JP4992200B2 - Cathode active material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents

Cathode active material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウム(Li)とコバルト(Co)とを含む複合酸化物を含有するリチウムイオン二次電池用正極活物質およびそれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery using a lithium ion secondary battery positive electrode active material containing a composite oxide and it containing lithium (Li) and cobalt (Co).

近年における携帯機器の多機能化・高性能化に伴い、機器の消費電力は高まりつつあり、その電源となる電池に対して、より一層の高容量化が要求されている。中でも、経済性および機器の小型軽量化の観点から、二次電池についてその要求が大きい。このような要求に応えることができる電池としては、例えばリチウム二次電池がある。   In recent years, with the increase in functionality and performance of portable devices, the power consumption of the devices is increasing, and a further increase in capacity is required for the battery serving as the power source. Among these, from the viewpoint of economy and reduction in size and weight of equipment, there is a great demand for secondary batteries. As a battery that can meet such a demand, for example, there is a lithium secondary battery.

現在一般的に用いられているリチウム二次電池は、正極にコバルト酸リチウム、負極に炭素材料を用い、作動電圧は4.2Vから2.5Vの範囲内である。このように最大4.2Vで作動するリチウム二次電池の場合、正極に用いられるコバルト酸リチウムなどの正極活物質は、その理論容量に対して6割程度の容量を活用しているに過ぎない。このため、更に充電電圧を上げることにより残存容量を活用することが原理的には可能であり、実際に、充電時の電圧を4.25V以上にすることにより高エネルギー密度化が実現することが知られている(特許文献1参照)。特に、正極活物質としては、コバルト酸リチウムの他にも、ニッケル酸リチウム、あるいはスピネル構造を有するマンガン酸リチウムなどがあるが、コバルト酸リチウムが最も電位を高くすることができるので好ましい。   Currently used lithium secondary batteries use lithium cobaltate for the positive electrode and a carbon material for the negative electrode, and the operating voltage is in the range of 4.2V to 2.5V. Thus, in the case of a lithium secondary battery that operates at a maximum of 4.2 V, the positive electrode active material such as lithium cobaltate used for the positive electrode only uses about 60% of its theoretical capacity. . For this reason, it is theoretically possible to utilize the remaining capacity by further increasing the charging voltage, and in fact, by increasing the voltage during charging to 4.25 V or higher, a higher energy density can be realized. It is known (see Patent Document 1). In particular, examples of the positive electrode active material include lithium nickelate and lithium manganate having a spinel structure in addition to lithium cobaltate, and lithium cobaltate is preferable because it can maximize the potential.

ところが、充電電圧を高くすると正極近傍における酸化雰囲気が強くなり、電解質が酸化分解により劣化しやすくなる、または正極からコバルトが溶出しやすくなるという問題があった。その結果、充放電効率が低下し、サイクル特性が低下してしまったり、高温特性が低下してしまい、充電電圧を高くすることが難しかった。   However, when the charging voltage is increased, the oxidizing atmosphere in the vicinity of the positive electrode becomes strong, and there is a problem that the electrolyte is likely to be deteriorated by oxidative decomposition or cobalt is easily eluted from the positive electrode. As a result, the charge / discharge efficiency is lowered, the cycle characteristics are lowered, the high temperature characteristics are lowered, and it is difficult to increase the charge voltage.

なお、従来より、正極活物質の安定性を向上させる手段として、アルミニウム(Al),マグネシウム(Mg),ジルコニウム(Zr)あるいはチタン(Ti)などの異種元素を固溶させること(特許文献2参照)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物などを少量混合して用いること(特許文献3参照)、またはコバルト酸リチウムの表面をスピネル構造を有するマンガン酸リチウム,スピネル構造を有するチタン酸リチウム,あるいはニッケルコバルト複合酸化物で被覆すること(特許文献4,5参照)などが報告されている。
国際公開第WO03/0197131号パンフレット 特開2004−303459号公報 特開2002−100357号公報 特開平10−333573号公報 特開平10−372470号公報 特開第2987358号公報 特開2004−227869号公報 特開平10−236826号公報
Conventionally, as a means for improving the stability of the positive electrode active material, a different element such as aluminum (Al), magnesium (Mg), zirconium (Zr) or titanium (Ti) is dissolved (see Patent Document 2). ), A mixture of a small amount of lithium nickel manganese composite oxide or the like (see Patent Document 3), or lithium cobalt manganate having a spinel structure on the surface of lithium cobaltate, lithium titanate having a spinel structure, or nickel cobalt composite Coating with an oxide (see Patent Documents 4 and 5) has been reported.
International Publication No. WO03 / 0197131 Pamphlet JP 2004-303459 A JP 2002-1003007 A JP-A-10-333573 JP-A-10-372470 Japanese Patent Laid-Open No. 2987358 JP 2004-227869 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-236826

しかしながら、異種元素を固溶させる技術では、固溶量が少ないと高温特性またはサイクル特性を十分に改善することができず、固溶量が多いと容量が低下してしまうという問題があった。また、リチウムニッケルマンガン複合酸化物などを混合して用いる技術では、特性を十分に改善することができないという問題があった。更に、マンガン酸リチウムあるいはチタン酸リチウムで被覆する技術では、容量が低下してしまうという問題があり、しかもマンガン酸リチウムの場合、マンガンの溶出により特性が低下してしまうという問題もあった(特許文献6,7参照)。加えて、ニッケルコバルト複合酸化物で被覆する技術では、熱安定性が低下してしまい(特許文献8参照)、しかもコバルト酸リチウムに比べて放電電位が低いので、エネルギー密度を増加させるには不利であるという問題もあった。   However, the technique of dissolving different elements in a solid solution has a problem that the high temperature characteristics or the cycle characteristics cannot be sufficiently improved if the amount of the solid solution is small, and the capacity decreases if the amount of the solid solution is large. Further, the technique using a mixture of lithium nickel manganese composite oxide and the like has a problem that the characteristics cannot be sufficiently improved. Furthermore, the technology of coating with lithium manganate or lithium titanate has a problem that the capacity is reduced, and in the case of lithium manganate, there is also a problem that the characteristics are deteriorated due to elution of manganese (patent). References 6 and 7). In addition, the technique of coating with nickel-cobalt composite oxide reduces thermal stability (see Patent Document 8), and has a lower discharge potential than lithium cobaltate, which is disadvantageous for increasing the energy density. There was also a problem of being.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、容量を高くすることができると共に、高温特性またはサイクル特性を向上させることができるリチウムイオン二次電池用正極活物質およびそれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery capable of increasing capacity and improving high-temperature characteristics or cycle characteristics, and the same. It is in providing the used lithium ion secondary battery.

本発明によるリチウムイオン二次電池用正極活物質は、平均組成がLi(1+x) Co(1-y) y (2-z) (但し、Mはマグネシウム,アルミニウム,ホウ素(B),チタン,バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W),ジルコニウム,イットリウム(Y),ニオブ(Nb),カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種であり、x,yおよびzは、それぞれ−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20の範囲内の値である。)で表される複合酸化物粒子と、この複合酸化物粒子の少なくとも一部に設けられ、リチウムと、ニッケルと、マンガンとを含む酸化物よりなる被覆層とを有し、リチウムとニッケルとマンガンとを含む酸化物は、リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなるもの、または、リチウムと、ニッケルと、マンガンと、マグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,コバルト(Co),銅,亜鉛,モリブデン,スズ,タングステン,ジルコニウム,イットリウム,ニオブ,カルシウムおよびストロンチウムからなる群のうちの少なくとも1種の元素とを含み、かつ被覆層における群のうちの少なくとも1種の元素の含有量が、被覆層におけるニッケルとマンガンと群のうちの少なくとも1種の元素の合計に対して、40mol%以下のものであり、CuKα粉末X線回折により得られる回折ピークにおいて、複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークの回折角度2θよりも、0.2°以上1.0°以下の範囲内において低角度側に、被覆層の回折ピークを有するものである。 Cathode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention, the average composition of Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z) ( where, M is magnesium, aluminum, boron (B) , Titanium, vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten ( W), zirconium, yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca), and strontium (Sr), and x, y, and z are each −0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, and −0.10 ≦ z ≦ 0.20.) And at least one of the composite oxide particles And lithium, nickel, man And a coating layer made of oxide containing emissions, oxide containing lithium, nickel and manganese, which consists of lithium, nickel, and manganese, and oxygen, or lithium, and nickel, At least one selected from the group consisting of manganese and magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt (Co), copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium, and strontium And the content of at least one element of the group in the coating layer is 40 mol% or less with respect to the total of nickel and manganese in the coating layer and at least one element of the group ones, and the in the diffraction peaks obtained by CuKα X-ray powder diffraction, the composite oxide particle Than the diffraction angle 2θ of the diffraction peak assigned to [101] plane of the lower angle side in the range of 0.2 ° or more 1.0 ° or less, and has a diffraction peak of the coating layer.

本発明によるリチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に、電解質を備えたものであって、正極は、複合酸化物粒子の少なくとも一部に被覆層が設けられた正極活物質を含有し、複合酸化物粒子は、平均組成がLi(1+x) Co(1-y) y (2-z) (但し、Mはマグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,マンガン,鉄,ニッケル,銅,亜鉛,モリブデン,スズ,タングステン,ジルコニウム,イットリウム,ニオブ,カルシウムおよびストロンチウムからなる群のうちの少なくとも1種であり、x,yおよびzは、それぞれ−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20の範囲内の値である。)で表され、被覆層は、リチウムと、ニッケルと、マンガンとを含む酸化物よりなり、リチウムとニッケルとマンガンとを含む酸化物は、リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなるもの、または、リチウムと、ニッケルと、マンガンと、マグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,コバルト(Co),銅,亜鉛,モリブデン,スズ,タングステン,ジルコニウム,イットリウム,ニオブ,カルシウムおよびストロンチウムからなる群のうちの少なくとも1種の元素とを含み、かつ被覆層における群のうちの少なくとも1種の元素の含有量が、被覆層におけるニッケルとマンガンと群のうちの少なくとも1種の元素の合計に対して、40mol%以下のものであり、正極活物質は、CuKα粉末X線回折により得られる回折ピークにおいて、複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークの回折角度2θよりも、0.2°以上1.0°以下の範囲内において低角度側に、被覆層の回折ピークを有するものである。 A lithium ion secondary battery according to the present invention is provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the positive electrode contains a positive electrode active material in which a coating layer is provided on at least a part of the composite oxide particles. oxide particles, average composition Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z) ( where, M is magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, nickel , Copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium, and strontium, and x, y, and z are −0.10 ≦ x ≦ 0.10, respectively. , 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20), and the coating layer is made of an oxide containing lithium, nickel, and manganese. , lithium The oxide containing nickel, nickel, and manganese is composed of lithium, nickel, manganese, and oxygen, or lithium, nickel, manganese, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, At least one element of the group consisting of iron, cobalt (Co), copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium and strontium, and at least of the group in the coating layer The content of one element is 40 mol% or less with respect to the total of at least one element of nickel and manganese in the coating layer, and the positive electrode active material is obtained by CuKα powder X-ray diffraction. In the obtained diffraction peak, the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle. It has a diffraction peak of the coating layer on the lower angle side within the range of 0.2 ° to 1.0 ° with respect to the diffraction angle 2θ of the copper.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質によれば、平均組成がLi(1+x) Co(1-y) y (2-z) で表される複合酸化物粒子にリチウムとニッケルとマンガンとを含む酸化物よりなる被覆層を設けると共に、複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークの回折角度2θよりも、0.2°以上1.0°以下の範囲内において低角度側に、被覆層の回折ピークを有するようにしたので、複合酸化物粒子の高容量および高電位という特徴を活かしつつ、正極活物質の化学的安定性を向上させることができる。よって、このリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いた本発明のリチウムイオン二次電池によれば、高容量を得ることができると共に、高温特性またはサイクル特性を向上させることができる。 According to the lithium ion secondary battery positive electrode active material of the present invention, the lithium composite oxide particles having an average composition represented by Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z) A coating layer made of an oxide containing nickel and manganese is provided, and the diffraction angle 2θ of the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particles is within the range of 0.2 ° or more and 1.0 ° or less. Since the diffraction peak of the coating layer is provided on the low angle side, the chemical stability of the positive electrode active material can be improved while taking advantage of the high capacity and high potential of the composite oxide particles. Therefore, according to the lithium ion secondary battery of the present invention using the positive electrode active material for the lithium ion secondary battery, it is possible to obtain a high capacity, it can improve the high temperature characteristics or cycle characteristics.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の一実施の形態に係る正極活物質は、平均組成が化1で表される複合酸化物粒子の少なくとも一部に被覆層が設けられたものである。この正極活物質では、複合酸化物粒子の平均組成を化1に示したように構成することにより、高容量および高い放電電位を得ることができるようになっている。   The positive electrode active material according to one embodiment of the present invention has a coating layer provided on at least a part of the composite oxide particles having an average composition represented by Chemical Formula 1. In this positive electrode active material, a high capacity and a high discharge potential can be obtained by configuring the average composition of the composite oxide particles as shown in Chemical Formula 1.

(化1)
Li(1+x) Co(1-y) y (2-z)
化1において、Mはマグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,マンガン,鉄,ニッケル,銅,亜鉛,モリブデン,スズ,タングステン,ジルコニウム,イットリウム,ニオブ,カルシウムおよびストロンチウムからなる群のうちの少なくとも1種である。
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
In Formula 1, M is at least one selected from the group consisting of magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium, and strontium. One type.

xは−0.10≦x≦0.10の範囲内の値であり、−0.08≦x≦0.08の範囲内であればより好ましく、−0.06≦x≦0.06の範囲内であれば更に好ましい。これよりも小さいと放電容量が低下してしまい、これにより大きいと被覆層を形成する際にリチウムが拡散し、工程の制御が難しくなる場合があるからである。   x is a value in the range of −0.10 ≦ x ≦ 0.10, more preferably in the range of −0.08 ≦ x ≦ 0.08, and −0.06 ≦ x ≦ 0.06. It is more preferable if it is within the range. If it is smaller than this, the discharge capacity will be reduced, and if it is larger than this, lithium will diffuse when the coating layer is formed, and it may be difficult to control the process.

yは0≦y<0.50の範囲内の値であり、0≦y<0.40の範囲内であればより好ましく、0≦y<0.30の範囲内であれば更に好ましい。すなわち、化1におけるMは必須の構成元素ではない。コバルト酸リチウムは高容量を得ることができると共に、放電電位も高いので好ましく、また、Mを含むようにすれば安定性を向上させることができるので好ましいが、Mの量が多くなるとコバルト酸リチウムの特性が損なわれ、容量および放電電位が低下してしまうからである。   y is a value within the range of 0 ≦ y <0.50, more preferably within the range of 0 ≦ y <0.40, and even more preferably within the range of 0 ≦ y <0.30. That is, M in Chemical Formula 1 is not an essential constituent element. Lithium cobalt oxide is preferable because it can obtain a high capacity and has a high discharge potential, and is preferable because it can improve stability if it contains M. However, if the amount of M increases, lithium cobalt oxide is preferable. This is because the above characteristics are impaired and the capacity and the discharge potential are lowered.

zは−0.10≦z≦0.20の範囲内の値であり、−0.08≦z≦0.18の範囲内であればより好ましく、−0.06≦z≦0.16の範囲内であれば更に好ましい。この範囲内において、放電容量をより高くすることができるからである。   z is a value in the range of −0.10 ≦ z ≦ 0.20, more preferably in the range of −0.08 ≦ z ≦ 0.18, and −0.06 ≦ z ≦ 0.16. It is more preferable if it is within the range. This is because the discharge capacity can be further increased within this range.

被覆層は、反応抑制層として機能するものであり、リチウムと、ニッケルと、マンガンとを含む酸化物により構成されている。このような組成を有することにより、容量の低下を抑制しつつ、化学的安定性を向上させることができるからである。   A coating layer functions as a reaction suppression layer, and is comprised with the oxide containing lithium, nickel, and manganese. This is because by having such a composition, chemical stability can be improved while suppressing a decrease in capacity.

この被覆層は、CuKα粉末X線回折により得られる回折ピークにおいて、複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークの回折角度2θよりも、0.2°以上1.0°以下の範囲内において低角度側に、その回折ピークを有している。複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークよりも低角度側に存在する被覆層の回折ピークが、上記範囲内になく、その差が0.2°よりも小さい範囲内に存在する場合には、被覆層を形成する際に複合酸化物粒子と被覆層との固溶が進行し、反応抑制層としての効果が低くなってしまい、その差が1.0°よりも大きい範囲内に存在する場合には、被覆層の密着性が悪く、良好な被覆状態を得ることができないからである。特に、被覆層の回折ピークが、複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークよりも低角度側に、0.3°以上0.55°以下の範囲内にあればより好ましい。より高い効果を得ることができるからである。   This coating layer has a diffraction peak obtained by CuKα powder X-ray diffraction in a range of 0.2 ° or more and 1.0 ° or less than the diffraction angle 2θ of the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle. The diffraction peak is present on the lower angle side. The diffraction peak of the coating layer present on the lower angle side than the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle is not within the above range, and the difference is within a range smaller than 0.2 °. In this case, when the coating layer is formed, the solid oxide particles and the coating layer are solid-dissolved, and the effect as the reaction suppressing layer is reduced, and the difference is within a range larger than 1.0 °. This is because the coating layer has poor adhesion and a good coating state cannot be obtained. In particular, it is more preferable if the diffraction peak of the coating layer is in the range of 0.3 ° or more and 0.55 ° or less on the lower angle side than the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle. This is because a higher effect can be obtained.

なお、X線回折測定に際しては、X線線源にCu−Kα1(波長0.15405nm)を用いることとし、被覆層および複合酸化物粒子の回折ピークの回折角度2θは、Cu−Kα1に由来するピークトップの位置で読み取ることとする。   In the X-ray diffraction measurement, Cu-Kα1 (wavelength 0.15405 nm) is used as the X-ray source, and the diffraction angle 2θ of the diffraction peak of the coating layer and the composite oxide particles is derived from Cu-Kα1. Read at the peak top position.

被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比ニッケル:マンガンは、モル比で、9 0:1 0から30:70の範囲内であることが好ましく、70:30から40:60の範囲内であればより好ましい。これよりもマンガンの量が多いと、被覆層におけるリチウムの吸蔵量が低下し、正極活物質の容量が低下してしまうと共に、電気抵抗が増大してしまうからである。また、これよりもニッケルの量が多いと、被覆層の熱安定性が低下し、高温特性が低下してしまうからである。すなわち、ニッケルとマンガンとの組成比をこの範囲内とすることにより、高温での安定性をより高くすると共に、容量をより増加させることが可能となる。   Composition ratio of nickel and manganese in the coating layer The nickel: manganese molar ratio is preferably in the range of 90:10 to 30:70, and in the range of 70:30 to 40:60. More preferred. This is because if the amount of manganese is larger than this, the occlusion amount of lithium in the coating layer decreases, the capacity of the positive electrode active material decreases, and the electrical resistance increases. Moreover, when there is more nickel than this, the thermal stability of a coating layer will fall and a high temperature characteristic will fall. That is, by setting the composition ratio of nickel and manganese within this range, the stability at high temperature can be further increased and the capacity can be further increased.

被覆層の酸化物には、更に、マグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,コバルト,銅,亜鉛,モリブデン,スズ,タングステン,ジルコニウム,イットリウム,ニオブ,カルシウムおよびストロンチウムからなる群のうちの少なくとも1種が構成元素として含まれていてもよい。正極活物質の安定性をより向上させることができると共に、リチウムイオンの拡散性をより向上させることができるからである。この場合、これらの元素を合計した含有量は、被覆層におけるニッケルとマンガンとこれらの元素の合計に対して、40mol%以下であることが好ましく、35mol%以下であればより好ましい。これらの元素の含有量が多くなると、リチウムの吸蔵量が低下し、正極活物質の容量が低下してしまうからである。なお、これらの元素は、酸化物に固溶していてもしていなくてもよい。   The oxide of the covering layer further includes magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium and strontium. May be contained as a constituent element. This is because the stability of the positive electrode active material can be further improved and the diffusibility of lithium ions can be further improved. In this case, the total content of these elements is preferably 40 mol% or less, more preferably 35 mol% or less, based on the total of nickel, manganese, and these elements in the coating layer. This is because when the content of these elements increases, the amount of occlusion of lithium decreases and the capacity of the positive electrode active material decreases. Note that these elements may or may not be dissolved in the oxide.

被覆層の量は、複合酸化物粒子の2質量%以上30質量%以下の範囲内であることが好ましく、5質量%以上20質量%以下の範囲内であればより好ましい。被覆層の量が多いと容量が低下し、少ないと安定性を十分に向上させることができないからである。また、この正極活物質におけるニッケルとマンガンとを合計した含有量、すなわち複合酸化物粒子と被覆層とを合わせたニッケルとマンガンとの合計含有量は、リチウムを除く金属元素および半金属元素の合計に対して、30mol%以下であることが好ましい。ニッケルおよびマンガンの含有量が多くなると、容量が低下してしまうからである。   The amount of the coating layer is preferably in the range of 2% by mass to 30% by mass of the composite oxide particles, and more preferably in the range of 5% by mass to 20% by mass. This is because when the amount of the coating layer is large, the capacity decreases, and when the amount is small, the stability cannot be sufficiently improved. Further, the total content of nickel and manganese in this positive electrode active material, that is, the total content of nickel and manganese combined with the composite oxide particles and the coating layer is the total of metal elements and metalloid elements excluding lithium. It is preferable that it is 30 mol% or less. This is because as the contents of nickel and manganese increase, the capacity decreases.

この正極活物質の平均粒子径は、2.0μm以上50μm以下の範囲内であることが好ましい。2.0μm未満では、正極を作製する際にプレス工程において正極活物質が正極集電体から剥離しやすくなり、また、正極活物質の表面積が大きくなるので、導電剤あるいは結着剤などの添加量を増加させなければならず、単位質量当たりのエネルギー密度が小さくなってしまうからである。逆に、50μmを超えると、正極活物質がセパレータを貫通し、短絡を引き起こしてしまう可能性が高くなるからである。   The average particle diameter of the positive electrode active material is preferably in the range of 2.0 μm to 50 μm. If the thickness is less than 2.0 μm, the positive electrode active material is easily peeled off from the positive electrode current collector in the pressing step when the positive electrode is produced, and the surface area of the positive electrode active material is increased, so that a conductive agent or a binder is added. This is because the amount must be increased, and the energy density per unit mass becomes small. On the other hand, when the thickness exceeds 50 μm, there is a high possibility that the positive electrode active material penetrates the separator and causes a short circuit.

この正極活物質は、例えば、上述した複合酸化物粒子に被覆層の前駆層を形成したのち、空気あるいは純酸素などの酸化雰囲気中において、300℃以上1000℃以下の温度で焼成することにより得ることができる。前駆層の材料としては、被覆層を構成する元素を含む水酸化物,炭酸塩あるいは硝酸塩などの焼成により酸化物となり得るものを用いることができ、被覆層を構成する酸化物あるいは被覆層を構成する元素を含む複数の酸化物を用いてもよい。また、前駆層は、例えば、ボールミル,ジェットミル,擂潰機あるいは微粉粉砕機などを用い、複合酸化物粒子と前駆層の材料とを粉砕混合することにより被着することができ、その際、水などの分散媒あるいは溶媒を用いてもよい。また、メカノフュージョンなどのメカノケミカル処理、またはスパッタリング法あるいは化学気相成長(CVD;Chemical Vapor Deposition )法などの気相法により被着させてもよく、中和滴定法により水酸化物の前駆層を被着させるようにしてもよい。なお、被覆層を形成したのちに、必要に応じて軽い粉砕あるいは分級操作などを行い、粒度を調節してもよい。   The positive electrode active material is obtained, for example, by forming a precursor layer of a coating layer on the above-described composite oxide particles and firing at a temperature of 300 ° C. to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere such as air or pure oxygen. be able to. As a material for the precursor layer, a material that can be converted into an oxide by firing such as hydroxide, carbonate or nitrate containing an element constituting the coating layer can be used, and the oxide or coating layer constituting the coating layer can be used. A plurality of oxides containing the element to be used may be used. Further, the precursor layer can be applied by, for example, using a ball mill, a jet mill, a pulverizer or a fine powder pulverizer, and pulverizing and mixing the composite oxide particles and the material of the precursor layer. A dispersion medium such as water or a solvent may be used. Alternatively, it may be deposited by a mechanochemical treatment such as mechanofusion, or a vapor phase method such as sputtering or chemical vapor deposition (CVD), or a precursor layer of hydroxide by a neutralization titration method. You may make it adhere. In addition, after forming a coating layer, you may adjust a particle size by performing a light grinding | pulverization or classification operation as needed.

この正極活物質は、例えば、次のようにして二次電池に用いられる。   This positive electrode active material is used for a secondary battery as follows, for example.

(第1の二次電池)
図1は本実施の形態に係る正極活物質を用いた第1の二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、電極反応物質としてリチウムを用い、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池である。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、一対の帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11の内部には、液状の電解質である電解液が注入されており、セパレータ23に含浸されている。電池缶11は、例えばニッケルのめっきがされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、また、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
(First secondary battery)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a first secondary battery using the positive electrode active material according to the present embodiment. This secondary battery is a so-called lithium ion secondary battery in which lithium is used as an electrode reactant and the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium. This secondary battery is called a so-called cylindrical type, and is a winding in which a pair of strip-like positive electrode 21 and strip-like negative electrode 22 are wound through a separator 23 inside a substantially hollow cylindrical battery can 11. A rotating electrode body 20 is provided. Inside the battery can 11, an electrolytic solution that is a liquid electrolyte is injected and impregnated in the separator 23. The battery can 11 is made of, for example, iron plated with nickel, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   At the open end of the battery can 11, a battery lid 14, a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient; PTC element) 16 are interposed via a gasket 17. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 11 is sealed. The battery lid 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14 via the heat sensitive resistance element 16, and the disk plate 15A is reversed when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 14 and the wound electrode body 20 is cut off. When the temperature rises, the heat sensitive resistance element 16 limits the current by increasing the resistance value and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface.

巻回電極体20は、例えば、センターピン24を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウムなどよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。   The wound electrode body 20 is wound around a center pin 24, for example. A positive electrode lead 25 made of aluminum or the like is connected to the positive electrode 21 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 26 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery lid 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

図2は図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層21Bは、例えば、本実施の形態に係る粒子状の正極活物質と、必要に応じて黒鉛などの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んで構成されている。また、更に他の1種または2種以上の正極活物質を含有していてもよい。   FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A having a pair of opposed surfaces. Although not shown, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The cathode active material layer 21B includes, for example, a particulate cathode active material according to the present embodiment, and a conductive agent such as graphite and a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary. Furthermore, you may contain the other 1 type, or 2 or more types of positive electrode active material.

負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bを設けるようにしてもよい。負極集電体22Aは、例えば、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する銅箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。   The negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22A having a pair of opposed surfaces. Although not shown, the negative electrode active material layer 22B may be provided only on one surface of the negative electrode current collector 22A. The negative electrode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil having good electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength.

負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層21Bと同様の結着剤を含んで構成されている。   The negative electrode active material layer 22B includes one or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as the negative electrode active material, and the positive electrode active material layer 21B as necessary. It is comprised including the binder similar to.

なお、この二次電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量が、正極21の充電容量よりも大きくなっており、充電の途中において負極22にリチウム金属が析出しないようになっている。   In this secondary battery, the charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is larger than the charge capacity of the positive electrode 21 so that lithium metal does not deposit on the negative electrode 22 during the charge. It has become.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素,易黒鉛化性炭素,黒鉛,熱分解炭素類,コークス類,ガラス状炭素類,有機高分子化合物焼成体,炭素繊維あるいは活性炭などの炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス,ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。   Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, and fired organic polymer compounds , Carbon materials such as carbon fiber or activated carbon. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body is a carbonized material obtained by firing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature, and part of it is non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as: These carbon materials are preferable because the change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small, a high charge and discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density. Further, non-graphitizable carbon is preferable because excellent cycle characteristics can be obtained. Furthermore, those having a low charge / discharge potential, specifically, those having a charge / discharge potential close to that of lithium metal are preferable because a high energy density of the battery can be easily realized.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。   Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include materials capable of inserting and extracting lithium and containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. . This is because a high energy density can be obtained by using such a material. In particular, the use with a carbon material is more preferable because a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. The negative electrode material may be a single element, alloy or compound of a metal element or metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.

この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、マグネシウム,ホウ素,アルミニウム,ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge),スズ,鉛(Pb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),銀(Ag),亜鉛,ハフニウム(Hf),ジルコニウム,イットリウム,パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   Examples of metal elements or metalloid elements constituting the negative electrode material include magnesium, boron, aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin, lead (Pb), and bismuth ( Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc, hafnium (Hf), zirconium, yttrium, palladium (Pd) or platinum (Pt). These may be crystalline or amorphous.

中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。   Among these, as the negative electrode material, a material containing a 4B group metal element or a semimetal element in the short-period type periodic table as a constituent element is preferable, and at least one of silicon and tin is particularly preferable as a constituent element. This is because silicon and tin have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、酸化鉄,酸化ルテニウム,酸化モリブデン,酸化タングステン,酸化チタンあるいは酸化スズなどの酸化物、硫化ニッケルあるいは硫化モリブデンなどの硫化物、または窒化リチウムなどの窒化物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。   Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium further include other metal compounds or polymer materials. Other metal compounds include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide or tin oxide, sulfides such as nickel sulfide or molybdenum sulfide, or nitrides such as lithium nitride, Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.

セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。   The separator 23 is made of, for example, a porous film made of synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and has a structure in which two or more kinds of porous films are laminated. May be. Among these, a porous film made of polyolefin is preferable because it is excellent in short-circuit preventing effect and can improve the safety of the battery due to the shutdown effect.

電解液は、例えば有機溶媒などの非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキロラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、あるいはプロピオン酸エステルが挙げられる。非水溶媒は、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。   The electrolytic solution includes, for example, a nonaqueous solvent such as an organic solvent and an electrolyte salt dissolved in the nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, N, N— Dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dikilolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, propionitrile, anisole, acetate, butyrate, or A propionic acid ester is mentioned. One non-aqueous solvent may be used alone, or two or more non-aqueous solvents may be mixed and used.

電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、LiPF6 ,LiBF4 ,LiAsF6 ,LiClO4 ,LiB(C6 5 4 ,LiCH3 SO3 ,LiCF3 SO3 ,LiN(SO2 CF3 2 ,LiC(SO2 CF3 3 ,LiAlCl4 ,LiSiF6 ,LiCl, ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム,リチウムビスオキサレートボレート,あるいはLiBrなどが挙げられる。 As electrolyte salt, lithium salt is mentioned, for example, 1 type may be used independently, and 2 or more types may be mixed and used for it. Lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate, lithium bisoxalate borate, or LiBr.

なお、この二次電池の完全充電時における開回路電圧(すなわち電池電圧)は4.20Vでもよいが、4.20Vよりも高く4.25V以上4.80V以下の範囲内になるように設計されていることが好ましい。電池電圧を高くすることによりエネルギー密度を大きくすることができると共に、本実施の形態によれば、正極活物質の化学的安定性が向上されているので、電池電圧を高くしても優れたサイクル特性を得ることができるからである。その場合、電池電圧を4.20Vとする場合よりも、同じ正極活物質でも単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるので、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整される。   Note that the open circuit voltage (that is, the battery voltage) when the secondary battery is fully charged may be 4.20V, but is designed to be higher than 4.20V and not lower than 4.25V and lower than 4.80V. It is preferable. The energy density can be increased by increasing the battery voltage, and according to the present embodiment, the chemical stability of the positive electrode active material is improved, so that an excellent cycle even if the battery voltage is increased. This is because characteristics can be obtained. In that case, since the amount of lithium released per unit mass increases even with the same positive electrode active material than when the battery voltage is set to 4.20 V, the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material are adjusted accordingly. .

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより形成する。   First, for example, the positive electrode active material layer 21B is formed on the positive electrode current collector 21A to produce the positive electrode 21. The positive electrode active material layer 21B is prepared, for example, by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder to prepare a positive electrode mixture, and then using the positive electrode mixture in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. It is formed by dispersing to form a paste-like positive electrode mixture slurry, applying this positive electrode mixture slurry to the positive electrode current collector 21A, drying the solvent, and compression molding with a roll press or the like.

また、例えば、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。負極活物質層22Bは、例えば、気相法、液相法、焼成法、または塗布のいずれにより形成してもよく、それらの2以上を組み合わせてもよい。なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,熱CVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法あるいはプラズマCVD法等が利用可能である。液相法としては電解鍍金あるいは無電解鍍金等の公知の手法が利用可能である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法,反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が利用可能である。塗布の場合には、正極21と同様にして形成することができる。   Further, for example, the negative electrode active material layer 22B is formed on the negative electrode current collector 22A to produce the negative electrode 22. The negative electrode active material layer 22B may be formed by, for example, any one of a vapor phase method, a liquid phase method, a baking method, and coating, or a combination of two or more thereof. As the vapor phase method, for example, a physical deposition method or a chemical deposition method can be used. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) A chemical vapor deposition method) or a plasma CVD method can be used. As the liquid phase method, a known method such as electrolytic plating or electroless plating can be used. As for the firing method, a known method can be used. For example, an atmosphere firing method, a reaction firing method, or a hot press firing method can be used. In the case of application, it can be formed in the same manner as the positive electrode 21.

続いて、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。そののち、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1,2に示した二次電池が形成される。   Subsequently, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the negative electrode lead 26 is attached to the negative electrode current collector 22A by welding or the like. After that, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound through the separator 23, and the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 are sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13 and stored in the battery can 11. After the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are accommodated in the battery can 11, the electrolytic solution is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat sensitive resistance element 16 are fixed to the opening end of the battery can 11 by caulking through a gasket 17. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 is formed.

この二次電池では、充電を行うと、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、電解液を介して、負極活物質層22Bに含まれるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵される。次いで、放電を行うと、負極活物質層22B中のリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵されたリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。本実施の形態では、上述した正極活物質を用いているので、正極21の化学的安定性が高くなっており、完全充電時における開回路電圧を高くしても、正極21および電解液の劣化反応が抑制される。   In this secondary battery, when charged, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 21B, and the negative electrode material that can occlude and release lithium contained in the negative electrode active material layer 22B via the electrolytic solution. Occluded. Next, when discharging is performed, lithium ions stored in the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium in the negative electrode active material layer 22B are released, and are inserted into the positive electrode active material layer 21B through the electrolytic solution. . In this embodiment, since the positive electrode active material described above is used, the chemical stability of the positive electrode 21 is high, and even if the open circuit voltage during full charge is increased, the positive electrode 21 and the electrolyte are deteriorated. The reaction is suppressed.

(第2の二次電池)
図3は本実施の形態に係る正極活物質を用いた第2の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものであり、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。
(Secondary secondary battery)
FIG. 3 shows a configuration of a second secondary battery using the positive electrode active material according to the present embodiment. In this secondary battery, a wound electrode body 30 to which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached is accommodated in a film-like exterior member 40, and can be reduced in size, weight, and thickness. ing.

正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。   The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are led out from the inside of the exterior member 40 to the outside, for example, in the same direction. The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are each made of a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, and each have a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。   The exterior member 40 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. For example, the exterior member 40 is disposed so that the polyethylene film side and the wound electrode body 30 face each other, and the outer edge portions are in close contact with each other by fusion bonding or an adhesive. An adhesive film 41 is inserted between the exterior member 40 and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 to prevent intrusion of outside air. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene.

なお、外装部材40は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。   The exterior member 40 may be made of a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-described aluminum laminated film.

図4は図3に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体30は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解質層36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。   FIG. 4 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG. The wound electrode body 30 is obtained by stacking and winding a positive electrode 33 and a negative electrode 34 with a separator 35 and an electrolyte layer 36 interposed therebetween, and the outermost peripheral portion is protected by a protective tape 37.

正極33は、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有しており、負極34は、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有している。正極集電体33A,正極活物質層33B,負極集電体34A,負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、それぞれ上述した正極集電体21A,正極活物質層21B,負極集電体22A,負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。   The positive electrode 33 has a structure in which a positive electrode active material layer 33B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 33A, and the negative electrode 34 has a structure in which a negative electrode active material layer 34B is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 34A. have. The configurations of the positive electrode current collector 33A, the positive electrode active material layer 33B, the negative electrode current collector 34A, the negative electrode active material layer 34B, and the separator 35 are respectively the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer 21B, and the negative electrode current collector 22A. The same as the negative electrode active material layer 22B and the separator 23.

電解質層36は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層36は高いイオン伝導率を得ることができると共に、漏液を防止することができるので好ましい。電解液の構成は、第1の二次電池と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル,ポリフッ化ビニリデン,フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体,ポリテトラフルオロエチレン,ポリヘキサフルオロプロピレン,ポリエチレンオキサイド,ポリプロピレンオキサイド,ポリフォスファゼン,ポリシロキサン,ポリ酢酸ビニル,ポリビニルアルコール,ポリメタクリル酸メチル,ポリアクリル酸,ポリメタクリル酸,スチレン−ブタジエンゴム,ニトリル−ブタジエンゴム,ポリスチレンあるいはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル,ポリフッ化ビニリデン,ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。   The electrolyte layer 36 includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. The gel electrolyte layer 36 is preferable because high ion conductivity can be obtained and liquid leakage can be prevented. The configuration of the electrolytic solution is the same as that of the first secondary battery. Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. , Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide is preferable.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、正極33および負極34を第1の二次電池と同様にして製造したのち、正極33および負極34のそれぞれに、電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。そののち、正極集電体33Aに正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を取り付ける。次いで、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回電極体30を形成する。最後に、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図3,4に示した二次電池が完成する。   First, after the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are manufactured in the same manner as the first secondary battery, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 33 and the negative electrode 34. Then, the mixed solvent is volatilized to form the electrolyte layer 36. After that, the positive electrode lead 31 is attached to the positive electrode current collector 33A, and the negative electrode lead 32 is attached to the negative electrode current collector 34A. Next, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte layer 36 is formed are laminated via a separator 35 to form a laminated body, and then the laminated body is wound in the longitudinal direction, and a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion. Thus, the wound electrode body 30 is formed. Finally, for example, the wound electrode body 30 is sandwiched between the exterior members 40, and the outer edges of the exterior members 40 are sealed and sealed by heat fusion or the like. At that time, the adhesion film 41 is inserted between the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 and the exterior member 40. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 is completed.

また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を外装部材40の内部に注入し、外装部材40の開口部を密封する。そののち、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成し、図3,4に示した二次電池を組み立てる。   Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are prepared as described above, and after the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached to the positive electrode 33 and the negative electrode 34, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are stacked via the separator 35 and wound. Rotate and adhere the protective tape 37 to the outermost periphery to form a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30. Next, the wound body is sandwiched between the exterior members 40, and the outer peripheral edge portion excluding one side is heat-sealed to form a bag shape, and is stored inside the exterior member 40. Subsequently, an electrolyte composition containing an electrolytic solution, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as required is injected into the exterior member 40. The opening of the exterior member 40 is sealed. Thereafter, heat is applied to polymerize the monomer to obtain a polymer compound, thereby forming the gel electrolyte layer 36, and assembling the secondary battery shown in FIGS.

この二次電池は、第1の二次電池と同様に作用する。   This secondary battery operates in the same manner as the first secondary battery.

このように本実施の形態によれば、複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークの回折角度2θよりも、0.2°以上1.0°以下の範囲内において低角度側に、被覆層の回折ピークを有する正極活物質を用いるようにしたので、複合酸化物粒子の高容量および高電位という特徴を活かしつつ、正極活物質の化学的安定性を向上させることができる。よって、高容量を得ることができると共に、高温特性またはサイクル特性を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the diffraction angle 2θ of the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle is on the lower angle side within the range of 0.2 ° to 1.0 °. Since the positive electrode active material having the diffraction peak of the coating layer is used, the chemical stability of the positive electrode active material can be improved while taking advantage of the high capacity and high potential of the composite oxide particles. Therefore, a high capacity can be obtained, and high temperature characteristics or cycle characteristics can be improved.

更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。   Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

(実施例1−1〜1−9)
正極活物質を次のようにして作製した。実施例1−1では、まず、複合酸化物粒子として、平均組成がLi1.03CoO2 であり、レーザー散乱法により測定した平均粒子径が13μmのコバルト酸リチウム粉末を用意すると共に、被覆層の原料として、炭酸リチウム(Li2 CO3 )粉末と、水酸化ニッケル(Ni(OH)2 )粉末と、炭酸マンガン(MnCO3 )粉末とを、Li2 CO3 :Ni(OH)2 :MnCO3 =1.08:1:1のモル比で混合した前駆粉末を用意した。次いで、このコバルト酸リチウム粉末100質量部に対して、前駆粉末をLi1.08Ni0.5 Mn0.5 2 に換算して10質量部となるように添加し、25℃の純水100質量部を用いて1時間に渡り撹拌分散させたのち、70℃で減圧乾燥し、複合酸化物粒子の表面に前駆層を形成した。続いて、これを3℃/minの速度で昇温し、800℃で3時間保持したのち徐冷することにより、被覆層を形成し、正極活物質を得た。
(Examples 1-1 to 1-9)
A positive electrode active material was prepared as follows. In Example 1-1, first, as the composite oxide particles, lithium cobaltate powder having an average composition of Li 1.03 CoO 2 and an average particle diameter measured by a laser scattering method of 13 μm was prepared, and a raw material for the coating layer Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder, nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) powder, and manganese carbonate (MnCO 3 ) powder, Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = A precursor powder mixed at a molar ratio of 1.08: 1: 1 was prepared. Next, the precursor powder is added to 100 parts by mass of this lithium cobaltate powder so as to be 10 parts by mass in terms of Li 1.08 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 , and 100 parts by mass of pure water at 25 ° C. is used. After stirring and dispersing for 1 hour, it was dried under reduced pressure at 70 ° C. to form a precursor layer on the surface of the composite oxide particles. Subsequently, this was heated at a rate of 3 ° C./min, held at 800 ° C. for 3 hours, and then gradually cooled to form a coating layer to obtain a positive electrode active material.

実施例1−2では、実施例1−1と同様の前駆粉末をボールミル装置により平均粒径が1μm以下となるまで粉砕して、複合酸化物粒子と混合したことを除き、他は実施例1−1と同様にして正極活物質を作製した。   In Example 1-2, except that the same precursor powder as in Example 1-1 was pulverized with a ball mill device until the average particle size became 1 μm or less and mixed with the composite oxide particles, Example 1 was otherwise used. A positive electrode active material was produced in the same manner as in -1.

実施例1−3では、実施例1−1と同様の複合酸化物粒子100質量部に対して、実施例1−1と同様の前駆粉末を平均粒径が1μm以下となるまで粉砕したものをLi1.08Ni0.5 Mn0.5 2 に換算して10質量部となるように添加し、メカノフュージョン装置により処理して前駆層を形成したのち、実施例1−1と同様の熱処理を行うことをにより被覆層を形成し、正極活物質を作製した。 In Example 1-3, the same precursor powder as in Example 1-1 was pulverized until the average particle size became 1 μm or less with respect to 100 parts by mass of composite oxide particles similar to Example 1-1. By adding 10 parts by mass in terms of Li 1.08 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 and processing with a mechanofusion apparatus to form a precursor layer, the same heat treatment as in Example 1-1 was performed. A coating layer was formed to produce a positive electrode active material.

実施例1−4では、熱処理温度を750℃としたことを除き、実施例1−1と同様にして正極活物質を作製した。   In Example 1-4, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the heat treatment temperature was 750 ° C.

実施例1−5では、熱処理時の昇温速度を10℃/minとし、800℃における保持時間を2時間としたことを除き、他は実施例1−1と同様にして正極活物質を作製した。   In Example 1-5, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the rate of temperature increase during heat treatment was 10 ° C./min and the holding time at 800 ° C. was 2 hours. did.

実施例1−6では、複合酸化物粒子として、平均組成がLi1.03Co0.98Al0.01Mg0.012 の複合酸化物粉末を用い、実施例1−1と同様の前駆粉末をボールミル装置により平均粒径が1μm以下となるまで粉砕して複合酸化物粒子と混合したことを除き、他は実施例1−1と同様にして正極活物質を作製した。 In Example 1-6, a composite oxide powder having an average composition of Li 1.03 Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 was used as the composite oxide particles, and a precursor powder similar to that in Example 1-1 was averaged using a ball mill device. A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the mixture was pulverized until the diameter became 1 μm or less and mixed with the composite oxide particles.

実施例1−7では、実施例1−1と同様の複合酸化物粒子100質量部と、平均組成がLi1.03Ni0.5 Mn0.5 2 であり平均粒径が3μmのニッケルマンガン酸リチウム粉末10質量部とを、メカノフュージョン装置により処理して前駆層を形成したのち、昇温速度3℃/min、熱処理温度650℃、保持時間3時間の熱処理を行うことにより被覆層を形成し、正極活物質を作製した。 In Example 1-7, 100 parts by mass of composite oxide particles similar to Example 1-1, and 10 mass of lithium nickel manganate powder having an average composition of Li 1.03 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 and an average particle diameter of 3 μm A coating layer is formed by performing a heat treatment at a heating rate of 3 ° C./min, a heat treatment temperature of 650 ° C., and a holding time of 3 hours. Was made.

実施例1−8では、実施例1−1と同様の複合酸化物粒子100質量部と、平均組成がLi1.03Ni0.33Co0.33Mn0.332 であり平均粒径が3μmのニッケルコバルトマンガン酸リチウム粉末10質量部とを、メカノフュージョン装置により処理して前駆層を形成したのち、昇温速度3℃/min、熱処理温度650℃、保持時間3時間の熱処理を行うことにより被覆層を形成し、正極活物質を作製した。 In Example 1-8, 100 parts by mass of the same composite oxide particles as in Example 1-1, and lithium nickel cobalt manganate having an average composition of Li 1.03 Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 and an average particle diameter of 3 μm After forming 10 parts by mass of the powder with a mechanofusion device to form a precursor layer, a coating layer is formed by performing a heat treatment at a heating rate of 3 ° C / min, a heat treatment temperature of 650 ° C, and a holding time of 3 hours A positive electrode active material was prepared.

実施例1−9では、まず、被覆層の原料として、炭酸リチウム粉末と、水酸化ニッケル粉末と、炭酸マンガン粉末とを、Li2 CO3 :Ni(OH)2 :MnCO3 =1.08:1.6:0.4のモル比で混合し、平均粒径が1μm以下となるまで粉砕したものを前駆粉末とした。次いで、実施例1−1と同様の複合酸化物粒子100質量部に対して、この前駆粉末をLi1.08Ni0.8 Mn0.2 2 に換算して10質量部となるように添加し、メカノフュージョン装置により処理して前駆層を形成したのち、実施例1−1と同様の熱処理を行うことをにより被覆層を形成し、正極活物質を作製した。 In Example 1-9, first, as a raw material for the coating layer, lithium carbonate powder, nickel hydroxide powder, and manganese carbonate powder were used. Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = 1.08: The mixture was mixed at a molar ratio of 1.6: 0.4 and pulverized until the average particle size became 1 μm or less to obtain a precursor powder. Next, with respect to 100 parts by mass of the same composite oxide particles as in Example 1-1, this precursor powder is added so as to be 10 parts by mass in terms of Li 1.08 Ni 0.8 Mn 0.2 O 2 , and a mechanofusion apparatus. After forming a precursor layer by processing, a coating layer was formed by performing the same heat treatment as in Example 1-1, and a positive electrode active material was produced.

また、本実施例に対する比較例1−1として、実施例1−1で複合酸化物粒子として用いたコバルト酸リチウム粉末をそのまま正極活物質とした。比較例1−2として、炭酸リチウム(Li2 CO3 )粉末と、水酸化コバルト(Co(OH)2 )粉末と、水酸化ニッケル(Ni(OH)2 )粉末と、炭酸マンガン(MnCO3 )粉末とを、Li2 CO3 :Co(OH)2 :Ni(OH)2 :MnCO3 =0.52:0.91:0.045:0.045のモル比で混合し、ボールミル装置により平均粒径が1μm以下となるまで粉砕したのち、昇温速度3℃/min、加熱温度900℃、保持時間3時間の熱処理を行うことにより正極活物質を作製した。 Moreover, as Comparative Example 1-1 with respect to the present example, the lithium cobalt oxide powder used as the composite oxide particle in Example 1-1 was used as a positive electrode active material as it was. As Comparative Example 1-2, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder, cobalt hydroxide (Co (OH) 2 ) powder, nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) powder, and manganese carbonate (MnCO 3 ) The powder was mixed at a molar ratio of Li 2 CO 3 : Co (OH) 2 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = 0.52: 0.91: 0.045: 0.045 and averaged by a ball mill device. After pulverizing until the particle size became 1 μm or less, a positive electrode active material was produced by performing a heat treatment at a heating rate of 3 ° C./min, a heating temperature of 900 ° C., and a holding time of 3 hours.

比較例1−3として、熱処理温度を1000℃としたことを除き、実施例1−1と同様にして正極活物質を作製した。比較例1−4として、被覆層の原料に、炭酸リチウム(Li2 CO3 )粉末と、水酸化ニッケル(Ni(OH)2 )粉末とを、Li2 CO3 :Ni(OH)2 =0.54:1のモル比で混合した前駆粉末を用い、熱処理温度を700℃としたことを除き、実施例1−1と同様にして正極活物質を作製した。比較例1−5として、被覆層の原料に、炭酸リチウム(Li2 CO3 )粉末と、炭酸マンガン(MnCO3 )粉末とを、Li2 CO3 :MnCO3 =1:4のモル比で混合した前駆粉末を用い、熱処理温度を900℃としたことを除き、実施例1−1と同様にして正極活物質を作製した。 As Comparative Example 1-3, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the heat treatment temperature was 1000 ° C. As Comparative Example 1-4, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder and nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) powder were used as the raw material for the coating layer, and Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 = 0. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that the precursor powder mixed in a molar ratio of .54: 1 was used, and the heat treatment temperature was 700 ° C. As Comparative Example 1-5, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder and manganese carbonate (MnCO 3 ) powder were mixed with the raw material of the coating layer at a molar ratio of Li 2 CO 3 : MnCO 3 = 1: 4. Using the prepared precursor powder, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the heat treatment temperature was 900 ° C.

作製した実施例1−1〜1−9および比較例1−1〜1−5の正極活物質についてX線線源にCu−Kα1を用いた粉末X線回折測定を行った。X線回折装置には理学電気株式会社のRINT2000を用い、管電圧は40kV、電流は200mA、発散スリットは0.5°、散乱スリットは0.5°、受光スリット幅は0.15mmとし、モノクロメータを使用した。測定は、走査速度が2°/min、走査ステップが0.02°で、走査軸が2θ/θの条件で行った。そのうち実施例1−1,実施例1−3および比較例1−2について得られた測定プロファイルを代表して図5,6,7に示す。   The produced positive electrode active materials of Examples 1-1 to 1-9 and Comparative Examples 1-1 to 1-5 were subjected to powder X-ray diffraction measurement using Cu—Kα1 as an X-ray source. RINT2000 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. is used as the X-ray diffraction apparatus, the tube voltage is 40 kV, the current is 200 mA, the divergence slit is 0.5 °, the scattering slit is 0.5 °, and the light receiving slit width is 0.15 mm. A meter was used. The measurement was performed under the conditions of a scanning speed of 2 ° / min, a scanning step of 0.02 °, and a scanning axis of 2θ / θ. Of these, the measurement profiles obtained for Example 1-1, Example 1-3, and Comparative Example 1-2 are shown in FIGS.

その結果、図5,6に示したように、実施例1−1〜1−9についてはいずれも、層状岩塩構造を有する複合酸化物粒子の回折ピークと、ニッケルとマンガンとを含むリチウム酸化物に相当すると見られる被覆層の回折ピークとが観察された。37°付近に見られる複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークと、それよりも低角度側に位置する被覆層の回折ピークとの回折角度2θの差は、実施例1−1が0.44°、実施例1−2が0.40°、実施例1−3が0.24°、実施例1−4が0.52°、実施例1−5が0.44°、実施例1−6が0.35°、実施例1−7が0.80°、実施例1−8が0.58°、実施例1−9が0.37°であった。それらの結果を表1に示す。なお、各回折ピークの回折角度は、実施の形態において説明したように、得られた測定プロファイルのピークトップの位置で読み取った。   As a result, as shown in FIGS. 5 and 6, in each of Examples 1-1 to 1-9, the diffraction peak of the composite oxide particles having a layered rock salt structure, and the lithium oxide containing nickel and manganese And a diffraction peak of the coating layer that is considered to correspond to. The difference in the diffraction angle 2θ between the diffraction peak attributed to the [101] plane of the complex oxide particles seen in the vicinity of 37 ° and the diffraction peak of the coating layer located on the lower angle side than that is the example 1-1. Is 0.44 °, Example 1-2 is 0.40 °, Example 1-3 is 0.24 °, Example 1-4 is 0.52 °, and Example 1-5 is 0.44 °. Example 1-6 was 0.35 °, Example 1-7 was 0.80 °, Example 1-8 was 0.58 °, and Example 1-9 was 0.37 °. The results are shown in Table 1. The diffraction angle of each diffraction peak was read at the peak top position of the obtained measurement profile as described in the embodiment.

これに対して、比較例1−1および比較例1−2では、図7に示したように、層状岩塩構造を有する複合酸化物の回折ピークが観察され、37°付近に見られる[101]面に帰属する回折ピークは1つであった。また、比較例1−3〜1−5では、実施例1−1〜1−9と同様に、複合酸化物粒子の回折ピークと被覆層の回折ピークとが観察され、複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークと、それよりも低角度側に位置する被覆層の回折ピークとの回折角度2θの差は、比較例1−3および比較例1−4が0.1°以下、比較例1−5が1.10°であった。それらの結果も表1に合わせて示す。   On the other hand, in Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2, as shown in FIG. 7, the diffraction peak of the complex oxide having a layered rock salt structure is observed, which is observed around 37 ° [101]. There was one diffraction peak attributed to the surface. In Comparative Examples 1-3 to 1-5, similarly to Examples 1-1 to 1-9, the diffraction peak of the composite oxide particles and the diffraction peak of the coating layer were observed, and [ 101] The difference in the diffraction angle 2θ between the diffraction peak attributed to the plane and the diffraction peak of the coating layer located on the lower angle side is 0.1 ° or less in Comparative Example 1-3 and Comparative Example 1-4. Comparative Example 1-5 was 1.10 °. The results are also shown in Table 1.

更に、作製した実施例1−1〜1−9の正極活物質を、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)とエネルギー分散型蛍光X線分析装置(Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer ;EDX)とを併用して観察したところ、複合酸化物粒子の表面に、粒径0.1μmから5μm程度のニッケルとマンガンとを含有する酸化物粒子が被着しており、ニッケルとマンガンとは複合酸化物粒子の表面にほぼ均一に存在している様子が見られた。また、正極活物質の平均粒径はいずれも2μm〜50μmの間であった。   Further, the produced positive electrode active materials of Examples 1-1 to 1-9 were scanned with a scanning electron microscope (SEM) and an energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (EDX). As a result, oxide particles containing nickel and manganese having a particle size of about 0.1 μm to 5 μm are deposited on the surface of the composite oxide particles, and nickel and manganese are composite oxides. It was observed that the particles were present almost uniformly on the surface of the particles. Moreover, all of the average particle diameters of the positive electrode active material were between 2 μm and 50 μm.

次いで、作製したこれらの正極活物質を用いて図1,2に示したような二次電池を作製した。まず、作製した正極活物質粉末86質量%と、導電剤であるグラファイト10質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン4質量%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとしたのち、厚み20μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体21Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層21Bを形成することにより正極21を作製した。そののち、正極集電体21Aの一端にアルミニウム製の正極リード25を取り付けた。   Next, a secondary battery as shown in FIGS. 1 and 2 was produced using these produced positive electrode active materials. First, 86% by mass of the prepared positive electrode active material powder, 10% by mass of graphite as a conductive agent, and 4% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was mixed. After being dispersed to form a positive electrode mixture slurry, it is uniformly coated on both surfaces of a positive electrode current collector 21A made of a 20 μm-thick striped aluminum foil, dried, and compression-molded with a roll press to form a positive electrode active material layer 21B Thus, the positive electrode 21 was produced. After that, an aluminum positive electrode lead 25 was attached to one end of the positive electrode current collector 21A.

また、負極活物質である人造黒鉛粉末90質量%と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン10質量%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとしたのち、厚み10μmの帯状銅箔よりなる負極集電体22Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層22Bを形成することにより負極22を作製した。その際、正極活物質と負極活物質との量を調節し、完全充電時における開回路電圧が4.4Vであり、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるように設計した。そののち、負極集電体22Aの一端にニッケル製の負極リード26を取り付けた。   In addition, 90% by mass of artificial graphite powder as a negative electrode active material and 10% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a negative electrode mixture slurry. After that, the negative electrode 22 was produced by uniformly applying and drying both sides of the negative electrode current collector 22A made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 10 μm, and compression forming with a roll press to form the negative electrode active material layer 22B. . At that time, the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material are adjusted so that the open circuit voltage at the time of full charge is 4.4 V, and the capacity of the negative electrode 22 is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium Designed. After that, a nickel negative electrode lead 26 was attached to one end of the negative electrode current collector 22A.

次いで、作製した正極21と負極22とを、多孔性ポリオレフィンフィルムよりなるセパレータ23を介して多数回巻回し、巻回電極体20を作製した。続いて、巻回電極体20を一対の絶縁板12,13で挟み、負極リード26を電池缶11に溶接すると共に、正極リード25を安全弁機構15に溶接して、巻回電極体20をニッケルめっきした鉄製の電池缶11の内部に収納した。そののち、電池缶11の内部に電解液を注入し、ガスケット17を介して電池缶11をかしめることにより、安全弁機構15、熱感抵抗素子16および電池蓋14を固定し、外径18mm、高さ65mmの円筒型二次電池を得た。なお、電解液には、炭酸エチレンと炭酸ジメチルとを等体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を1.0mol/lとなるように溶解させたものを用いた。 Next, the produced positive electrode 21 and negative electrode 22 were wound many times through a separator 23 made of a porous polyolefin film, to produce a wound electrode body 20. Subsequently, the wound electrode body 20 is sandwiched between the pair of insulating plates 12 and 13, the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11, and the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15. It was stored inside a plated iron battery can 11. After that, by injecting an electrolyte into the battery can 11 and caulking the battery can 11 through the gasket 17, the safety valve mechanism 15, the heat sensitive resistance element 16 and the battery lid 14 are fixed, and the outer diameter is 18 mm. A cylindrical secondary battery having a height of 65 mm was obtained. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte salt to 1.0 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at an equal volume ratio was used.

作製した実施例1−1〜1−9および比較例1−1〜1−5の二次電池について、45℃で充放電を行い、初回容量およびサイクル特性を調べた。充電は、1000mAの定電流で電池電圧が4.4Vに達するまで定電流充電を行ったのち、定電圧で充電時間の合計が2.5時間となるまで定電圧充電を行い、完全充電状態とした。放電は、800mAの定電流で電池電圧が3.0Vに達するまで定電流放電を行い、完全放電状態とした。初回容量は1サイクル目の放電容量であり、サイクル特性は、初回容量に対する200サイクル目の放電容量の容量維持率を(200サイクル目の放電容量/初回容量)×100により求めた。得られた結果を表1に示す。   The fabricated secondary batteries of Examples 1-1 to 1-9 and Comparative examples 1-1 to 1-5 were charged and discharged at 45 ° C., and the initial capacity and cycle characteristics were examined. Charging is performed at a constant current of 1000 mA until the battery voltage reaches 4.4 V, and then charged at a constant voltage until the total charging time reaches 2.5 hours. did. The discharge was performed at a constant current of 800 mA until the battery voltage reached 3.0 V, and the battery was completely discharged. The initial capacity was the discharge capacity at the first cycle, and the cycle characteristics were obtained by calculating the capacity retention ratio of the discharge capacity at the 200th cycle relative to the initial capacity by (discharge capacity at the 200th cycle / initial capacity) × 100. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 0004992200
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表1に示したように、複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークよりも0.2°以上1.0°以下の範囲内において低角度側に被覆層の回折ピークを有する実施例1−1〜1−9によれば、被覆層を設けていない比較例1−1,1−2と初回容量はほぼ同等で、容量維持率を大幅に向上させることができた。これに対して、被覆層の回折ピークが複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークよりも0.2°未満の範囲内において低角度側に位置する比較例1−3,1−4、および1.0°を超える範囲内において低角度側に位置する比較例1−5では、比較例1−1,1−2に比べて容量維持率を向上させることはできたものの、その程度は僅かであった。また、比較例1−4,1−5では、初回容量が低下も見られた。   As shown in Table 1, the embodiment has a diffraction peak of the coating layer on the low angle side within the range of 0.2 ° to 1.0 ° from the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle. According to Examples 1-1 to 1-9, the initial capacities were almost the same as those of Comparative Examples 1-1 and 1-2 in which no coating layer was provided, and the capacity retention rate could be greatly improved. On the other hand, Comparative Examples 1-3 and 1 where the diffraction peak of the coating layer is located on the low angle side within a range of less than 0.2 ° from the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle. In Comparative Example 1-5, which is located on the low angle side within the range exceeding 4 and 1.0 °, the capacity retention rate was improved as compared with Comparative Examples 1-1 and 1-2, but The degree was slight. In Comparative Examples 1-4 and 1-5, the initial capacity was also reduced.

すなわち、被覆層の回折ピークを複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークよりも0.2°以上1.0°以下の範囲内において低角度側に有するようにすれば、容量を高くすることができると共に、高温特性およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。   That is, if the diffraction peak of the coating layer is on the low angle side within the range of 0.2 ° or more and 1.0 ° or less than the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle, the capacity is increased. It has been found that high temperature characteristics and cycle characteristics can be improved as well as higher.

(実施例2−1〜2−4)
複合酸化物粒子に対する被覆層の被覆量を表2に示したように変化させたことを除き、実施例1−2と同様にして正極活物質および二次電池を作製した。作製した実施例2−1〜2−4の正極活物質についても、実施例1−2と同様にして、X線線源にCu−Kα1を用いた粉末X線回折測定を行った。その結果、実施例1−2と同様に、複合酸化物粒子の回折ピークと、被覆層の回折ピークとが観察され、複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークと、それよりも低角度側に位置する被覆層の回折ピークとの回折角度2θの差は、実施例2−1が0.28°、実施例2−2が0.36°、実施例2−3が0.42°、実施例2−4が0.45°といずれも0.2°以上1.0°以下の範囲内であった。また、作製した実施例2−1〜2−4の二次電池についても、実施例1−2と同様にして初回容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を表2に示す。
(Examples 2-1 to 2-4)
A positive electrode active material and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1-2, except that the coating amount of the coating layer on the composite oxide particles was changed as shown in Table 2. For the prepared positive electrode active materials of Examples 2-1 to 2-4, powder X-ray diffraction measurement using Cu-Kα1 as the X-ray source was performed in the same manner as in Example 1-2. As a result, as in Example 1-2, the diffraction peak of the composite oxide particle and the diffraction peak of the coating layer were observed, and the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle was higher than that. The difference in diffraction angle 2θ from the diffraction peak of the coating layer located on the low angle side is 0.28 ° in Example 2-1, 0.36 ° in Example 2-2, and 0. 2 in Example 2-3. 42 ° and Example 2-4 were 0.45 °, both being in the range of 0.2 ° to 1.0 °. In addition, for the fabricated secondary batteries of Examples 2-1 to 2-4, the initial capacity and cycle characteristics were examined in the same manner as in Example 1-2. The results are shown in Table 2.

Figure 0004992200
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表2に示したように、実施例2−1〜2−4によれば、いずれも実施例1−2と同様に容量維持率を大幅に向上させることができた。また、被覆層の量を増加させるに従い、容量維持率は向上するものの、初回容量は低下する傾向が見られた。すなわち、被覆層の量は、複合酸化物粒子の2質量%以上30質量%以下の範囲内とすることが好ましく、5質量%以上20質量%以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。   As shown in Table 2, according to Examples 2-1 to 2-4, it was possible to significantly improve the capacity retention rate as in Example 1-2. Further, as the amount of the coating layer was increased, the capacity retention rate was improved, but the initial capacity tended to decrease. That is, the amount of the coating layer is preferably in the range of 2% by mass to 30% by mass of the composite oxide particles, and more preferably in the range of 5% by mass to 20% by mass. .

(実施例3−1〜3−3)
実施例1−1と同一の正極活物質を用い、完全充電時における開回路電圧が4.2V,4.3Vあるいは4.5Vとなるように正極活物質と負極活物質との量を調節したことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。また、本実施例に対する比較例3−1〜3−3として、比較例1−1と同一の正極活物質、すなわち実施例1−1で複合酸化物粒子に用いたコバルト酸リチウムを正極活物質として用い、完全充電時における開回路電圧が4.2V,4.3Vあるいは4.5Vとなるように正極活物質と負極活物質との量を調節したことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。
(Examples 3-1 to 3-3)
Using the same positive electrode active material as in Example 1-1, the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material were adjusted so that the open circuit voltage at the time of full charge was 4.2 V, 4.3 V, or 4.5 V. Except for this, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1. Further, as Comparative Examples 3-1 to 3-3 for this example, the same positive electrode active material as that of Comparative Example 1-1, that is, lithium cobaltate used for the composite oxide particles in Example 1-1 was used as the positive electrode active material. Example 1-1 except that the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material were adjusted so that the open circuit voltage during full charge was 4.2 V, 4.3 V, or 4.5 V. A secondary battery was fabricated in the same manner as described above.

作製した実施例3−1〜3−3および比較例3−1〜3−3の二次電池についても、実施例1−1と同様にして充放電を行い、初回容量およびサイクル特性を調べた。その際、充電電圧は4.2V,4.3Vまたは4.5Vとそれぞれ変化させた。それらの結果を表3に示す。   For the fabricated secondary batteries of Examples 3-1 to 3-3 and Comparative Examples 3-1 to 3-3, charging and discharging were performed in the same manner as in Example 1-1, and the initial capacity and cycle characteristics were examined. . At that time, the charging voltage was changed to 4.2V, 4.3V, or 4.5V, respectively. The results are shown in Table 3.

Figure 0004992200
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表3に示したように、被覆層を設けていない比較例1−1,3−1〜3−3によれば、充電電圧を高くするに従い初回容量は向上するものの、容量維持率は大幅に低下した。これに対して、上述した被覆層を設けた実施例1−1,3−1〜3−3によれば、容量維持率の低下は小さく、比較例1−1,3−1〜3−3に比べて大幅に向上させることができた。また、充電電圧を高くするほどその効果は大きかった。すなわち、電池電圧を4.2Vよりも高くした場合により高い効果を得られることが分かった。   As shown in Table 3, according to Comparative Examples 1-1 and 3-1 to 3-3 in which no coating layer is provided, the initial capacity is improved as the charging voltage is increased, but the capacity retention rate is greatly increased. Declined. On the other hand, according to Examples 1-1, 3-1 to 3-3 provided with the above-described coating layers, the decrease in the capacity retention rate is small, and Comparative Examples 1-1, 3-1 to 3-3. It was possible to improve significantly compared to. In addition, the effect was greater as the charging voltage was increased. That is, it was found that a higher effect can be obtained when the battery voltage is higher than 4.2V.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態または実施例では、液状の電解質である電解液、または電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子電解質、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質、溶融塩電解質、またはこれらを混合したものが挙げられる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment or example, the case of using an electrolytic solution that is a liquid electrolyte or a gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer compound has been described, but other electrolytes may be used. Also good. Other electrolytes include, for example, a polymer electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, an inorganic solid electrolyte made of ion conductive ceramics, ion conductive glass, or ionic crystals, or a molten salt electrolyte. Or a mixture thereof.

また、上記実施の形態および実施例では、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池について説明したが、本発明は、負極活物質にリチウム金属を用い、負極の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属二次電池、または、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるようにした二次電池についても同様に適用することができる。   In the above embodiments and examples, a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium has been described. However, the present invention relates to lithium metal as the negative electrode active material. The capacity of the negative electrode used is a so-called lithium metal secondary battery whose capacity is represented by the deposition and dissolution of lithium, or the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium is more charged than the positive electrode. The same applies to a secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is expressed by the sum thereof, by reducing the capacity. be able to.

更に、上記実施の形態および実施例では、巻回構造を有する二次電池について説明したが、本発明は、正極および負極を折り畳んだりあるいは積み重ねた他の構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。加えて、いわゆるコイン型,ボタン型あるいは角型などの他の形状を有する二次電池についても適用することができる。 Further, in the above embodiments and examples, the secondary battery having a winding structure has been described, but the present invention is similarly applied to a secondary battery having another structure in which the positive electrode and the negative electrode are folded or stacked. can do. In addition, so-called coin type, Ru can be applied for a secondary battery having other shape such as a button type or square type.

本発明の一実施の形態に係る正極活物質を用いた第1の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 1st secondary battery using the positive electrode active material which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した二次電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body in the secondary battery shown in FIG. 本発明の一実施の形態に係る正極活物質を用いた第2の二次電池の構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the structure of the 2nd secondary battery using the positive electrode active material which concerns on one embodiment of this invention. 図3で示した巻回電極体のI−I線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II line | wire of the winding electrode body shown in FIG. 実施例1−1に係る正極活物質の粉末X線回折測定プロファイルである。It is a powder X-ray-diffraction measurement profile of the positive electrode active material which concerns on Example 1-1. 実施例1−3に係る正極活物質の粉末X線回折測定プロファイルである。It is a powder X-ray-diffraction measurement profile of the positive electrode active material which concerns on Example 1-3. 比較例1−2に係る正極活物質の粉末X線回折測定プロファイルである。It is a powder X-ray-diffraction measurement profile of the positive electrode active material which concerns on Comparative Example 1-2.

符号の説明Explanation of symbols

11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構,15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質層、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21, 33 ... Positive electrode, 21A, 33A ... Positive electrode current collector, 21B, 33B ... Positive electrode active material layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22A, 34A ... Negative electrode current collector, 22B, 34B ... Negative electrode active material layer, 23, 35 ... Separator , 24 ... Center pin, 25, 31 ... Positive electrode lead, 26, 32 ... Negative electrode lead, 36 ... Electrolyte layer, 37 ... Protective tape, 40 ... Exterior member, 41 ... Adhesion film.

Claims (9)

平均組成がLi(1+x) Co(1-y) y (2-z) (但し、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),ニオブ(Nb),カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種であり、x,yおよびzは、それぞれ−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20の範囲内の値である。)で表される複合酸化物粒子と、
この複合酸化物粒子の少なくとも一部に設けられ、リチウム(Li)と、ニッケルと、マンガンとを含む酸化物よりなる被覆層とを有し、
前記リチウムとニッケルとマンガンとを含む酸化物は、
リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなるもの、
または、リチウムと、ニッケルと、マンガンと、マグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,コバルト(Co),銅,亜鉛,モリブデン,スズ,タングステン,ジルコニウム,イットリウム,ニオブ,カルシウムおよびストロンチウムからなる群のうちの少なくとも1種の元素とを含み、かつ前記被覆層における前記群のうちの少なくとも1種の元素の含有量が、前記被覆層におけるニッケルとマンガンと前記群のうちの少なくとも1種の元素の合計に対して、40mol%以下のものであり、
CuKα粉末X線回折により得られる回折ピークにおいて、前記複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークの回折角度2θよりも、0.2°以上1.0°以下の範囲内において低角度側に、前記被覆層の回折ピークを有する
リチウムイオン二次電池用正極活物質。
Average composition Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z) ( where, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium ( V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W), zirconium ( Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca), and strontium (Sr), and x, y, and z are each −0.10 ≦ x ≦ 0. .10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20)).
Provided in at least a part of the composite oxide particles, and having a coating layer made of an oxide containing lithium (Li), nickel, and manganese,
The oxide containing lithium, nickel and manganese is
Lithium, nickel, manganese and oxygen
Or from lithium, nickel, manganese, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt (Co), copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium and strontium At least one element of the group, and the content of at least one element of the group in the coating layer is at least one of nickel and manganese in the coating layer and the group 40 mol% or less of the total of the elements,
The diffraction peak obtained by CuKα powder X-ray diffraction has a low angle within the range of 0.2 ° or more and 1.0 ° or less than the diffraction angle 2θ of the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle. On the side, it has a diffraction peak of the coating layer
Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries .
前記被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比ニッケル:マンガンは、モル比で、90:10から30:70の範囲内である請求項1記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 2. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the composition ratio of nickel and manganese in the coating layer is in a molar ratio of 90:10 to 30:70. 前記被覆層の量は、前記複合酸化物粒子の2質量%以上30質量%以下の範囲内である請求項1記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The amount of the said coating layer is a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of Claim 1 which exists in the range of 2 mass% or more and 30 mass% or less of the said complex oxide particle. 平均粒子径が2.0μm以上50μm以下の範囲内である請求項1記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the average particle diameter is in the range of 2.0 μm or more and 50 μm or less. 正極および負極と共に、電解質を備え、
前記正極は、複合酸化物粒子の少なくとも一部に被覆層が設けられた正極活物質を含有し、
前記複合酸化物粒子は、平均組成がLi(1+x) Co(1-y) y (2-z) (但し、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),ニオブ(Nb),カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)からなる群のうちの少なくとも1種であり、x,yおよびzは、それぞれ−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20の範囲内の値である。)で表され、
前記被覆層は、リチウム(Li)と、ニッケルと、マンガンとを含む酸化物よりなり、
前記リチウムとニッケルとマンガンとを含む酸化物は、
リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなるもの、
または、リチウムと、ニッケルと、マンガンと、マグネシウム,アルミニウム,ホウ素,チタン,バナジウム,クロム,鉄,コバルト(Co),銅,亜鉛,モリブデン,スズ,タングステン,ジルコニウム,イットリウム,ニオブ,カルシウムおよびストロンチウムからなる群のうちの少なくとも1種の元素とを含み、かつ前記被覆層における前記群のうちの少なくとも1種の元素の含有量が、前記被覆層におけるニッケルとマンガンと前記群のうちの少なくとも1種の元素の合計に対して、40mol%以下のものであり、
前記正極活物質は、CuKα粉末X線回折により得られる回折ピークにおいて、前記複合酸化物粒子の[101]面に帰属する回折ピークの回折角度2θよりも、0.2°以上1.0°以下の範囲内において低角度側に、前記被覆層の回折ピークを有する
リチウムイオン二次電池。
A cathode and an anode, e Bei electrolyte,
The positive electrode contains a positive electrode active material in which a coating layer is provided on at least a part of the composite oxide particles,
The composite oxide particles have an average composition of Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z) ( where, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), Titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), It is at least one member selected from the group consisting of tungsten (W), zirconium (Zr), yttrium (Y), niobium (Nb), calcium (Ca), and strontium (Sr), and x, y, and z are each − 0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, and −0.10 ≦ z ≦ 0.20.)
The coating layer is made of an oxide containing lithium (Li), nickel, and manganese,
The oxide containing lithium, nickel and manganese is
Lithium, nickel, manganese and oxygen
Or from lithium, nickel, manganese, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt (Co), copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium, calcium and strontium At least one element of the group, and the content of at least one element of the group in the coating layer is at least one of nickel and manganese in the coating layer and the group 40 mol% or less of the total of the elements,
The positive electrode active material has a diffraction peak obtained by CuKα powder X-ray diffraction of 0.2 ° or more and 1.0 ° or less than the diffraction angle 2θ of the diffraction peak attributed to the [101] plane of the composite oxide particle. The diffraction peak of the coating layer is present on the low angle side within the range of
Lithium ion secondary battery.
一対の正極および負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が4.25V以上4.80V以下の範囲内である請求項記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 5 , wherein an open circuit voltage in a fully charged state per pair of positive electrode and negative electrode is in a range of 4.25 V or more and 4.80 V or less. 前記被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比ニッケル:マンガンは、モル比で、90:10から30:70の範囲内である請求項記載のリチウムイオン二次電池。 6. The lithium ion secondary battery according to claim 5 , wherein a composition ratio of nickel and manganese in the coating layer is in a range of 90:10 to 30:70 in terms of a molar ratio of nickel: manganese. 前記被覆層の量は、前記複合酸化物粒子の2質量%以上30質量%以下の範囲内である請求項記載のリチウムイオン二次電池。 Wherein the amount of the coating layer, the composite is an oxide in the range of 30 wt% or more 2% by weight of the particles, the lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein. 前記正極活物質の平均粒子径は、2.0μm以上50μm以下の範囲内である請求項記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 5 , wherein an average particle diameter of the positive electrode active material is in a range of 2.0 μm to 50 μm.
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