of Example 1. FIG. 比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物の断面STEM像である。3 is a cross-sectional STEM image of a lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 3aサイト
2 6cサイト
3 3bサイト
4 結着剤
5 活物質
6 ジルコニウム
11 負極
12 集電体
13 正極
14 セパレーター
20 円筒型電池
30 コイン型電池
40 角型電池
1 3a site 2 6c site 3 3b site 4 binder 5 active material 6 zirconium 11 negative electrode 12 current collector 13 positive electrode 14 separator 20 cylindrical battery 30 coin-type battery 40 square battery

Claims (4)

ジルコニウムを含む遷移金属イオンの水溶液とアルカリ溶液をpH7〜9で反応させて得られる沈殿物をリチウム化合物と焼成して得られる、層状構造リチウム遷移金属複合酸化物の結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有してなる、正極活物質を用いた正極活物質層を帯状正極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状正極と、
金属リチウム、
リチウム合金、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料
またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物
から選択される1種を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、
帯状セパレータとを具備し、
前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している非水電解質二次電池。
At least part of the crystallite interface of the layered lithium transition metal composite oxide obtained by firing a precipitate obtained by reacting an aqueous solution of transition metal ions containing zirconium with an alkaline solution at a pH of 7 to 9 with a lithium compound. A belt-shaped positive electrode comprising a zirconium-containing positive electrode active material layer using a positive electrode active material and formed on at least one surface of the belt-shaped positive electrode current collector;
Metallic lithium,
Lithium alloy,
By forming a negative electrode active material layer using a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions or a compound capable of occluding and releasing lithium ions as a negative electrode active material on at least one surface of a strip-shaped negative electrode current collector A configured negative electrode,
A strip separator,
A non-aqueous electrolyte secondary battery in which the strip separator is interposed between the strip positive electrode and the strip negative electrode.
前記帯状正極と前記帯状負極とを前記帯状セパレータを介して積層した状態で複数回巻回させて、前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している渦巻型の巻回体を構成してなる請求項1に記載の非水電解質二次電池。 A spiral-type winding in which the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode are wound a plurality of times in a state of being laminated via the strip-shaped separator, and the strip-shaped separator is interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, comprising a body. 前記帯状正極と前記帯状負極とを前記帯状セパレータを介して積層した状態で積み重ねて、前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在しているスタック体を構成してなる請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The belt-like positive electrode and the belt-like negative electrode are stacked in a state of being laminated via the belt-like separator, and a stack body in which the belt-like separator is interposed between the belt-like positive electrode and the belt-like negative electrode is formed. 2. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to 1. 少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物は、ジルコニウムを含む遷移金属イオンの水溶液とアルカリ溶液をpH7〜9で反応させて得られる沈殿物をリチウム化合物と焼成して得られ、その結晶子界面の少なくとも一部にジルコニウムを有する、非水電解質二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered lithium transition metal composite oxide,
The lithium transition metal composite oxide is obtained by firing a precipitate obtained by reacting an aqueous solution of transition metal ions containing zirconium and an alkaline solution at pH 7 to 9 with a lithium compound, and at least a part of the crystallite interface thereof A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, having zirconium in it.
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