JP4954270B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、高容量の非水二次電池に関するものである。   The present invention relates to a high capacity non-aqueous secondary battery.

非水二次電池は高電圧・高容量であることから、その発展に対して大きな期待が寄せられている。非水二次電池の負極材料(負極活物質)には、Li(リチウム)やLi合金の他、Liイオンを挿入および脱離可能な、天然または人造の黒鉛系炭素材料などが適用されている。   Since non-aqueous secondary batteries have high voltage and high capacity, there are great expectations for their development. In addition to Li (lithium) and Li alloys, natural or artificial graphite-based carbon materials that can insert and desorb Li ions are applied to the negative electrode material (negative electrode active material) of nonaqueous secondary batteries. .

ところが、最近では、小型化および多機能化した携帯機器用の電池について更なる高容量化が望まれており、これを受けて、低結晶性炭素、Si(シリコン)、Sn(錫)などのように、より多くのLiを収容可能な材料が負極材料(以下、「高容量負極材料」ともいう)として注目を集めている。   However, recently, there has been a demand for further higher capacity of a battery for a portable device that has been downsized and multifunctional, and in response to this, low crystalline carbon, Si (silicon), Sn (tin), etc. Thus, a material that can accommodate more Li is attracting attention as a negative electrode material (hereinafter, also referred to as “high-capacity negative electrode material”).

こうした非水二次電池用の高容量負極材料の一つとして、Siの超微粒子がSiO中に分散した構造を持つSiOが注目されている(例えば、特許文献1〜3)。この材料を負極活物質として用いると、Liと反応するSiが超微粒子であるために充放電がスムーズに行われる一方で、前記構造を有するSiO粒子自体は表面積が小さいため、負極合剤層を形成するための塗料とした際の塗料性や負極合剤層の集電体に対する接着性も良好である。 As one of such high-capacity negative electrode materials for non-aqueous secondary batteries, SiO x having a structure in which Si ultrafine particles are dispersed in SiO 2 has attracted attention (for example, Patent Documents 1 to 3). When this material is used as a negative electrode active material, since Si that reacts with Li is an ultrafine particle, charging and discharging are performed smoothly. On the other hand, the SiO x particle itself having the above structure has a small surface area, and thus the negative electrode mixture layer The coating property when forming a coating material for forming the electrode and the adhesion of the negative electrode mixture layer to the current collector are also good.

特開2004−47404号公報JP 2004-47404 A 特開2005−259697号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-259697 特開2007−242590号公報JP 2007-242590 A

ところで、前記のような高容量負極材料は、充放電に伴う体積変化が非常に大きいため、これを用いた電池では、充放電の繰り返しによって電池特性が急激に低下する虞がある。よって、こうした問題を回避する観点から、前記の高容量負極材料を用いて電池を構成するに当たっては、黒鉛系炭素材料などを活物質とする負極を有する従来の非水二次電池とは、負極などの構成を大きく変える必要がある。   By the way, since the volume change accompanying charging / discharging is very large as described above, in a battery using the material, there is a possibility that the battery characteristics may be rapidly deteriorated by repeated charging / discharging. Therefore, from the viewpoint of avoiding such problems, in constructing a battery using the above-described high-capacity negative electrode material, a conventional non-aqueous secondary battery having a negative electrode using a graphite-based carbon material or the like is an anode. It is necessary to greatly change the configuration.

その一方で、従来の非水二次電池と同様の構成を採用しつつ、高容量化を図る要請もあり、高容量負極材料を使用してこれを達成する場合、前記の電池特性の低下を抑制することが求められる。   On the other hand, there is also a request to increase the capacity while adopting the same configuration as the conventional non-aqueous secondary battery, and when this is achieved by using a high capacity negative electrode material, the above-mentioned battery characteristics are deteriorated. Control is required.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高容量で、良好な電池特性を有する非水二次電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the high capacity | capacitance and the non-aqueous secondary battery which has a favorable battery characteristic.

前記目的を達成し得た本発明の非水二次電池は、正極、負極および非水電解質を備えた非水二次電池であって、前記正極は、下記一般組成式(1)
Li1+y+aNi(1−y−z+b)/2Mn(1−y−z−b)/2 (1)
(ただし、MCo、若しくはCoと、Ti、Cr、Fe、u、Zn、Al、Ge、Sn、MgおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し、−0.1≦y≦0.1、−0.05≦a≦0.05、0z≦0.4、−0.1≦b≦0.6および0.6≧1−y−z−b>0、且つ1≦1−y−z+bである)
で表されるLi含有遷移金属酸化物を含有する正極合剤層を有しており、前記負極は、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である。以下、当該材料を「SiO」と略記する場合がある。)および黒鉛を含有する負極合剤層を有しており、前記SiとOとを構成元素に含む材料は、炭素材料と複合体を形成しており、前記負極合剤層において、SiとOとを構成元素に含む材料と黒鉛との合計を100質量%としたとき、SiとOとを構成元素に含む材料の比率が3〜20質量%であることを特徴とするものである。
The non-aqueous secondary battery of the present invention that has achieved the above object is a non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode has the following general composition formula (1):
Li 1 + y + a Ni (1-yz + b) / 2 Mn (1-yzb) / 2 M 1 z O 2 (1)
(Wherein, M 1 is represented Co, or a Co, Ti, Cr, Fe, C u, Zn, Al, Ge, Sn, and at least one element selected from the group consisting of Mg and Zr, -0 0.1 ≦ y ≦ 0.1, −0.05 ≦ a ≦ 0.05, 0 < z ≦ 0.4, −0.1 ≦ b ≦ 0.6, and 0.6 ≧ 1-yzz > 0 and 1 ≦ 1-yz + b )
And the negative electrode is a material containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0). 5 ≦ x ≦ 1.5 (hereinafter, the material may be abbreviated as “SiO x ”) and a negative electrode mixture layer containing graphite, and constitutes Si and O. The material included in the element forms a composite with the carbon material. In the negative electrode mixture layer, when the total of the material including Si and O and the graphite is 100% by mass, Si and O The ratio of the material containing the above as constituent elements is 3 to 20% by mass.

本発明によれば、高容量の非水二次電池を提供することができる。また、本発明の非水二次電池では、高容量であり、かつ充放電に伴う体積変化の大きなSiOを使用しつつ、その体積変化に伴う電池特性の低下を抑制できる。そのため、本発明の電池では、例えば従来の非水二次電池から構成を大きく変更することなく、良好な電池特性も確保できる。 According to the present invention, a high-capacity non-aqueous secondary battery can be provided. Further, in the nonaqueous secondary battery of the present invention is a high capacity, and while using large SiO x of volume change during charge and discharge, it is possible to suppress the deterioration of the battery characteristics due to the volume change. Therefore, in the battery of the present invention, for example, good battery characteristics can be ensured without greatly changing the configuration from the conventional non-aqueous secondary battery.

本発明の非水二次電池の一例を示す模式図であり、(a)平面図、(b)断面図である。It is a schematic diagram which shows an example of the non-aqueous secondary battery of this invention, (a) Top view, (b) Cross-sectional view. 図1の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of FIG. 1.

本発明では、負極活物質に前記のSiOと、活物質として作用し、かつ導電助剤としても作用することで導電性に乏しいSiOを含有する負極合剤層中の導電性を高め得る黒鉛とを、特定比率で使用して負極を構成することで、充放電に伴うSiOの体積変化に起因する電池特性の低下を抑制することとした。 In the present invention, the conductivity in the negative electrode mixture layer containing SiO x having poor conductivity can be enhanced by acting as an active material and the above-mentioned SiO x on the negative electrode active material. By using graphite in a specific ratio to constitute the negative electrode, it was decided to suppress the deterioration of battery characteristics due to the volume change of SiO x accompanying charge / discharge.

ところが、前記のように、SiOと黒鉛とを併用した負極を用い、更に、例えば非水二次電池で汎用されているコバルト酸リチウム(LiCoO)を使用した正極とを用いて電池を構成しても、SiOの使用に見合うだけの高容量化が達成できないことが、本発明者らの検討により明らかとなった。 However, as described above, a battery is configured using a negative electrode using both SiO x and graphite, and further using, for example, a positive electrode using lithium cobaltate (LiCoO 2 ) widely used in non-aqueous secondary batteries. Even so, it has been clarified by the present inventors that the capacity cannot be increased to meet the use of SiO x .

そこで、本発明者らは鋭意検討を重ね、前記の負極と共に、前記一般組成式(1)表されるLi含有遷移金属酸化物を活物質とする正極を用いて電池を構成することにより、充放電に伴うSiOの体積変化に起因する充放電サイクル特性などの電池特性の低下を抑制しつつ、高容量化できることを見出し、本発明を完成させた。 Accordingly, the present inventors have conducted extensive studies, together with the negative electrode, by constituting the battery using the cathode for the Li-containing transition metal oxide represented by the general formula (1) as an active material, The present invention has been completed by finding that the capacity can be increased while suppressing a decrease in battery characteristics such as charge / discharge cycle characteristics resulting from the volume change of SiO x accompanying charge / discharge.

本発明の非水二次電池に係る負極には、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である。)および黒鉛を含有する負極合剤層を有するものを使用する。   The negative electrode according to the nonaqueous secondary battery of the present invention includes a material containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5) and A material having a negative electrode mixture layer containing graphite is used.

前記SiOは、Siの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶または非晶質相のSiを含めた比率となる。 The SiO x may contain a microcrystalline or amorphous phase of Si. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystalline or amorphous phase Si.

すなわち、前記の材料には、非晶質のSiOマトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiOと、その中に分散しているSiを合わせて、前記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiOマトリックス中に、Siが分散した構造で、SiOとSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。 That is, the above material, the SiO 2 matrix of amorphous Si (e.g., microcrystalline Si) is include the dispersed structure, the SiO 2 of the amorphous, dispersed therein It is sufficient that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5 in combination with Si. For example, in the case of a material in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the material has a molar ratio of SiO 2 to Si of 1: 1, x = 1, so that the structural formula is represented by SiO. The In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed.

前記SiOは、炭素材料などの導電性材料と複合化した複合体であることが好ましく、例えば、SiOの表面が導電性材料(炭素材料など)で被覆されていることが望ましい。SiOは酸化物であり、導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料(導電助剤)を使用し、負極内におけるSiOと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。SiOを導電性材料と複合化した複合体であれば、例えば、単にSiOと導電性材料とを混合して得られた混合物を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。 The SiO x is preferably a composite that is combined with a conductive material such as a carbon material. For example, the surface of the SiO x is preferably covered with a conductive material (such as a carbon material). Since SiO x is an oxide and has poor conductivity, when it is used as a negative electrode active material, a conductive material (conductive aid) is used from the viewpoint of ensuring good battery characteristics, and SiO in the negative electrode is used. It is necessary to improve the mixing and dispersion of x and the conductive material to form an excellent conductive network. In the case of a composite in which SiO x is combined with a conductive material, for example, a conductive network in the negative electrode is formed better than when a mixture obtained by simply mixing SiO x and a conductive material is used. The

SiOと導電性材料との複合体としては、前記のように、SiOの表面を導電性材料(好ましくは炭素材料)で被覆したものの他、SiOと導電性材料(好ましくは炭素材料)との造粒体などが挙げられる。 As a composite of SiO x and a conductive material, as described above, the surface of SiO x is covered with a conductive material (preferably a carbon material), and SiO x and a conductive material (preferably a carbon material). And the like.

また、前記の、SiOの表面を導電性材料(好ましくは炭素材料)で被覆した複合体を、更に導電性材料(炭素材料など)と複合化して用いることで、負極において更に良好な導電ネットワークの形成が可能となるため、より高容量で、充放電サイクル特性に優れた非水二次電池の実現が可能となる。導電性材料で被覆されたSiOと導電性材料との複合体としては、例えば、導電性材料で被覆されたSiOと導電性材料との混合物を更に造粒した造粒体などが挙げられる。 Further, by using the composite in which the surface of SiO x is coated with a conductive material (preferably a carbon material) in combination with a conductive material (such as a carbon material), an even better conductive network can be obtained in the negative electrode. Therefore, a non-aqueous secondary battery having a higher capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics can be realized. The complex of the SiO x and a conductive material coated with a conductive material, for example, like granules the mixture was further granulated with SiO x and a conductive material coated with a conductive material .

また、表面が導電性材料で被覆されたSiOとしては、SiOとそれよりも比抵抗値が小さい導電性材料との複合体(例えば造粒体)、好ましくはSiOと炭素材料との複合体の表面が、更に炭素材料で被覆されてなるものも、好ましく用いることができる。前記造粒体内部でSiOと導電性材料が分散した状態であると、より良好な導電ネットワークを形成できるため、これを負極材料とする負極を有する非水二次電池において、重負荷放電特性など電池特性を更に向上させることができる。 As the SiO x whose surface is coated with a conductive material, a complex with SiO x and a conductive material resistivity value is less than (e.g. granulate), preferably between SiO x and the carbon material Those in which the surface of the composite is further coated with a carbon material can be preferably used. When the SiO x and the conductive material are dispersed inside the granule, a better conductive network can be formed. Therefore, in a non-aqueous secondary battery having a negative electrode using this as a negative electrode material, heavy load discharge characteristics The battery characteristics can be further improved.

SiOとの複合体の形成に用い得る前記導電性材料としては、例えば、低結晶性炭素、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などの炭素材料が好ましいものとして挙げられる。 Preferred examples of the conductive material that can be used to form a composite with SiO x include carbon materials such as low crystalline carbon, carbon nanotubes, and vapor grown carbon fibers.

前記導電性材料の詳細としては、繊維状またはコイル状の炭素材料、繊維状またはコイル状の金属、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックを含む)、人造黒鉛、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の材料が好ましい。繊維状またはコイル状の炭素材料や、繊維状またコイル状の金属は、導電ネットワークを形成し易く、かつ表面積の大きい点において好ましい。カーボンブラック(アセチレンブラック,ケッチェンブラックを含む)、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素は、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiO粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有している点において好ましい。 Details of the conductive material include a fibrous or coiled carbon material, a fibrous or coiled metal, carbon black (including acetylene black and ketjen black), artificial graphite, graphitizable carbon and non-graphitizable. At least one material selected from the group consisting of carbon is preferred. A fibrous or coiled carbon material or a fibrous or coiled metal is preferable in that it easily forms a conductive network and has a large surface area. Carbon black (including acetylene black and ketjen black), graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon have high electrical conductivity and high liquid retention, and even if SiO x particles expand and contract. This is preferable in that it has a property of easily maintaining contact with the particles.

負極活物質としてSiOと併用される黒鉛を、SiOと導電性材料との複合体に係る導電性材料として使用することもできる。黒鉛も、カーボンブラックなどと同様に、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiO粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有しているため、SiOとの複合体形成に好ましく使用することができる。 Graphite used in combination with SiO x as the negative electrode active material can also be used as a conductive material according to a composite of SiO x and a conductive material. Graphite, like carbon black, has high electrical conductivity and high liquid retention, and also has the property of easily maintaining contact with the SiO x particles even when they expand and contract. Therefore, it can be preferably used for forming a complex with SiO x .

前記例示の導電性材料の中でも、SiOとの複合体が造粒体である場合に用いるものとしては、繊維状の炭素材料が特に好ましい。繊維状の炭素材料は、その形状が細い糸状であり柔軟性が高いためにSiOの膨張収縮に追従でき、また、嵩密度が大きいために、SiO粒子と多くの接合点を持つことができるからである。繊維状の炭素としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられ、これらの何れを用いてもよい。 Among the conductive materials exemplified above, a fibrous carbon material is particularly preferable as a material used when the composite with SiO x is a granulated body. The fibrous carbon material has a thin thread shape and high flexibility so that it can follow the expansion and contraction of SiO x , and because of its high bulk density, it can have many junctions with SiO x particles. Because it can. Examples of the fibrous carbon include polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, and carbon nanotube, and any of these may be used.

なお、繊維状の炭素材料や繊維状の金属は、例えば、気相法にてSiO粒子の表面に形成することもできる。 In addition, a fibrous carbon material and a fibrous metal can also be formed on the surface of SiO x particles by, for example, a vapor phase method.

SiOの比抵抗値が、通常、10〜10kΩcmであるのに対して、前記例示の導電性材料の比抵抗値は、通常、10−5〜10kΩcmである。 The specific resistance value of SiO x is usually 10 3 to 10 7 kΩcm, whereas the specific resistance value of the exemplified conductive material is usually 10 −5 to 10 kΩcm.

また、SiOと導電性材料との複合体は、粒子表面の炭素材料被覆層を覆う材料層(難黒鉛化炭素を含む材料層)を更に有していてもよい。 The composite of SiO x and the conductive material may further include a material layer (a material layer containing non-graphitizable carbon) that covers the carbon material coating layer on the particle surface.

SiOと導電性材料との複合体を使用する場合、SiOと導電性材料との比率は、導電性材料との複合化による作用を良好に発揮させる観点から、SiO:100質量部に対して、導電性材料が、5質量部以上であることが好ましく、10質量部以上であることがより好ましい。また、前記複合体において、SiOと複合化する導電性材料の比率が多すぎると、負極合剤層中のSiO量の低下に繋がり、高容量化の効果が小さくなる虞があることから、SiO:100質量部に対して、導電性材料は、95質量部以下であることが好ましく、90質量部以下であることがより好ましい。 When using a complex of SiO x and a conductive material, the ratio between the SiO x and a conductive material, from the viewpoint of satisfactorily exhibiting the effect by compounding the conductive material, SiO x: 100 parts by weight On the other hand, the conductive material is preferably 5 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or more. In the composite, if the ratio of the conductive material to be combined with SiO x is too large, the amount of SiO x in the negative electrode mixture layer may be decreased, and the effect of increasing the capacity may be reduced. , SiO x : The conductive material is preferably 95 parts by mass or less, more preferably 90 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of SiO x .

前記のSiOと導電性材料との複合体は、例えば下記の方法によって得ることができる。 The composite of the SiO x and the conductive material can be obtained, for example, by the following method.

まず、SiOを複合化する場合の作製方法について説明する。SiOが分散媒に分散した分散液を用意し、それを噴霧し乾燥して、複数の粒子を含む複合粒子を作製する。分散媒としては、例えば、エタノールなどを用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。前記の方法以外にも、振動型や遊星型のボールミルやロッドミルなどを用いた機械的な方法による造粒方法においても、同様の複合粒子を作製することができる。 First, a manufacturing method in the case of combining SiO x will be described. A dispersion liquid in which SiO x is dispersed in a dispersion medium is prepared, and sprayed and dried to produce composite particles including a plurality of particles. For example, ethanol or the like can be used as the dispersion medium. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. In addition to the above method, similar composite particles can be produced also by a granulation method by a mechanical method using a vibration type or planetary type ball mill or rod mill.

なお、SiOと、SiOよりも比抵抗値の小さい導電性材料との造粒体を作製する場合には、SiOが分散媒に分散した分散液中に前記導電性材料を添加し、この分散液を用いて、SiOを複合化する場合と同様の手法によって複合粒子(造粒体)とすればよい。また、前記と同様の機械的な方法による造粒方法によっても、SiOと導電性材料との造粒体を作製することができる。 Incidentally, the SiO x, in the case of manufacturing a granulated body with small conductive material resistivity value than SiO x is adding the conductive material into the dispersions SiO x are dispersed in a dispersion medium, Using this dispersion, composite particles (granulated body) may be formed by the same technique as that for combining SiO x . Further, by granulation process according to the similar mechanical method, it is possible to produce a granular material of SiO x and a conductive material.

次に、SiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと導電性材料との造粒体)の表面を炭素材料で被覆して複合体とする場合には、例えば、炭化水素系ガスを気相中にて加熱して、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、粒子の表面上に堆積させる。このように、気相成長(CVD)法によれば、炭化水素系ガスが複合粒子の隅々にまで行き渡り、粒子の表面や表面の空孔内に、導電性を有する炭素材料を含む薄くて均一な皮膜(炭素被覆層)を形成できることから、少量の炭素材料によってSiO粒子に均一性よく導電性を付与できる。 Next, when the surface of SiO x particles (SiO x composite particles or a granulated body of SiO x and a conductive material) is coated with a carbon material to form a composite, for example, hydrocarbon gas is removed. Heating in the phase causes carbon produced by pyrolysis of the hydrocarbon gas to deposit on the surface of the particles. As described above, according to the vapor deposition (CVD) method, the hydrocarbon-based gas spreads to every corner of the composite particle, and the surface of the particle and the pores in the surface are thin and contain a conductive carbon material. Since a uniform film (carbon coating layer) can be formed, the SiO x particles can be imparted with good conductivity with a small amount of carbon material.

炭素材料で被覆されたSiOの製造において、気相成長(CVD)法の処理温度(雰囲気温度)については、炭化水素系ガスの種類によっても異なるが、通常、600〜1200℃が適当であるが、中でも、700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い炭素を含む被覆層を形成できるからである。 In the production of SiO x coated with a carbon material, the processing temperature (atmosphere temperature) of the vapor deposition (CVD) method varies depending on the type of hydrocarbon gas, but usually 600 to 1200 ° C. is appropriate. However, it is preferable that it is 700 degreeC or more especially, and it is still more preferable that it is 800 degreeC or more. This is because the higher the treatment temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing carbon having high conductivity.

炭化水素系ガスの液体ソースとしては、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレン、ヘキサン、シクロヘキサンなどを用いることができるが、取り扱い易いトルエンが特に好ましい。これらを気化させる(例えば、窒素ガスでバブリングする)ことにより炭化水素系ガスを得ることができる。また、メタンガスやエチレンガス、アセチレンガスなどを用いることもできる。   As the liquid source of the hydrocarbon-based gas, toluene, benzene, xylene, mesitylene, hexane, cyclohexane and the like can be used, but toluene that is easy to handle is particularly preferable. A hydrocarbon-based gas can be obtained by vaporizing them (for example, bubbling with nitrogen gas). Moreover, methane gas, ethylene gas, acetylene gas, etc. can also be used.

また、気相成長(CVD)法にてSiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと導電性材料との造粒体)の表面を炭素材料で覆った後に、石油系ピッチ、石炭系のピッチ、熱硬化製樹脂、およびナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物よりなる群から選択される少なくとも1種の有機化合物を、炭素材料を含む被覆層に付着させた後、前記有機化合物が付着した粒子を焼成してもよい。 In addition, after covering the surface of SiO x particles (SiO x composite particles, or a granulated body of SiO x and a conductive material) with a carbon material by a vapor deposition (CVD) method, petroleum pitch, coal-based After attaching at least one organic compound selected from the group consisting of pitch, thermosetting resin, and a condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes to a coating layer containing a carbon material, the organic compound is The adhered particles may be fired.

具体的には、炭素材料で被覆されたSiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと導電性材料との造粒体)と、前記有機化合物とが分散媒に分散した分散液を用意し、この分散液を噴霧し乾燥して、有機化合物によって被覆された粒子を形成し、その有機化合物によって被覆された粒子を焼成する。 Specifically, a dispersion liquid in which a SiO x particle (SiO x composite particle or a granulated body of SiO x and a conductive material) coated with a carbon material and the organic compound are dispersed in a dispersion medium is prepared. The dispersion is sprayed and dried to form particles coated with the organic compound, and the particles coated with the organic compound are fired.

前記ピッチとしては等方性ピッチを、熱硬化製樹脂としてはフェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂などを用いることができる。ナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物としては、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物を用いることができる。   An isotropic pitch can be used as the pitch, and a phenol resin, a furan resin, a furfural resin, or the like can be used as the thermosetting resin. As the condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes, naphthalene sulfonic acid formaldehyde condensate can be used.

炭素材料で被覆されたSiO粒子と前記有機化合物を分散させるための分散媒としては、例えば、水、アルコール類(エタノールなど)を用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。焼成温度は、通常、600〜1200℃が適当であるが、中でも700℃以上が好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い良質な炭素材料を含む被覆層を形成できるからである。ただし、処理温度はSiOの融点以下であることを要する。 As a dispersion medium for dispersing the SiO x particles coated with the carbon material and the organic compound, for example, water or alcohols (ethanol or the like) can be used. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. The firing temperature is usually 600 to 1200 ° C., preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the processing temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing a high-quality carbon material with high conductivity. However, the processing temperature needs to be lower than the melting point of SiO x .

前記のSiOと共に負極活物質として使用する黒鉛については特に制限はなく、鱗片状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛や人造黒鉛を用いることができる。 There is no particular limitation on the graphite used as a negative electrode active material with said SiO x, it is possible to use flake graphite, natural graphite or artificial graphite such as earthy graphite.

本発明に係る負極は、SiO(SiOと導電性材料との複合体を含む)、黒鉛、およびバインダ(結着剤)などを含む混合物(負極合剤)に、適当な溶媒(分散媒)を加えて十分に混練して得たペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥などにより溶媒(分散媒)を除去して、所定の厚みおよび密度を有する負極合剤層を形成することによって得ることができる。なお、本発明に係る負極は、前記の製法により得られたものに限られず、他の製法で製造したものであってもよい。 The negative electrode according to the present invention includes an appropriate solvent (dispersion medium) in a mixture (negative electrode mixture) containing SiO x (including a composite of SiO x and a conductive material), graphite, and a binder (binder). ) And then kneaded thoroughly to apply a paste-like or slurry-like negative electrode mixture-containing composition on one or both sides of the current collector, and the solvent (dispersion medium) is removed by drying or the like. Can be obtained by forming a negative electrode mixture layer having a thickness and density of In addition, the negative electrode which concerns on this invention is not restricted to what was obtained by the said manufacturing method, The thing manufactured by the other manufacturing method may be used.

負極合剤層に使用するバインダとしては、例えば、でんぷん、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロースなどの多糖類やそれらの変成体;ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドイミド、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂やそれらの変成体;ポリイミド;エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシドなどのゴム状弾性を有するポリマーやそれらの変成体;などが挙げられ、これらの1種または2種以上を用いることができる。   Examples of the binder used in the negative electrode mixture layer include starch, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, diacetylcellulose, and other polysaccharides and modified products thereof; polyvinylchloride, Thermoplastic resins such as polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyamide, and their modified products; polyimide; ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene Rubber (SBR), butadiene rubber, polybutadiene, fluororubber, polyethylene oxide and other polymers having rubbery elasticity, and modified products thereof. May be used alone or two or more al.

負極合剤層には、更に導電助剤として導電性材料を添加してもよい。このような導電性材料としては、非水二次電池内において化学変化を起こさないものであれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック(サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなど)、炭素繊維、金属粉(銅、ニッケル、アルミニウム、銀など)、金属繊維、ポリフェニレン誘導体(特開昭59−20971号公報に記載のもの)などの材料を、1種または2種以上用いることができる。これらの中でも、カーボンブラックを用いることが好ましく、ケッチェンブラックやアセチレンブラックがより好ましい。   A conductive material may be further added to the negative electrode mixture layer as a conductive aid. Such a conductive material is not particularly limited as long as it does not cause a chemical change in the non-aqueous secondary battery. For example, carbon black (thermal black, furnace black, channel black, ketjen black, acetylene black) Etc.), carbon fibers, metal powder (copper, nickel, aluminum, silver, etc.), metal fibers, polyphenylene derivatives (described in JP-A-59-20971), and the like are used alone or in combination. be able to. Among these, carbon black is preferably used, and ketjen black and acetylene black are more preferable.

導電助剤として使用する炭素材料の粒径は、例えば、後述する実施例に記載の方法により求められる平均粒径で、0.01μm以上であることが好ましく、0.02μm以上であることがより好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。   The particle size of the carbon material used as the conductive auxiliary agent is, for example, an average particle size determined by the method described in Examples described later, preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.02 μm or more. It is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less.

本発明に係る負極では、負極合剤層において、SiOと黒鉛(SiOと導電性材料との複合体における導電性材料に黒鉛を使用した場合には、この複合体に使用した黒鉛の量を含む。SiOと黒鉛との比率について、以下同じ。)との合計を100質量%としたとき、SiOの比率を、3質量%以上、好ましくは4質量%以上とする。SiOの比率を前記のようにすることで、非水二次電池の高容量化を達成できる。ただし、SiOの使用比率が大きすぎると、充放電に伴うSiOの体積膨張に起因する電池特性の低下を十分に抑制できなくなる。よって、負極合剤層において、SiOと黒鉛との合計を100質量%としたとき、SiOの比率を、20質量%以下、好ましくは18質量%以下とする。 In the negative electrode according to the present invention, in the negative electrode mixture layer, when the graphite is used as the conductive material in the composite of SiO x and graphite (the composite of SiO x and conductive material, the amount of graphite used in the composite When the sum of the ratio of SiO x and graphite is the same hereinafter) is 100 mass%, the ratio of SiO x is 3 mass% or more, preferably 4 mass% or more. By making the ratio of SiO x as described above, it is possible to increase the capacity of the non-aqueous secondary battery. However, if the use ratio of SiO x is too large, the deterioration of battery characteristics due to the volume expansion of SiO x accompanying charge / discharge cannot be sufficiently suppressed. Therefore, in the negative electrode mixture layer, when the total of SiO x and graphite is 100 mass%, the ratio of SiO x is 20 mass% or less, preferably 18 mass% or less.

また、負極合剤層においては、SiOおよび黒鉛を含む負極活物質の総量(SiOと導電性材料との複合体における導電性材料に黒鉛を使用した場合には、この複合体に使用した黒鉛の量を含む。)を、80〜99質量%とし、バインダの量を1〜20質量%とすることが好ましい。SiOとの複合体を構成するための導電性材料(好ましくは炭素材料)や、その他の導電助剤として導電性材料を使用する場合には、負極合剤層におけるこれらの導電性材料は、負極活物質の総量およびバインダ量が、前記の好適値を満足する範囲で使用することが好ましい。 Further, in the negative electrode mixture layer, the total amount of the negative electrode active material containing SiO x and graphite (when graphite was used as the conductive material in the composite of SiO x and conductive material, this composite was used. The amount of graphite is preferably 80 to 99% by mass, and the amount of the binder is preferably 1 to 20% by mass. In the case of using a conductive material (preferably a carbon material) for forming a composite with SiO x or other conductive auxiliary agent, these conductive materials in the negative electrode mixture layer are: It is preferable that the total amount of the negative electrode active material and the amount of the binder are used in a range satisfying the above-described preferable values.

負極合剤層の厚みは、例えば、10〜100μmであることが好ましい。   The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm, for example.

本発明の電池に係る正極には、前記一般組成式(1)表されるLi含有遷移金属酸化物を含有する正極合剤層を有する正極を使用する。 The positive electrode of the battery of the present invention uses a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing the Li-containing transition metal oxide represented by the general formula (1).

このような正極を前記の負極と組み合わせることで、非水二次電池の高容量化が可能となるが、それは、以下の理由による。SiOと黒鉛とを併用して構成した負極を、LiCoOなどの非水二次電池に汎用されている正極活物質を用いて構成した正極とを組み合わせて電池とした場合、SiOの不可逆容量が大きいために、SiOの使用による高容量化効果が発現し難い。しかし、前記一般組成式(1)表されるLi含有遷移金属酸化物自体は、LiCoOよりも高容量であるものの、不可逆容量も比較的大きいため、これを用いた正極と、SiOと黒鉛とを前記の比率で使用した負極とを組み合わせると、正負極の不可逆容量のバランスが良好となり、SiOの使用による高容量化効果が良好に発現する。 By combining such a positive electrode with the negative electrode, it is possible to increase the capacity of the nonaqueous secondary battery for the following reason. When a negative electrode formed by using SiO x and graphite in combination with a positive electrode formed by using a positive electrode active material commonly used for non-aqueous secondary batteries such as LiCoO 2 is used as a battery, the irreversibility of SiO x Since the capacity is large, the effect of increasing the capacity by using SiO x is hardly exhibited. However, Li-containing transition metal oxide itself represented by the general formula (1), although than LiCoO 2 is a high capacity, since the irreversible capacity is relatively large, a positive electrode using the same, and SiO x When combined with the negative electrode using graphite in the above ratio, the balance of the irreversible capacity of the positive and negative electrodes becomes good, and the effect of increasing the capacity by using SiO x is exhibited well.

Li含有遷移金属酸化物を表す前記一般組成式(1)において、高容量化を達成するにはMnに対するNiの比率をより大きくすることが好ましいが、bが0.6より大きい値になると、NiがLiサイトに導入されて非化学量論組成になりやすくなる。また、3価のNiは不安定であることから、Niは3価よりも低い酸化数であることが好ましいが、bが0.6より大きい値になると、例えば、大気中での焼成によりNiの酸化数を制御することが困難になる(Li含有遷移金属酸化物の合成法に関しては後述する。)。これらの理由から、前記一般組成式(1)において、bが0.6より大きい値になると、十分な理論容量や充放電可逆性が得られなくなる。よって、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物では、−0.1≦b≦0.6となるようにNiの含有量を調整する。   In the general composition formula (1) representing the Li-containing transition metal oxide, it is preferable to increase the ratio of Ni to Mn in order to achieve high capacity, but when b is greater than 0.6, Ni is introduced into the Li site and tends to have a non-stoichiometric composition. In addition, since trivalent Ni is unstable, Ni preferably has an oxidation number lower than that of trivalent. However, when b is greater than 0.6, for example, Ni is baked in the atmosphere. It becomes difficult to control the oxidation number of (a method for synthesizing a Li-containing transition metal oxide will be described later). For these reasons, when b is larger than 0.6 in the general composition formula (1), sufficient theoretical capacity and charge / discharge reversibility cannot be obtained. Therefore, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1), the Ni content is adjusted so that −0.1 ≦ b ≦ 0.6.

また、Li含有遷移金属酸化物を表す前記一般組成式(1)において、1−y−z−b>0とし、結晶格子中に必ずMnを存在させることにより、Li含有遷移金属酸化物の粒子の熱的安定性を高めることができるため、より安全性の高い非水二次電池を構成することが可能となる。すなわち、結晶格子中で、Mnが2価のNiとともに層状の構造を安定化させ、Li含有遷移金属酸化物の熱的安定性を向上させる。   In the general composition formula (1) representing the Li-containing transition metal oxide, 1-yz-b> 0, and Mn is always present in the crystal lattice, whereby the Li-containing transition metal oxide particles Therefore, it is possible to configure a safer non-aqueous secondary battery. That is, in the crystal lattice, Mn stabilizes the layered structure together with divalent Ni and improves the thermal stability of the Li-containing transition metal oxide.

更に、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物において、元素Mを含有させることによって、非水二次電池の充放電でのLiのドープおよび脱ドープに伴うMnの価数変動を抑制し、Mnの平均価数を4価近傍の値に安定させ、充放電の可逆性をより高めることができ、充放電サイクル特性に優れた正極とすることが可能となる。 Further, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general formula (1), by containing the element M 1, of Mn due to doping and dedoping of Li in the charge and discharge of non-aqueous secondary battery It is possible to suppress valence fluctuation, stabilize the average valence of Mn at a value close to tetravalent, further increase the reversibility of charge / discharge, and obtain a positive electrode excellent in charge / discharge cycle characteristics.

具体的には、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物には、元素Mとして、Co、若しくはCoと、Ti、Cr、Fe、u、Zn、Al、Ge、Sn、MgおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有させる元素Mは、前記の通り、Li含有遷移金属酸化物において、結晶構造の安定化や、反応性の制御に関与するが、多すぎると容量を低下させる虞がある。よって、Li含有遷移金属酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素Mの量を示すzは、0z≦0.4とする。zは、0.05以上であることがより好ましく、また、0.35以下であることがより好ましい。なお、元素Mとしては、前記の効果がより得られやすくなることから、Co、Al、Mg、Ti、Geがより好ましく、Co、AlまたはMgが特に好ましい。元素Mは、Li含有遷移金属酸化物中に均一に分布していてもよく、また、粒子表面などに偏析していてもよい。 More specifically, wherein the Li-containing transition metal oxide represented by the general formula (1), as the element M 1, Co, or the Co, Ti, Cr, Fe, C u, Zn, Al, Ge , Sn, are contained and at least one element selected from the group consisting of Mg and Zr. As described above, the element M 1 is involved in stabilization of the crystal structure and control of reactivity in the Li-containing transition metal oxide, but if it is too much, the capacity may be reduced. Therefore, in the general composition formula (1) representing the Li-containing transition metal oxide, z indicating the amount of the element M 1 is 0 < z ≦ 0.4. z is more preferably 0.05 or more, and more preferably 0.35 or less. The element M 1 is more preferably Co, Al, Mg, Ti, or Ge, and particularly preferably Co, Al, or Mg because the above-described effect can be more easily obtained. The element M 1 may be uniformly distributed in the Li-containing transition metal oxide, or may be segregated on the particle surface or the like.

前記組成を有するLi含有遷移金属酸化物は、その真密度が4.55〜4.95g/cmと大きな値になり、高い体積エネルギー密度を有する材料となる。なお、Mnを一定範囲で含むLi含有遷移金属酸化物の真密度は、その組成により大きく変化するが、前記のような狭い組成範囲では構造が安定化され、均一性を高めることができるため、例えばLiCoOの真密度に近い大きな値となるものと考えられる。また、活物質の質量当たりの容量を大きくすることができ、可逆性に優れた材料とすることができる。 The Li-containing transition metal oxide having the above composition has a large true density of 4.55 to 4.95 g / cm 3 and becomes a material having a high volume energy density. In addition, although the true density of the Li-containing transition metal oxide containing Mn in a certain range varies greatly depending on its composition, the structure is stabilized and uniformity can be improved in the narrow composition range as described above. For example, it is considered to be a large value close to the true density of LiCoO 2 . Further, the capacity per mass of the active material can be increased, and a material having excellent reversibility can be obtained.

また、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物は、特に化学量論比に近い組成のときに、その真密度が大きくなるが、具体的には、前記一般組成式(1)において、−0.1≦y≦0.1、および−0.05≦a≦0.05とすることが好ましく、yおよびaの値をこのように調整することで、真密度および可逆性を高めることができる。   In addition, the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1) has a large true density particularly when the composition is close to the stoichiometric ratio. In (1), it is preferable to satisfy −0.1 ≦ y ≦ 0.1 and −0.05 ≦ a ≦ 0.05. By adjusting the values of y and a in this way, the true density and Reversibility can be increased.

前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物の好適な具体例としては、例えば、Li1.0Ni0.65Mn0.15Co0.2、Li1.0Ni0.6Mn0.2Co0.2、Li1.0Ni0.5Mn0.2Co0.3などが挙げられる。 Preferable specific examples of the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1) include, for example, Li 1.0 Ni 0.65 Mn 0.15 Co 0.2 O 2 , Li 1.0 Examples include Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 and Li 1.0 Ni 0.5 Mn 0.2 Co 0.3 O 2 .

また、本発明に係る正極には、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物と共に、下記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物を用いることもできる。 Further, in the positive electrode according to the present invention, a Li-containing transition metal oxide represented by the following general composition formula (2) may be used together with the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1). it can.

LiLi 1+c1 + c M 2 O 2 (2)(2)
[ただし、−0.3≦c≦0.3であり、かつ、M[However, −0.3 ≦ c ≦ 0.3, and M 2 は、少なくともNi、MnおよびMgを含む3種以上の元素群を表し、MRepresents at least three element groups including Ni, Mn and Mg, 2 を構成する各元素中で、Ni、MnおよびMgの割合(mol%)を、それぞれd、eおよびfとしたときに、70≦d≦97、0.5<e<30、0.5<f<30、−10<e−f<10および−8≦(e−f)/f≦8である]70 ≦ d ≦ 97, 0.5 <e <30, 0.5 <, where the ratios (mol%) of Ni, Mn, and Mg are d, e, and f, respectively. f <30, −10 <ef <10 and −8 ≦ (ef) / f ≦ 8]

前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物は、少なくともNi、MnおよびMgを含む元素群Mを含有している。Niは、Li含有遷移金属酸化物の容量向上に寄与する成分である。 The Li-containing transition metal oxide represented by the general formula (2) contains an element group M 2 containing at least Ni, Mn and Mg. Ni is a component that contributes to improving the capacity of the Li-containing transition metal oxide.

Li含有遷移金属酸化物を表す前記一般組成式(2)において、高容量化を達成するにはMnやMgに対するNiの比率をより大きくすることが好ましいが、例えば純粋なLiNiOだと、NiがLiサイトに導入されて非化学量論組成になりやすくなり(カチオンミキシングと呼ぶ)、逆に容量が低下する。しかし、Mとして、Niの他にMnやMgが少量含まれることで、構造が安定化しカリオンミキシングが起こりにくくなる。よって、前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物では、Mの全元素数を100mol%としたときに、Niの割合dが70mol%以上97mol%以下となるようにLi含有遷移金属酸化物中のNiの量を調整する。 In the general composition formula (2) representing the Li-containing transition metal oxide, it is preferable to increase the ratio of Ni to Mn or Mg in order to achieve high capacity. For example, when pure LiNiO 2 is used, Ni Is introduced into the Li site and tends to have a non-stoichiometric composition (referred to as cation mixing), and conversely the capacity decreases. However, since M 2 contains a small amount of Mn or Mg in addition to Ni, the structure is stabilized and the caryon mixing is less likely to occur. Therefore, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), when the total number of elements of M 2 is 100 mol%, the Ni ratio d is 70 mol% or more and 97 mol% or less. The amount of Ni in the Li-containing transition metal oxide is adjusted.

なお、Niの平均価数が大きいほど、Li含有遷移金属酸化物の電気伝導性が向上するため、前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物において、後記の実施例で示す方法により測定されるNiの平均価数(A)は、2.5〜3.2価であることが好ましい。   In addition, since the electrical conductivity of the Li-containing transition metal oxide improves as the average valence of Ni increases, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), in the examples described later, The average valence (A) of Ni measured by the method shown is preferably 2.5 to 3.2.

また、前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物において、結晶格子中にMnを存在させることにより、Li含有遷移金属酸化物の熱的安定性を高めることができるため、より安全性の高い非水二次電池を構成することが可能となる。すなわち、結晶格子中で、Mnが2価のNiとともに層状の構造を安定化させ、Li含有遷移金属酸化物の熱的安定性を向上させる。   In addition, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), the thermal stability of the Li-containing transition metal oxide can be increased by allowing Mn to be present in the crystal lattice. A safer non-aqueous secondary battery can be configured. That is, in the crystal lattice, Mn stabilizes the layered structure together with divalent Ni and improves the thermal stability of the Li-containing transition metal oxide.

更に、前記Li含有遷移金属酸化物において、Mgを含有させることによって、非水二次電池の充放電でのLiのドープおよび脱ドープに伴うMnの価数変動を抑制し、Mnの平均価数を4価近傍の値に安定させ、充放電の可逆性をより高めることができ、充放電サイクル特性に優れた正極とすることが可能となる。   Furthermore, in the Li-containing transition metal oxide, by adding Mg, the Mn valence fluctuation associated with doping and dedoping of Li during charge / discharge of the non-aqueous secondary battery is suppressed, and the average valence of Mn Can be stabilized at a value close to tetravalent, reversibility of charge / discharge can be further increased, and a positive electrode excellent in charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

このように、MnおよびMgは、Li含有遷移金属酸化物において、結晶構造の安定化や、反応性の制御に関与するが、多すぎると容量を低下させる虞がある。よって、Li含有遷移金属酸化物を表す前記一般組成式(2)において、Mの全元素数を100mol%としたときに、Mnの割合eおよびMgの割合fを、それぞれ0.5<e<30、0.5<f<30とし、かつ−10<e−f<10および−8≦(e−f)/f≦8とする。 Thus, Mn and Mg are involved in stabilization of the crystal structure and control of reactivity in the Li-containing transition metal oxide, but if too much, the capacity may be reduced. Therefore, in the general composition formula (2) representing the Li-containing transition metal oxide, when the total number of elements of M 2 is 100 mol%, the ratio e of Mn and the ratio f of Mg are 0.5 <e, respectively. <30, 0.5 <f <30, and −10 <ef <10 and −8 ≦ (ef) / f ≦ 8.

なお、前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物において、Mnによる前記の効果をより良好に確保する観点からは、Mの全元素中におけるMnの割合eは、1mol%以上であることが好ましく、2mol%以上であることがより好ましく、一方、10mol%以下であることが好ましく、7mol%以下であることがより好ましい。また、前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物において、Mgによる前記の効果をより良好に確保する観点からは、Mの全元素中におけるMgの割合fは、1mol%以上であることが好ましく、2mol%以上であることがより好ましい。ただし、前記の通り、Mgは充放電容量への関与が小さいために、添加量が多いと容量の低下を招く虞がある。よって、前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物において、Mgの割合fは、15mol%以下であることが好ましく、10mol%以下であることがより好ましく、7mol%以下であることが更に好ましい。そして、−3≦e−f≦3であることが好ましく、また、−2≦(e−f)/f≦2であることが好ましい。 In addition, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), from the viewpoint of ensuring the above-described effect by Mn more favorably, the ratio e of Mn in all elements of M 2 is 1 mol. % Or more, preferably 2 mol% or more, on the other hand, preferably 10 mol% or less, more preferably 7 mol% or less. In addition, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), from the viewpoint of ensuring the above-described effects of Mg more favorably, the ratio f of Mg in all elements of M 2 is 1 mol. % Or more, and more preferably 2 mol% or more. However, as described above, since Mg has little influence on the charge / discharge capacity, if the addition amount is large, the capacity may be reduced. Therefore, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), the Mg ratio f is preferably 15 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and 7 mol% or less. More preferably it is. It is preferable that −3 ≦ e−f ≦ 3, and it is preferable that −2 ≦ (ef) / f ≦ 2.

また、前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物において、Mnの平均価数は、Mgを安定化させて、その作用を有効に発揮させ得るようにする観点から、後記の実施例で示す方法により測定される値で、3.5〜4.2価であることが好ましい。   Further, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), the average valence of Mn is described below from the viewpoint of stabilizing Mg and effectively exhibiting its action. It is a value measured by the method shown in the example of the above, and it is preferably 3.5 to 4.2.

Li含有遷移金属酸化物を表す前記一般組成式(2)におけるMは、少なくともNi、MnおよびMgを含むものであり、これら3種の元素からなる元素群であってもよい。 M 2 in the general composition formula (2) representing the Li-containing transition metal oxide contains at least Ni, Mn, and Mg, and may be an element group composed of these three elements.

また、前記Mは、Ni、MnおよびMgに加えて、Coも含む4種以上の元素群であってもよい。MがCoを含む場合には、CoがLi含有遷移金属酸化物の結晶格子中に存在することで、非水二次電池の充放電でのLiの脱離および挿入によってLi含有遷移金属酸化物の相転位から起こる不可逆反応を更に緩和することができ、Li含有遷移金属酸化物の結晶構造の可逆性を高めることができるため、より充放電サイクル寿命の長い非水二次電池を構成することが可能となる。 The M 2 may be a group of four or more elements including Co in addition to Ni, Mn and Mg. When M 2 contains Co, the presence of Co in the crystal lattice of the Li-containing transition metal oxide causes Li-containing transition metal oxidation due to Li desorption and insertion during charge / discharge of the nonaqueous secondary battery. Since the irreversible reaction resulting from the phase transition of the product can be further relaxed and the reversibility of the crystal structure of the Li-containing transition metal oxide can be increased, a non-aqueous secondary battery having a longer charge / discharge cycle life is formed. It becomes possible.

前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物において、MがCoを含む場合、Mを構成する各元素中で、Coの割合g(mol%)は、M構成する他の元素(Ni、MnおよびMg)の量が少なくなることによって、これらの元素による効果が小さくなることを抑制する観点から、0<g<30であることが好ましい。なお、Coによる前記の効果をより良好に確保する観点からは、Mの全元素中におけるCoの割合gは、1mol%以上であることがより好ましい。 In Li-containing transition metal oxide represented by the general formula (2), if M 2 comprises Co, with each element which constitutes the M 2, the ratio of Co g (mol%) is, M 2 configuration It is preferable that 0 <g <30 from the viewpoint of suppressing the effect of these elements from decreasing as the amount of other elements (Ni, Mn, and Mg) decreases. In addition, from the viewpoint of ensuring the above-described effects by Co better, the ratio g of Co in all elements of M 2 is more preferably 1 mol% or more.

また、前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物において、MがCoを含む場合、Li含有遷移金属酸化物におけるCoの平均価数は、Coによる前記の効果を良好に確保する観点から、後記の実施例で示す方法により測定される値で、2.5〜3.2価であることが好ましい。 Further, in the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), when M 2 contains Co, the average valence of Co in the Li-containing transition metal oxide is excellent in the above-described effect due to Co. From the viewpoint of ensuring the above, it is a value measured by the method shown in the examples below, and is preferably 2.5 to 3.2.

なお、前記Li含有遷移金属酸化物を表す前記一般組成式(2)におけるMは、Ni、Mn、MgおよびCo以外の元素を含んでいてもよく、例えば、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Al、Ge、Sn、Ag、Ta、Nb、Mo、B、P、Zr、Gaなどの元素を含んでいても構わない。ただし、本発明の効果を十分に得るためには、Mの全元素数を100mol%としたときの、Ni、Mn、MgおよびCo以外の元素の割合は、15mol%以下とすることが好ましく、3mol%以下とすることがより好ましい。MにおけるNi、Mn、MgおよびCo以外の元素は、Li含有遷移金属酸化物中に均一に分布していてもよく、また、粒子表面などに偏析していてもよい。 Note that M 2 in the general composition formula (2) representing the Li-containing transition metal oxide may contain an element other than Ni, Mn, Mg, and Co. For example, Ti, Cr, Fe, Cu, It may contain elements such as Zn, Al, Ge, Sn, Ag, Ta, Nb, Mo, B, P, Zr, and Ga. However, in order to obtain the effect of the present invention sufficiently, when formed into a 100 mol% of the total number of elements in M 2, Ni, Mn, ratio of elements other than Mg and Co is preferably set to less 15 mol% More preferably, it is 3 mol% or less. Elements other than Ni, Mn, Mg and Co in M 2 may be uniformly distributed in the Li-containing transition metal oxide, or may be segregated on the particle surface or the like.

前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物も、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物と同様に、その真密度が4.55〜4.95g/cmと大きな値になり、高い体積エネルギー密度を有する材料となる。なお、Mnを一定範囲で含むLi含有遷移金属酸化物の真密度は、その組成により大きく変化するが、前記のような狭い組成範囲では構造が安定化され、均一性を高めることができる。また、活物質の質量当たりの容量を大きくすることができ、可逆性に優れた材料とすることができる。 Similarly to the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1), the true density of the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2) is 4.55-4. It becomes a large value of 95 g / cm 3 and becomes a material having a high volume energy density. The true density of the Li-containing transition metal oxide containing Mn in a certain range varies greatly depending on its composition, but the structure is stabilized and the uniformity can be improved in the narrow composition range as described above. Further, the capacity per mass of the active material can be increased, and a material having excellent reversibility can be obtained.

また、前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物も、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物と同様に、特に化学量論比に近い組成のときに、その真密度が大きくなるが、具体的には、好ましくは、−0.3≦c≦0.3、より好ましくは、−0.1≦c≦0.1とすることで、真密度および可逆性を高めることができる。   The Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2) is also a composition close to the stoichiometric ratio, like the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1). In this case, the true density increases. Specifically, preferably, −0.3 ≦ c ≦ 0.3, more preferably −0.1 ≦ c ≦ 0.1. True density and reversibility can be increased.

前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物の好適な具体例としては、例えば、Li1.0Ni0.94Mn0.03Mg0.03、Li1.02Ni0.92Co0.06Mn0.01Mg0.01、Li1.02Ni0.9Co0.05Mn0.03Mg0.02などが挙げられる。 Preferable specific examples of the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2) include, for example, Li 1.0 Ni 0.94 Mn 0.03 Mg 0.03 O 2 , Li 1.02 Examples include Ni 0.92 Co 0.06 Mn 0.01 Mg 0.01 O 2 and Li 1.02 Ni 0.9 Co 0.05 Mn 0.03 Mg 0.02 O 2 .

前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物や前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物は、Li含有化合物、Ni含有化合物およびMn含有化合物、更にはMg含有化合物などを単純に混合して焼成するだけでは、高い純度で得ることが非常に困難である。これは、NiおよびMnなどは、固体中での拡散速度が遅いため、Li含有遷移金属酸化物の合成反応時に、これらを均一に拡散させることが困難であり、生成したLi含有遷移金属酸化物中にNiやMnが均一に分布し難いことが原因であると考えられる。   The Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1) and the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2) include a Li-containing compound, a Ni-containing compound, and a Mn-containing compound, It is very difficult to obtain high purity by simply mixing and firing Mg-containing compounds. This is because Ni, Mn, and the like have a low diffusion rate in the solid, so that it is difficult to diffuse them uniformly during the synthesis reaction of the Li-containing transition metal oxide. It is thought that this is because Ni and Mn are difficult to be uniformly distributed therein.

そこで、本発明に係るLi含有遷移金属酸化物を合成する際には、少なくともNiおよびMn、更には必要に応じてMgやCoなどを構成元素として含有する複合化合物と、Li含有化合物とを焼成する方法を採用することが好ましく、このような方法によって、前記Li含有遷移金属酸化物を、高い純度で比較的容易に合成できる。すなわち、あらかじめNiおよびMn、更には必要に応じてMgやCoなどを含有する複合化合物を合成しておき、これをLi含有化合物と共に焼成することにより、酸化物形成反応において、NiおよびMnなどが均一に分布し、Li含有遷移金属酸化物がより高純度で合成される。   Therefore, when synthesizing the Li-containing transition metal oxide according to the present invention, at least Ni and Mn, and if necessary, a composite compound containing Mg and Co as constituent elements and a Li-containing compound are fired. It is preferable to adopt a method for the above, and by such a method, the Li-containing transition metal oxide can be synthesized relatively easily with high purity. That is, a composite compound containing Ni and Mn and, if necessary, Mg, Co or the like is synthesized in advance, and this is baked together with a Li-containing compound. Evenly distributed, Li-containing transition metal oxide is synthesized with higher purity.

本発明に係るLi含有遷移金属酸化物の合成方法は、前記の方法に限定されるものではないが、どのような合成過程を経るかによって、生成するLi含有遷移金属酸化物の物性、すなわち、構造の安定性や充放電の可逆性、真密度などが大きく変化するものと推測される。   The method for synthesizing the Li-containing transition metal oxide according to the present invention is not limited to the above-described method, but depending on what synthesis process is performed, the physical properties of the Li-containing transition metal oxide to be generated, that is, It is presumed that the stability of the structure, reversibility of charge / discharge, true density, etc. will change greatly.

ここで、少なくともNiおよびMn(更には必要に応じてMgやCoなど)を含有する複合化合物としては、例えば、これらの元素を含む共沈化合物、水熱合成された化合物、メカニカル合成された化合物、およびそれらを熱処理して得られる化合物などが挙げられる。より具体的には、Ni0.8Mn0.2(OH)、NiMn、Ni0.6Mn0.4OOHなどの、NiとMnとの酸化物または水酸化物や、Ni0.7Mn0.1Mg0.2(OH)、Ni0.9Co0.05Mn0.03Mg0.02(OH)などの、NiとMnとMgとの酸化物または水酸化物や、NiとMnとMgとCoとの酸化物または水酸化物が好ましい。 Here, as a composite compound containing at least Ni and Mn (and Mg and Co as necessary), for example, coprecipitation compounds containing these elements, hydrothermally synthesized compounds, mechanically synthesized compounds And compounds obtained by heat-treating them. More specifically, Ni 0.8 Mn 0.2 (OH) 2 , NiMn 2 O 4 , Ni 0.6 Mn 0.4 OOH and other oxides or hydroxides of Ni and Mn, Ni 0.7 Mn 0.1 Mg 0.2 (OH) 2 , Ni 0.9 Co 0.05 Mn 0.03 Mg 0.02 (OH) 2 or other oxides or water of Ni, Mn and Mg Oxides, oxides or hydroxides of Ni, Mn, Mg, and Co are preferable.

なお、構成元素として、元素MCo、若しくはCoと、Ti、Cr、Fe、u、Zn、Al、Ge、Sn、MgおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素)を含有する前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物は、少なくともNiおよびMnを含有する複合化合物と、Li含有化合物と、元素M含有化合物とを混合して焼成することにより合成できるが、少なくともNiおよびMnを含有する複合化合物と元素M含有化合物に代えて、少なくともNi、Mnおよび元素Mを含有する複合化合物を用いることが好ましい。また、前記複合化合物におけるNi、MnおよびMの量比は、目的とするLi含有遷移金属酸化物の組成に応じて適宜調整すればよい。 Incidentally, as an element, the element M 1 (Co, or a Co, Ti, Cr, Fe, C u, Zn, Al, Ge, Sn, and at least one element selected from the group consisting of Mg and Zr) Li-containing transition metal oxide represented by the general formula (1) containing the calcined mixed with complex compound containing at least Ni and Mn, a Li-containing compound, and an element M 1 containing compound It can be synthesized by, instead of the complex compound and the element M 1 containing compound containing at least Ni and Mn, at least Ni, it is preferable to use a composite compound containing Mn and the element M 1. The amount ratio of the Ni in the composite compound, Mn and M 1 may be appropriately adjusted according to the composition of the Li-containing transition metal oxide of interest.

また、元素群Mの一部に、Ni、Mn、MgおよびCo以外の元素(例えば、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Al、Ge、Sn、Ag、Ta、Nb、Mo、B、P、ZrおよびGaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素。以下、これらを纏めて「元素M’」という。)を含有する前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物は、少なくともNi、MnおよびMg(更には必要に応じてCo)を含有する複合化合物と、Li含有化合物と、元素M’含有化合物とを混合して焼成することにより合成できるが、少なくともNi、MnおよびMg(更には必要に応じてCo)を含有する複合化合物と元素M’含有化合物に代えて、少なくともNi、Mn、Mgおよび元素M’(更には必要に応じてCo)を含有する複合化合物を用いることが好ましい。また、前記複合化合物におけるNi、Mn、MgおよびM’の量比や、Ni、Mn、Mg、CoおよびM’の量比は、目的とするLi含有遷移金属酸化物の組成に応じて適宜調整すればよい。 Further, a part of the element group M 2, Ni, Mn, elements other than Mg and Co (e.g., Ti, Cr, Fe, Cu , Zn, Al, Ge, Sn, Ag, Ta, Nb, Mo, B, P, at least one element selected from the group consisting of Zr and Ga. hereinafter, Li-containing transition represented by the general formula which collectively contains called.) "element M 2 '' (2) The metal oxide can be synthesized by mixing and firing a composite compound containing at least Ni, Mn, and Mg (and optionally Co), a Li-containing compound, and an element M 2 ′ -containing compound. In place of the compound compound containing at least Ni, Mn and Mg (and optionally Co) and the element M 2 ′ -containing compound, at least Ni, Mn, Mg and element M 2 ′ (and further if necessary) Contains Co) It is preferable to use a composite compound. The amount ratio of Ni, Mn, Mg and M 2 ′ in the composite compound and the amount ratio of Ni, Mn, Mg, Co and M 2 ′ depend on the composition of the target Li-containing transition metal oxide. What is necessary is just to adjust suitably.

前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物や前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物の合成に用い得るLi含有化合物としては、種々のリチウム塩を用いることができ、例えば、水酸化リチウム・一水和物、硝酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、臭化リチウム、塩化リチウム、クエン酸リチウム、フッ化リチウム、ヨウ化リチウム、乳酸リチウム、シュウ酸リチウム、リン酸リチウム、ピルビン酸リチウム、硫酸リチウム、酸化リチウムなどが挙げられ、それらの中でも、炭酸ガス、窒素酸化物、硫黄酸化物などの環境に悪影響を及ぼすガスが発生しない点で、水酸化リチウム・一水和物が好ましい。   Examples of the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1) and the Li-containing compound that can be used for the synthesis of the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2) include various lithium salts. For example, lithium hydroxide monohydrate, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium acetate, lithium bromide, lithium chloride, lithium citrate, lithium fluoride, lithium iodide, lithium lactate, oxalic acid Lithium, lithium phosphate, lithium pyruvate, lithium sulfate, lithium oxide, etc. are included, and among them, hydroxylated gas is not generated because it does not generate adverse gases such as carbon dioxide, nitrogen oxide, sulfur oxide. Lithium monohydrate is preferred.

前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物や前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物を合成するには、まず、前記の複合化合物と、Li含有化合物と、必要に応じて使用される元素M含有化合物や元素M2’含有化合物とを、目的とするLi含有遷移金属酸化物の組成にほぼ応じた比率で混合する。そして、得られた原料混合物を、例えば、酸素を含有する雰囲気中で、800〜1050℃で1〜24時間焼成することで、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物や前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物を得ることができる。 In order to synthesize the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1) and the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), first, the composite compound and Li and containing compound, and an element M 1 containing compound or element M 2 'containing compound to be used if necessary, are mixed at a ratio roughly corresponding to the composition of the Li-containing transition metal oxide of interest. And the Li containing transition metal oxide represented by the said general composition formula (1) by baking the obtained raw material mixture at 800-1050 degreeC for 1 to 24 hours, for example in the atmosphere containing oxygen Alternatively, a Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2) can be obtained.

前記原料混合物の焼成に際しては、一度に所定温度まで昇温するよりも、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましく、また、焼成環境の酸素濃度を一定に保つことが好ましい。   When firing the raw material mixture, rather than raising the temperature to a predetermined temperature at one time, once heated to a temperature lower than the firing temperature (for example, 250-850 ° C.), preheating by holding at that temperature, Thereafter, it is preferable to raise the temperature to the firing temperature to advance the reaction, and it is preferable to keep the oxygen concentration in the firing environment constant.

これは、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物や前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物の生成過程において、3価のNiが不安定であるために非化学量論組成となりやすいことから、原料混合物の反応を段階的に生じさせて、生成するLi含有遷移金属酸化物の均質性を高め、また、生成したLi含有遷移金属酸化物を安定して結晶成長させるためである。すなわち、一度に焼成温度まで昇温した場合や、焼成環境の酸化濃度が焼成途中に低下するような場合には、原料混合物が不均一反応しやすく、生成したLi含有遷移金属酸化物がLiを放出しやすいなど、組成の均一性が損なわれやすい。   This is because trivalent Ni is unstable in the formation process of the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1) and the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2). Therefore, the reaction of the raw material mixture is caused in a stepwise manner to increase the homogeneity of the Li-containing transition metal oxide to be produced, and the produced Li-containing transition metal oxide This is for stably growing the crystal. That is, when the temperature is raised to the firing temperature at once, or when the oxidation concentration of the firing environment is lowered during firing, the raw material mixture is likely to react non-uniformly, and the produced Li-containing transition metal oxide contains Li. Uniformity of the composition tends to be impaired, such as easy release.

なお、前記予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。   In addition, although there is no restriction | limiting in particular about the time of the said preheating, Usually, what is necessary is just to be about 0.5 to 30 hours.

また、前記原料混合物の焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(すなわち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素など)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることがより好ましく、50%以上であることが更に好ましく、80%以上であることが特に好ましい(酸素濃度が100%であってもよい)。   In addition, the firing atmosphere of the raw material mixture may be an atmosphere containing oxygen (that is, in the air), a mixed atmosphere of an inert gas (argon, helium, nitrogen, etc.) and oxygen gas, an oxygen gas atmosphere, or the like. However, the oxygen concentration (volume basis) at that time is preferably 15% or more, more preferably 18% or more, further preferably 50% or more, and preferably 80% or more. Particularly preferred (the oxygen concentration may be 100%).

前記原料混合物の焼成時における前記ガスの流量は、前記混合物100gあたり2dm/分以上とすることが好ましい。ガスの流量が少なすぎる場合、すなわちガス流速が遅すぎる場合には、前記Li含有遷移金属酸化物の組成の均質性が損なわれる虞がある。なお、前記原料混合物の焼成時における前記ガスの流量は、前記混合物100gあたり5dm/分以下とすることが好ましい。 The flow rate of the gas during firing of the raw material mixture is preferably 2 dm 3 / min or more per 100 g of the mixture. When the gas flow rate is too low, that is, when the gas flow rate is too slow, the homogeneity of the composition of the Li-containing transition metal oxide may be impaired. In addition, it is preferable that the flow rate of the gas at the time of firing the raw material mixture is 5 dm 3 / min or less per 100 g of the mixture.

また、前記原料混合物を焼成する工程では、乾式混合された混合物をそのまま用いてもよいが、原料混合物をエタノールなどの溶媒に分散させてスラリー状にし、遊星型ボールミルなどで30〜60分間程度混合し、これを乾燥させたものを用いることが好ましく、このような方法によって、合成されるLi含有遷移金属酸化物の均質性を更に高めることができる。   In the step of firing the raw material mixture, the dry-mixed mixture may be used as it is, but the raw material mixture is dispersed in a solvent such as ethanol to form a slurry and mixed for about 30 to 60 minutes with a planetary ball mill or the like. It is preferable to use a dried product, and the homogeneity of the Li-containing transition metal oxide to be synthesized can be further improved by such a method.

本発明の電池に係る正極は、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物活物質として含有する正極合剤層を有しているが、正極合剤層は、他の活物質も含んでいてもよい。前記Li含有遷移金属酸化物以外の他の活物質としては、例えば、LiCoOなどのリチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMnOなどのリチウムマンガン酸化物;LiNiOなどのリチウムニッケル酸化物;LiCo1−xNiOなどの層状構造のLi含有遷移金属酸化物;LiMn、Li4/3Ti5/3などのスピネル構造のLi含有遷移金属酸化物;LiFePOなどのオリビン構造のLi含有遷移金属酸化物;前記の酸化物を基本組成とし各種元素で置換した酸化物;などを用いることができる。また、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物と前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物とを共に使用することもできる。 The positive electrode according to the battery of the present invention, the generally formula (1) Li-containing transition metal oxide represented by a and a positive electrode mixture layer containing as an active material, the positive electrode mixture layer may include other The active material may also be included. Examples of other active materials other than the Li-containing transition metal oxide include lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 ; lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and Li 2 MnO 3 ; lithium nickel oxides such as LiNiO 2 ; Li-containing transition metal oxide having a layered structure such as LiCo 1-x NiO 2 ; Li-containing transition metal oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 , Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ; Olivine such as LiFePO 4 Li-containing transition metal oxides having a structure; oxides having the above-described oxide as a basic composition and substituted with various elements; and the like can be used. Moreover, the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1) and the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2) can be used together.

なお、前記一般組成式(1)で表されるLi含有遷移金属酸化物および前記一般組成式(2)で表されるLi含有遷移金属酸化物以外の他の活物質を用いる場合、本発明の効果を明確にするために、前記他の活物質の割合は、活物質全体の30質量%以下とすることが望ましい。   When using an active material other than the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (1) and the Li-containing transition metal oxide represented by the general composition formula (2), In order to clarify the effect, the ratio of the other active material is desirably 30% by mass or less of the entire active material.

正極は、前記の正極活物質と導電助剤とバインダとを含む混合物(正極合剤)に、適当な溶媒(分散媒)を加えて十分に混練して得たペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を、集電体の片面または両面に塗布し、所定の厚みおよび密度を有する正極合剤層を形成することによって得ることができる。なお、正極は、前記の製法により得られたものに限られず、他の製法で製造したものであってもよい。   The positive electrode is a paste-like or slurry-like positive electrode mixture obtained by adding an appropriate solvent (dispersion medium) to the mixture (positive electrode mixture) containing the positive electrode active material, the conductive additive and the binder, and sufficiently kneading the mixture. The agent-containing composition can be obtained by applying on one or both sides of the current collector to form a positive electrode mixture layer having a predetermined thickness and density. The positive electrode is not limited to the one obtained by the above-described production method, and may be one produced by another production method.

正極に係るバインダとしては、負極用のものとして例示した前記の各バインダを用いることができる。また、正極に係る導電助剤についても、負極用のものとして例示した前記の各導電助剤や黒鉛(鱗片状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛や人造黒鉛など)を使用できる。   As the binder relating to the positive electrode, the above-described binders exemplified as those for the negative electrode can be used. In addition, as for the conductive auxiliary agent related to the positive electrode, the above-described conductive auxiliary agents and graphite (natural graphite such as scale-like graphite and earth-like graphite, artificial graphite, etc.) exemplified for the negative electrode can be used.

なお、前記正極に係る正極合剤層においては、正極活物質の含有量が、例えば、79.5〜99質量%であり、バインダの含有量が、例えば、0.5〜20質量%であり、導電助剤の含有量が、例えば、0.5〜20質量%であることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、15〜200μmであることが好ましい。   In the positive electrode mixture layer according to the positive electrode, the content of the positive electrode active material is, for example, 79.5 to 99% by mass, and the content of the binder is, for example, 0.5 to 20% by mass. The content of the conductive assistant is preferably, for example, 0.5 to 20% by mass. Moreover, it is preferable that the thickness of a positive mix layer is 15-200 micrometers per single side | surface of a collector.

本発明の非水二次電池は、前記の負極および正極を備えていればよく、その他の構成要素や構造については特に制限は無く、従来から知られている非水二次電池で採用されている各種構成要素、構造を適用することができる。   The non-aqueous secondary battery of the present invention may be provided with the above-described negative electrode and positive electrode, and there are no particular restrictions on other components and structures, and it is employed in conventionally known non-aqueous secondary batteries. Various components and structures can be applied.

本発明の非水二次電池で用いる非水電解質としては、下記の溶媒中に下記の無機イオン塩を溶解させることによって調製した電解液が挙げられる。   Examples of the non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous secondary battery of the present invention include an electrolyte prepared by dissolving the following inorganic ion salt in the following solvent.

溶媒としては,例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を、1種または2種以上用いることができる。   Examples of the solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane. , Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, 3 Non-prototypes such as methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, diethyl ether, 1,3-propane sultone Sex organic solvents may be used alone or in combination.

無機イオン塩としては,Li塩、例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸Li、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランLi、四フェニルホウ酸Liなどを、1種または2種以上用いることができる。 As the inorganic ion salt, Li salt, for example, LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10, lower aliphatic carboxylic acids Li, LiAlCl 4 , LiCl, LiBr, LiI, chloroborane Li, Li tetraphenylborate, or the like can be used alone or in combination.

前記溶媒中に前記無機イオン塩が溶解された電解液の中でも、1,2−ジメトキシエタン,ジエチルカーボネートおよびメチルエチルカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種と,エチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートとを含む溶媒に、LiClO、LiBF、LiPF、およびLiCFSOよりなる群から選ばれる少なくとも1種の無機イオン塩を溶解した電解液が好ましい。電解液中の無機イオン塩の濃度は、例えば、0.2〜3.0mol/dmが適当である。 Among the electrolytic solutions in which the inorganic ion salt is dissolved in the solvent, a solvent containing at least one selected from the group consisting of 1,2-dimethoxyethane, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, and ethylene carbonate or propylene carbonate In addition, an electrolytic solution in which at least one inorganic ion salt selected from the group consisting of LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , and LiCF 3 SO 3 is dissolved is preferable. An appropriate concentration of the inorganic ion salt in the electrolytic solution is, for example, 0.2 to 3.0 mol / dm 3 .

本発明の非水二次電池に係るセパレータとしては、強度が十分で、かつ電解液を多く保持できるものがよく、そのような観点から、厚さが10〜50μmで開口率が30〜70%の、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはエチレン−プロピレン共重合体を含む微多孔フィルムや不織布などが好ましい。   As the separator according to the nonaqueous secondary battery of the present invention, a separator having sufficient strength and capable of holding a large amount of electrolyte is preferable. From such a viewpoint, the thickness is 10 to 50 μm and the aperture ratio is 30 to 70%. Of these, a microporous film or a nonwoven fabric containing polyethylene, polypropylene, or ethylene-propylene copolymer is preferable.

また、本発明の非水二次電池では、その形状などについても特に制限はない。例えば、コイン形、ボタン形、シート形、積層形、円筒形、偏平形、角形、電気自動車などに用いる大型のものなど、いずれであってもよい。   Moreover, in the non-aqueous secondary battery of this invention, there is no restriction | limiting in particular also about the shape. For example, any of a coin shape, a button shape, a sheet shape, a laminated shape, a cylindrical shape, a flat shape, a square shape, a large size used for an electric vehicle, etc. may be used.

このような本発明の非水二次電池は、放電状態における負極合剤層中のLiの量が、原子比率で、SiとCとの合計量の0.05〜0.5倍となり、負極活物質の利用率が高く、高容量である。なお、本明細書でいう「放電状態における負極合剤層中のLi量」は、以下のようにして導出する。2.0Vまで放電した電池をアルゴン雰囲気中で分解し、負極を取り出して、DECに24時間浸漬する。その後、負極から負極合剤1gを取り出し、SiとCについて蛍光X線を用いた検量線法により、また、Liについて誘導結合プラズマ(ICP)分析により、それぞれ存在量を分析し、Liと、SiとCとの合計量との原子比率を算出する。   In such a non-aqueous secondary battery of the present invention, the amount of Li in the negative electrode mixture layer in a discharged state is 0.05 to 0.5 times the total amount of Si and C in terms of atomic ratio. High utilization rate of active material and high capacity. In addition, “the amount of Li in the negative electrode mixture layer in the discharge state” referred to in the present specification is derived as follows. The battery discharged to 2.0 V is decomposed in an argon atmosphere, the negative electrode is taken out, and immersed in DEC for 24 hours. Thereafter, 1 g of the negative electrode mixture is taken out from the negative electrode, and the abundance is analyzed by a calibration curve method using fluorescent X-rays for Si and C, and by inductively coupled plasma (ICP) analysis for Li. The atomic ratio of the total amount of C and C is calculated.

そして、本発明の非水二次電池は、負極における電池作製後の初回の充放電効率(初回の充電容量に対する放電容量の割合)が、80%以上と高く、効率的に高容量化が達成できる。   In the non-aqueous secondary battery of the present invention, the initial charge / discharge efficiency (ratio of the discharge capacity to the initial charge capacity) after the battery production in the negative electrode is as high as 80% or more, and high capacity is achieved efficiently. it can.

本発明の非水二次電池は、高容量であり、かつ優れた電池特性を有していることから、これらの特性を生かして、小型で多機能な携帯機器の電源を始めとして、従来から知られている非水二次電池が適用されている各種用途に好ましく用いることができる。   Since the non-aqueous secondary battery of the present invention has a high capacity and excellent battery characteristics, taking advantage of these characteristics, a power supply for a small and multifunctional portable device has been conventionally used. It can be preferably used for various applications to which known non-aqueous secondary batteries are applied.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。なお、以下の実施例における各種粒子の平均粒径は、マイクロトラック社製「MICROTRAC HRA(Model:9320−X100)」を用いて、レーザー回折式粒度分布測定法により測定した体積平均値である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention. In addition, the average particle diameter of the various particles in the following examples is a volume average value measured by a laser diffraction particle size distribution measurement method using “MICROTRAC HRA (Model: 9320-X100)” manufactured by Microtrack.

実施例1
SiO(平均粒径5.0μm)を沸騰床反応器中で約1000℃に加熱し、加熱された粒子にメタンと窒素ガスからなる25℃の混合ガスを接触させ、1000℃で60分間CVD処理を行った。このようにして前記混合ガスが熱分解して生じた炭素(以下「CVD炭素」ともいう)を複合粒子に堆積させて被覆層を形成し、負極材料(炭素被覆SiO)を得た。
Example 1
SiO (average particle size 5.0 μm) is heated to about 1000 ° C. in a boiling bed reactor, and a mixed gas of 25 ° C. composed of methane and nitrogen gas is brought into contact with the heated particles, and CVD processing is performed at 1000 ° C. for 60 minutes. Went. Thus, carbon (hereinafter also referred to as “CVD carbon”) generated by pyrolyzing the mixed gas was deposited on the composite particles to form a coating layer, and a negative electrode material (carbon-coated SiO) was obtained.

被覆層形成前後の質量変化から前記負極材料の組成を算出したところ、SiO:CVD炭素=85:15(質量比)であった。   When the composition of the negative electrode material was calculated from the mass change before and after the coating layer was formed, it was SiO: CVD carbon = 85: 15 (mass ratio).

次に、前記負極材料と黒鉛を用いて、負極前駆体シートを作製した。前記炭素被覆SiOを10質量%(固形分全量中の含有量、以下同じ)と、黒鉛80質量%と、導電助剤としてケッチェンブラック(平均粒径0.05μm)2質量%と、バインダとしてポリアミドイミド8質量%と、脱水N−メチルピロリドン(NMP)とを混合して負極合剤含有スラリーを調製した。   Next, a negative electrode precursor sheet was produced using the negative electrode material and graphite. 10% by mass of the carbon-coated SiO (content in the total solid content, hereinafter the same), 80% by mass of graphite, 2% by mass of ketjen black (average particle size 0.05 μm) as a conductive assistant, and as a binder 8% by mass of polyamideimide and dehydrated N-methylpyrrolidone (NMP) were mixed to prepare a negative electrode mixture-containing slurry.

ブレードコーターを用いて、前記の負極合剤含有スラリーを厚みが10μmの銅箔からなる集電体の両面に塗布し、100℃で乾燥した後ローラープレス機により圧縮成形して、片面あたりの厚みが60μmの負極合剤層を形成した。集電体上に負極合剤層を形成した電極を、真空中100℃で15時間乾燥させた。   Using a blade coater, the negative electrode mixture-containing slurry was applied to both sides of a current collector made of copper foil having a thickness of 10 μm, dried at 100 ° C., and then compression-molded with a roller press to obtain a thickness per side. Formed a negative electrode mixture layer having a thickness of 60 μm. The electrode having the negative electrode mixture layer formed on the current collector was dried in vacuum at 100 ° C. for 15 hours.

乾燥後の電極について、更に遠赤外線ヒーターを用いて160℃で15時間熱処理を施した。熱処理後の電極では、負極合剤層と集電体との接着性は強固であり、裁断や折り曲げによっても、負極合剤層が集電体から剥離することはなかった。   The dried electrode was further heat-treated at 160 ° C. for 15 hours using a far infrared heater. In the electrode after the heat treatment, the adhesion between the negative electrode mixture layer and the current collector was strong, and the negative electrode mixture layer was not peeled off from the current collector even by cutting or bending.

その後、前記電極を幅37mmに裁断して短冊状の負極を得た。   Thereafter, the electrode was cut into a width of 37 mm to obtain a strip-shaped negative electrode.

また、正極を以下のようにして作製した。まず、正極材料(正極活物質)としてLi1.0Ni0.6Co0.2Mn0.2を96質量%(固形分全量中の含有量。以下同じ。)と、導電助剤としてケッチェンブラック(平均粒径0.05μm)2質量%と、バインダとしてPVDF2質量%と、脱水NMPとを混合して得た正極合剤含有スラリーを、厚みが15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥後プレスして、片面あたりの厚みが70μmの正極合剤層を形成した。その後、これを幅36mmに裁断して短冊状の正極を得た。 Moreover, the positive electrode was produced as follows. First, 96% by mass of Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 as a positive electrode material (positive electrode active material) (content in the total solid content; the same shall apply hereinafter) and a conductive auxiliary agent A positive electrode mixture-containing slurry obtained by mixing 2% by mass of ketjen black (average particle size 0.05 μm) as a binder, 2% by mass of PVDF as a binder, and dehydrated NMP, and a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm It applied to both surfaces of the body, dried and pressed to form a positive electrode mixture layer having a thickness of 70 μm per one surface. Thereafter, this was cut into a width of 36 mm to obtain a strip-shaped positive electrode.

次に、前記の負極と前記の正極とを、微孔性ポリエチレンフィルム製のセパレータ(厚み18μm、空孔率50%)を介して重ね合わせてロール状に巻回した後,正負極に端子を溶接し、厚み4mm、幅34mm、高さ43mm(463443型)のアルミニウム製正極缶に挿入し、蓋を溶接して取り付けた。その後、蓋の注液口よりEC:DEC=3:7(体積比)の溶媒に1molのLiPFを溶解させて調製した電解液(非水電解質)2.5gを容器内に注入し、密閉して、図1に示す構造で、図2に示す外観の角形非水二次電池を得た。 Next, the negative electrode and the positive electrode are overlapped via a microporous polyethylene film separator (thickness 18 μm, porosity 50%) and wound into a roll, and then terminals are connected to the positive and negative electrodes. It welded and inserted in the aluminum positive electrode can of thickness 4mm, width 34mm, and height 43mm (463443 type | mold), and the lid was welded and attached. Thereafter, 2.5 g of an electrolytic solution (non-aqueous electrolyte) prepared by dissolving 1 mol of LiPF 6 in a solvent of EC: DEC = 3: 7 (volume ratio) was poured into the container from the liquid inlet of the lid and sealed. Thus, a rectangular non-aqueous secondary battery having the structure shown in FIG. 1 and the appearance shown in FIG. 2 was obtained.

ここで図1および図2に示す電池について説明すると、図1の(a)は平面図、(b)はその部分断面図であって、図1(b)に示すように、正極1と負極2はセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体6として、角形(角筒形)の正極缶4に電解液(非水電解質)と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や電解液などは図示していない。   Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view thereof. As shown in FIG. 2 is spirally wound through a separator 3 and then pressed to be flattened to form a flat wound electrode body 6 into a rectangular (square tube) positive electrode can 4 with an electrolyte (non-aqueous solution). It is housed together with the electrolyte. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil, an electrolytic solution, and the like as a current collector used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are not illustrated.

正極缶4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この正極缶4は正極端子を兼ねている。そして、正極缶4の底部にはポリエチレンシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状巻回電極体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、正極缶4の開口部を封口するアルミニウム合金製の蓋(封口用蓋板)9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The positive electrode can 4 is made of an aluminum alloy and constitutes an outer package of the battery. The positive electrode can 4 also serves as a positive electrode terminal. An insulator 5 made of a polyethylene sheet is arranged at the bottom of the positive electrode can 4, and is connected to one end of each of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 from the flat wound electrode body 6 made of the positive electrode 1, the negative electrode 2 and the separator 3. The positive electrode lead body 7 and the negative electrode lead body 8 thus drawn are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to an aluminum alloy lid (sealing lid plate) 9 for sealing the opening of the positive electrode can 4 via a polypropylene insulating packing 10. A stainless steel lead plate 13 is attached via the body 12.

そして、この蓋9は正極缶4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、正極缶4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋9に電解液注入口14が設けられており、この電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている(従って、図1および図2の電池では、実際には、電解液注入口14は、電解液注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、電解液注入口14として示している)。更に、蓋9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。   And this lid | cover 9 is inserted in the opening part of the positive electrode can 4, and the opening part of the positive electrode can 4 is sealed by welding the junction part of both, and the inside of a battery is sealed. Further, in the battery of FIG. 1, an electrolyte inlet 14 is provided in the lid 9, and the electrolyte inlet 14 is welded and sealed by, for example, laser welding in a state where a sealing member is inserted. Thus, the battery hermeticity is ensured (therefore, in the battery shown in FIGS. 1 and 2, the electrolyte inlet 14 is actually an electrolyte inlet and a sealing member. In order to do so, it is shown as an electrolyte inlet 14). Further, the lid 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the battery temperature rises.

この実施例1の電池では、正極リード体7を蓋9に直接溶接することによって正極缶4と蓋9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、正極缶4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。   In the battery of this Example 1, the positive electrode can 4 and the lid 9 function as a positive electrode terminal by directly welding the positive electrode lead body 7 to the lid 9, and the negative electrode lead body 8 is welded to the lead plate 13. The terminal 11 functions as a negative electrode terminal by connecting the negative electrode lead body 8 and the terminal 11 via 13, but the positive / negative may be reversed depending on the material of the positive electrode can 4. .

図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図1では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極体の内周側の部分は断面にしていない。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode body is not cross-sectional.

実施例2
SiO(平均粒径1μm)と、黒鉛(平均粒径10μm)と、バインダのポリエチレン樹脂粒子を4Lのステンレス鋼製容器に入れ、更にステンレス鋼製のボールを入れて振動ミルにて3時間混合、粉砕、造粒を行った。その結果、平均粒径20μmの複合粒子(SiOと黒鉛の複合粒子)を作製できた。続いて、前記複合粒子を沸騰床反応器中で約950℃に加熱し、加熱された複合粒子にトルエンと窒素ガスとからなる25℃の混合ガスを接触させ、950℃で60分間CVD処理を行った。このようにして、前記混合ガスが熱分解して生じた炭素を前記複合粒子に堆積させて被覆層を形成し、負極材料を得た。
Example 2
SiO (average particle size 1 μm), graphite (average particle size 10 μm), and polyethylene resin particles of a binder are put into a 4 L stainless steel container, and further a stainless steel ball is added and mixed in a vibration mill for 3 hours. Grinding and granulation were performed. As a result, composite particles (composite particles of SiO and graphite) having an average particle diameter of 20 μm could be produced. Subsequently, the composite particles are heated to about 950 ° C. in a boiling bed reactor, a mixed gas of 25 ° C. composed of toluene and nitrogen gas is brought into contact with the heated composite particles, and CVD treatment is performed at 950 ° C. for 60 minutes. went. In this manner, carbon produced by the thermal decomposition of the mixed gas was deposited on the composite particles to form a coating layer, thereby obtaining a negative electrode material.

被覆層形成前後の質量変化から前記負極材料の組成を算出したところ、SiO:黒鉛:CVD炭素=10:80:10(質量比)であった。   When the composition of the negative electrode material was calculated from the mass change before and after the coating layer was formed, it was SiO: graphite: CVD carbon = 10: 80: 10 (mass ratio).

次に、前記負極材料:90質量%(固形分全量中の含有量。以下同じ。)と、導電助剤としてケッチェンブラック(平均粒径0.05μm):2質量%と、バインダとしてポリアミドイミド8質量%と、脱水NMPとを混合して負極合剤含有スラリーを調製した。この負極合剤含有スラリーを負極合剤層の形成に用いた以外は、実施例1と同様にして作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。   Next, the negative electrode material: 90% by mass (content in the total solid content; the same shall apply hereinafter), ketjen black (average particle size 0.05 μm) as a conductive additive: 2% by mass, and polyamideimide as a binder 8% by mass and dehydrated NMP were mixed to prepare a negative electrode mixture-containing slurry. The negative electrode mixture-containing slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode mixture-containing slurry was used to form the negative electrode mixture layer. Except that this negative electrode was used, in the same manner as in Example 1, a 463443-type square non-aqueous A secondary battery was produced.

実施例3
負極合剤中のバインダをSBRとCMC(質量比1:1)に変更し、更に負極合剤含有スラリーの溶媒を水に変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 3
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the binder in the negative electrode mixture was changed to SBR and CMC (mass ratio 1: 1), and the solvent of the negative electrode mixture-containing slurry was changed to water. A 463443-type square non-aqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was used.

実施例4
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Al0.2Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 4
A 463443-type prismatic nonaqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 3 except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Al 0.2 Mn 0.2 O 2 . .

実施例5
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Al0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 5
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3, except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Al 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例6
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Mg0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 6
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3, except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Mg 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例7
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Ge0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 7
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3 except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Ge 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例8
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Ti0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 8
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3 except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Ti 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例9
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Cr0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 9
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3 except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Cr 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例10
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Fe0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 10
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3 except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Fe 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例11
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Cu0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 11
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3 except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Cu 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例12
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Zn0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 12
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3, except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Zn 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例13
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Sn0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 13
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3, except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Sn 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例14
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.6Co0.15Zr0.05Mn0.2に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 14
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3, except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.15 Zr 0.05 Mn 0.2 O 2 A battery was produced.

実施例15
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.5Co0.2Mn0.3に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 15
A 463443-type square non-aqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 3 except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 . .

実施例16
正極材料(正極活物質)をLi1.0Ni0.5Co0.15Mg0.05Mn0.3に変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Example 16
463443 square non-aqueous secondary as in Example 3, except that the positive electrode material (positive electrode active material) was changed to Li 1.0 Ni 0.5 Co 0.15 Mg 0.05 Mn 0.3 O 2 A battery was produced.

比較例1
正極活物質をLiCoOに変更した以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A 463443-type square non-aqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 3 except that the positive electrode active material was changed to LiCoO 2 .

比較例2
負極合剤中の炭素被覆SiO含有率を40質量%、黒鉛の含有率を50質量%とした以外は、実施例3と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Comparative Example 2
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 3 except that the carbon-coated SiO content in the negative electrode mixture was 40% by mass and the graphite content was 50% by mass. In the same manner as in Example 3, a 463443-type prismatic non-aqueous secondary battery was produced.

比較例3
負極合剤中の炭素被覆SiO含有率を27質量%、黒鉛の含有率を63質量%とした以外は、実施例3と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Comparative Example 3
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 3 except that the carbon-coated SiO content in the negative electrode mixture was 27 mass% and the graphite content was 63 mass%. In the same manner as in Example 3, a 463443-type prismatic non-aqueous secondary battery was produced.

比較例4
負極合剤中の炭素被覆SiO含有率を1質量%、黒鉛の含有率を89質量%とした以外は、実施例3と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例3と同様にして463443型角形非水二次電池を作製した。
Comparative Example 4
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 3 except that the carbon-coated SiO content in the negative electrode mixture was 1% by mass and the graphite content was 89% by mass. In the same manner as in Example 3, a 463443-type prismatic non-aqueous secondary battery was produced.

実施例1〜16および比較例1〜4の各電池について、放電状態における負極合剤層中のLiの量(SiとCとの合計量に対する原子比率)、充電時の電池の厚み(負極の反りの有無の確認)、放電容量測定、および電池特性(充放電200サイクル目の容量維持率)評価を行った。各電池に係る正極活物質の組成を前記一般組成式(1)の記載に則して表1および表2に、負極の構成を表3および表4に、前記の評価結果を表5および表6に、それぞれ示す。   For each battery of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 4, the amount of Li in the negative electrode mixture layer in the discharged state (atomic ratio with respect to the total amount of Si and C), the thickness of the battery at the time of charging (of the negative electrode Confirmation of the presence or absence of warping), discharge capacity measurement, and battery characteristics (capacity maintenance rate at the 200th charge / discharge cycle) were evaluated. The composition of the positive electrode active material according to each battery is shown in Tables 1 and 2 in accordance with the description of the general composition formula (1), the configuration of the negative electrode is shown in Tables 3 and 4, and the evaluation results are shown in Tables 5 and 6 respectively.

なお、放電状態における負極合剤層中のLiの量は、前記の方法により求めた。また、電池の放電容量測定および電池特性評価における電池の充放電は、以下の方法により行った。充電は、電流を400mAとして定電流で行い、充電電圧が4.2Vに達した後、電流が1/10となるまで定電圧で行った。放電は、電流を400mAとして定電流で行い、放電終止電圧は2.5Vとした。前記の充電と放電の一連の操作を1サイクルとした。そして、電池の放電容量は、充放電2サイクル目の放電容量で評価した。また、200サイクル目の容量維持率は下記式により算出した。
容量維持率(%)
=(200サイクル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100
The amount of Li in the negative electrode mixture layer in the discharged state was determined by the above method. Moreover, the following methods performed charging / discharging of the battery in the measurement of the discharge capacity of a battery and battery characteristic evaluation. Charging was performed at a constant current with a current of 400 mA. After the charging voltage reached 4.2 V, the charging was performed at a constant voltage until the current became 1/10. The discharge was performed at a constant current with a current of 400 mA, and the discharge end voltage was 2.5V. The series of operations of charging and discharging was defined as one cycle. And the discharge capacity of the battery was evaluated by the discharge capacity at the second charge / discharge cycle. Further, the capacity retention rate at the 200th cycle was calculated by the following formula.
Capacity maintenance rate (%)
= (Discharge capacity at 200th cycle / Discharge capacity at 2nd cycle) × 100

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表1〜6から明らかなように、適正な組成のLi含有遷移金属酸化物を使用して構成した正極と、SiOと黒鉛とを適正な組成比で使用して構成した負極とを用いた実施例1〜16の非水二次電池は、高容量で、充電時の厚みの増大が抑えられており、充放電サイクル特性が良好である。   As is clear from Tables 1 to 6, an implementation using a positive electrode constituted by using a Li-containing transition metal oxide having a proper composition and a negative electrode constituted by using SiO and graphite at a proper composition ratio The nonaqueous secondary batteries of Examples 1 to 16 have a high capacity, an increase in thickness during charging is suppressed, and charge / discharge cycle characteristics are good.

これに対し、LiCoOを使用した正極を用いた比較例1の電池、およびSiOと黒鉛との合計量に対してSiOの使用量が少なすぎる負極を用いた比較例4の電池は、容量が小さい。また、SiOと黒鉛との合計量に対してSiOの使用量が多すぎる負極を用いた比較例2および比較例3の電池は、充電時の厚みの増加量が大きく、また、充放電サイクル特性が劣っている。 On the other hand, the battery of Comparative Example 1 using a positive electrode using LiCoO 2 and the battery of Comparative Example 4 using a negative electrode in which the amount of SiO used is too small relative to the total amount of SiO and graphite have the capacity. small. In addition, the batteries of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 using a negative electrode in which the amount of SiO used is too large relative to the total amount of SiO and graphite, the increase in thickness during charging is large, and the charge / discharge cycle characteristics Is inferior.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator

Claims (4)

正極、負極および非水電解質を備えた非水二次電池であって、
前記正極は、下記一般組成式(1)
Li1+y+aNi(1−y−z+b)/2Mn(1−y−z−b)/2 (1)
(ただし、MはCo、若しくはCoと、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Al、Ge、Sn、MgおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素とを表し、−0.1≦y≦0.1、−0.05≦a≦0.05、0<z≦0.4、−0.1≦b≦0.6および0.6≧1−y−z−b>0、且つ1≦1−y−z+bである)
で表されるLi含有遷移金属酸化物を含有する正極合剤層を有しており、
前記負極は、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)および黒鉛を含有する負極合剤層を有しており、
前記SiとOとを構成元素に含む材料は、炭素材料と複合体を形成しており、
前記負極合剤層において、SiとOとを構成元素に含む材料と黒鉛との合計を100質量%としたとき、SiとOとを構成元素に含む材料の比率が3〜20質量%であることを特徴とする非水二次電池。
A non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode has the following general composition formula (1)
Li 1 + y + a Ni (1-yz + b) / 2 Mn (1-yzb) / 2 M 1 z O 2 (1)
(Wherein, M 1 is represented Co, or a Co, Ti, Cr, Fe, Cu, Zn, Al, Ge, Sn, and at least one element selected from the group consisting of Mg and Zr, -0. 1 ≦ y ≦ 0.1, −0.05 ≦ a ≦ 0.05, 0 <z ≦ 0.4, −0.1 ≦ b ≦ 0.6 and 0.6 ≧ 1-yz−b> 0, and 1 ≦ 1-yz + b)
A positive electrode mixture layer containing a Li-containing transition metal oxide represented by:
The negative electrode has a material containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5) and a negative electrode mixture layer containing graphite. And
The material containing Si and O as constituent elements forms a composite with a carbon material,
In the negative electrode mixture layer, when the total of the material containing Si and O as constituent elements and graphite is 100% by mass, the ratio of the material containing Si and O as constituent elements is 3 to 20% by mass. A non-aqueous secondary battery characterized by the above.
放電状態における負極合剤層中のLiの量が、原子比率で、SiとCとの合計量の0.05〜0.5倍である請求項1に記載の非水二次電池。   The nonaqueous secondary battery according to claim 1, wherein the amount of Li in the negative electrode mixture layer in a discharged state is 0.05 to 0.5 times the total amount of Si and C in atomic ratio. SiとOとを構成元素に含む材料と炭素材料との複合体の表面が、炭素材料で被覆されている請求項1または2に記載の非水二次電池。   The nonaqueous secondary battery according to claim 1 or 2, wherein a surface of a composite of a material containing Si and O as constituent elements and a carbon material is coated with the carbon material. SiとOとを構成元素に含む材料と炭素材料との複合体を構成する前記炭素材料、および/または前記複合体の表面を被覆する炭素材料が、炭化水素系ガスを気相中で加熱した際の熱分解により生じたものである請求項に記載の非水二次電池。 The carbon material constituting the composite of the material containing Si and O as constituent elements and the carbon material and / or the carbon material covering the surface of the composite heated the hydrocarbon gas in the gas phase. The non-aqueous secondary battery according to claim 3 , which is generated by thermal decomposition at the time.
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