JP5036174B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解液二次電池に関し、特に正極活物質としてリチウムマンガン複合酸化物を含む非水電解液二次電池に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium manganese composite oxide as a positive electrode active material.

携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ等の携帯用の電子機器をはじめとして電池を電源とする機器は、小型軽量化と共に機能の高度化が進んでいる。その結果、これらの機器に使用する電源用電池には、小型、軽量で容積あたりの電池容量が大きな電池が求められている。
リチウムイオンをドープ、脱ドープする正極活物質および負極活物質を用いたリチウムイオン電池は、従来から用いられているニッケル水素電池等に比べて、容積あるいは質量当たりのエネルギー密度が大きな二次電池として各種の機器用の電源として利用されている。
Devices that use batteries as a power source, such as portable electronic devices such as mobile phones, laptop computers, and digital cameras, have become smaller and lighter and have advanced functions. As a result, batteries for power supplies used in these devices are required to be small, light and have a large battery capacity per volume.
Lithium ion batteries using positive electrode active materials and negative electrode active materials doped and dedoped with lithium ions are secondary batteries that have a larger energy density per volume or mass than conventional nickel metal hydride batteries. It is used as a power source for various devices.

正極活物質として、マンガン酸リチウム(LiMn24)で代表されるリチウムマンガン複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物に比べて過充電時の安全性が大きいという特徴を有している。
一方、マンガン酸リチウムは、充放電を繰り返すと、結晶構造が著しく破壊される結果、容量の減少が生じるという問題点があった。
As a positive electrode active material, a lithium manganese composite oxide typified by lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) has a feature that safety during overcharge is larger than that of a lithium cobalt composite oxide.
On the other hand, when lithium manganate is repeatedly charged and discharged, the crystal structure is remarkably broken, resulting in a decrease in capacity.

そこで、マンガン酸リチウムのリチウムサイトあるいはマンガンサイトのリチウム原子あるいはマンガン原子の一部を他の元素と置換して結晶の安定性を高めたリチウムマンガン複合酸化物を正極活物質とした非水電解液二次電池が提案されている(例えば、特許文献1)。ここでは、LiMn24のMnをCoに置換した物質として、LiMn24とLiCoO2の固溶体、あるいはLiMn24のMnを、V、Cr、Fe、CoあるいはNi又はCoで置換した複合酸化物を用いることが提案されている。 Therefore, a non-aqueous electrolyte using a lithium manganese composite oxide in which the lithium site of lithium manganate or the lithium atom of the manganese site or part of the manganese atom is replaced with another element to improve the stability of the crystal as the positive electrode active material Secondary batteries have been proposed (for example, Patent Document 1). Here, as a substance in which Mn of LiMn 2 O 4 is replaced with Co, LiMn 2 O 4 and LiCoO 2 solid solution, or Mn of LiMn 2 O 4 is replaced with V, Cr, Fe, Co, Ni, or Co. It has been proposed to use complex oxides.

しかしながら、これらの複合酸化物を用いた場合にも、高温下で充放電を行った場合あるいは高温下で保存した場合にはサイクル寿命が不十分なものとなったり、保存特性が優れた電池を得ることができなかった。   However, even when these composite oxides are used, when charging / discharging at a high temperature or when stored at a high temperature, the cycle life becomes insufficient, or a battery having excellent storage characteristics is obtained. Couldn't get.

また、ニッケル酸リチウムのニッケルの一部をコバルトとアルミニウムで置換したニッケル酸リチウムとスピネル型マンガン酸リチウムとの混合正極を使用することで、高容量かつサイクル特性の優れたリチウムイオン二次電池を提供する技術が提案されている(例えば、特許文献2)。しかしながら、高温保存下での
特性の改善は不十分であった。
In addition, by using a mixed cathode of lithium nickelate and spinel type lithium manganate, in which part of the nickel nickelate is replaced with cobalt and aluminum, a lithium-ion secondary battery with high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained. The technique to provide is proposed (for example, patent document 2). However, the improvement of characteristics under high temperature storage was insufficient.

また、マンガン酸リチウムのマンガンの一部が、リチウムとアルミニウムとで置換されるアルミニウム置換マンガン酸リチウムと、ニッケル酸リチウムのニッケルの一部がコバルトで置換されたコバルト置換ニッケル酸リチウム、またはコバルトとアルミニウムで置換されたコバルト・アルミニウム置換ニッケル酸リチウムとを含む非水電解液二次電池が提案されている(例えば、特許文献3)。
しかしながら、アルミニウム置換した複合酸化物は、放電深度が深い場合のサイクル特性の改善に効果があるが、低温から高温まで広い範囲で長期間の特性の維持が要求される電気自動車や据置き型電源用の大容量電池に要求される特性を充分に満足させるには至っていない。
特公平7−34368号公報 特開平11 − 54120号公報 特開2004−6094号公報
Further, a part of the manganese of the lithium manganate is an aluminum-substituted lithium manganate in which lithium and aluminum are substituted, and a cobalt-substituted lithium nickelate in which a part of the nickel in the nickel nickelate is substituted with cobalt, or cobalt A non-aqueous electrolyte secondary battery including cobalt-aluminum-substituted lithium nickelate substituted with aluminum has been proposed (for example, Patent Document 3).
However, complex oxides substituted with aluminum are effective in improving cycle characteristics when the depth of discharge is deep, but electric vehicles and stationary power sources that require long-term characteristics to be maintained over a wide range from low to high temperatures. However, it has not yet fully satisfied the characteristics required for large capacity batteries.
Japanese Patent Publication No. 7-34368 JP-A-11-54120 JP 2004-6094 A

本発明は、リチウムマンガン複合酸化物を正極活物質とした非水電解液二次電池において、高温下での保存特性を改善することを課題とするものであって、特性の優れた非水電解液電池を提供することを課題とするものである。 An object of the present invention is to improve storage characteristics at high temperatures in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium manganese composite oxide as a positive electrode active material. It is an object to provide a liquid battery.

本発明の課題は、非水電解液二次電池において、正極活物質として、マンガンの一部をコバルトで置換したリチウムマンガン複合酸化物として、Li 1+x Co y Mn 2-x-y 4 (式中、xは、0.05<x<0.07、yは0.01<y<0.04)を含み、ニッケルの一部を、コバルト、またはコバルトとアルミニウムで置換したリチウムニッケル複合酸化物として、LiNi 1-x Co x 2 (式中、xは0.1<x<0.3)またはLiNi 1-x Co x Al y 2 (式中、xは0.1<x<0.3、0.02<y<0.1)とを含み、前記マンガンの一部をコバルトで置換したリチウムマンガン複合酸化物と、前記ニッケルの一部を、コバルトあるいはコバルトとアルミニウムに置換したリチウム・ニッケル複合酸化物の両者の重量比が97:3〜55:45である非水電解液二次電池によって解決することができる。
また、リチウムをドープ、脱ドープする炭素質材料を負極とした前記の非水電解液二次電池である。
Object of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery, as a positive electrode active material, and a lithium-manganese composite oxide obtained by replacing a part of manganese with cobalt, Li 1 + x Co y Mn 2-xy O 4 (Wherein x is 0.05 <x <0.07, y is 0.01 <y <0.04), and a nickel nickel composite in which a part of nickel is substituted with cobalt or cobalt and aluminum as the oxide, LiNi 1-x Co x O 2 ( wherein, x is 0.1 <x <0.3) or LiNi 1-x Co x Al y O 2 ( wherein, x is 0.1 <x <0.3, 0.02 <y <0.1), a lithium manganese composite oxide in which a part of the manganese is replaced with cobalt, and a part of the nickel is replaced with cobalt or cobalt and aluminum The weight ratio of the lithium-nickel composite oxide was 97 3 to 55: it can be solved by a non-aqueous electrolyte secondary battery which is 45.
In addition, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, wherein the negative electrode is a carbonaceous material that is doped or dedoped with lithium.

本発明の密閉型電池は、正極活物質として、マンガンの一部をコバルトで置換したリチウムマンガン複合酸化物と、ニッケルの一部を、コバルト、またはコバルトとアルミニウムで置換したリチウムニッケル複合酸化物とを正極活物質に用いたので、非水電解液二次電池の高温保存特性を改善することができる。 The sealed battery of the present invention includes, as a positive electrode active material, a lithium manganese composite oxide in which a part of manganese is replaced with cobalt, and a lithium nickel composite oxide in which a part of nickel is replaced with cobalt or cobalt and aluminum. Is used as the positive electrode active material, so that the high-temperature storage characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be improved.

本発明の非水電解液二次電池の正極は、正極活物質として、マンガンの一部をコバルトで置換したリチウムマンガン複合酸化物と、ニッケルの一部を、コバルト、またはコバルトとアルミニウムで置換したリチウムニッケル複合酸化物とを用いたものであって、とくにマンガン酸リチウムに代えてマンガンの一部を、リチウム及びコバルトで置換したリチウムマンガンコバルト複合酸化物であるLi1+xCoyMn2-x-y4(式中、xは0.05<x<0.07、yは0.01<y<0.04)と、リチウムニッケル複合酸化物あるいはリチウムニッケル複合酸化物のニッケルの一部をアルミニウムで置換したコバルトアルミニウム置換ニッケル、すなわち、コバルトで置換したリチウムニッケル複合酸化物が、LiNi1-xCox2(式中、xは、0.1<x<0.3)、コバルトとアルミニウムで置換したリチウム・ニッケル複合酸化物がLiNi1-xCoxAly2(式中、xは0.1<x<0.3、yは0.02<y<0.1)を用いたことによって高温サイクル、高温保存後の充放電特性の点において優れた効果を得ることができることを見出したものである。 The positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has, as a positive electrode active material, a lithium manganese composite oxide in which a part of manganese is substituted with cobalt, and a part of nickel is substituted with cobalt or cobalt and aluminum. Li 1 + x Co y Mn 2− which is a lithium manganese cobalt composite oxide in which a part of manganese is replaced with lithium and cobalt, in particular, instead of lithium manganate. xy O 4 (wherein x is 0.05 <x <0.07, y is 0.01 <y <0.04), and a part of nickel of the lithium nickel composite oxide or lithium nickel composite oxide Cobalt aluminum substituted nickel substituted with aluminum, that is, lithium nickel composite oxide substituted with cobalt is LiNi 1-x Co x O 2 (wherein , X is, 0.1 <x <0.3), cobalt and lithium-nickel composite oxide obtained by substituting aluminum LiNi in 1-x Co x Al y O 2 ( wherein, x is 0.1 <x < It has been found that by using 0.02 <y <0.1 for 0.3 and y, an excellent effect can be obtained in terms of charge / discharge characteristics after high-temperature cycle and high-temperature storage.

本発明の正極活物質として使用する、マンガン酸リチウムのマンガンの一部をリチウムおよびコバルトで置換したリチウムマンガンコバルト複合酸化物は、好ましくはLi1+xCoyMn2-x-y4(式中、xは0.05<x<0.07、yは0.01<y<0.04)で表され、置換したリチウムの量を表すxが、0.05よりも小さい場合、あるいは、コバルトの量を表すyが0.01よりも小さい場合には、高温保存特性の改善の効果が小さい。 The lithium manganese cobalt composite oxide in which a part of manganese of lithium manganate used as the positive electrode active material of the present invention is substituted with lithium and cobalt is preferably Li 1 + x Co y Mn 2-xy O 4 (wherein , X is 0.05 <x <0.07, y is 0.01 <y <0.04), and x representing the amount of substituted lithium is smaller than 0.05, or cobalt When y representing the amount of is less than 0.01, the effect of improving the high-temperature storage characteristics is small.

一方、xが0.07よりも大きくなるとリチウムによる置換によってマンガンの平均価数が高くなり、著しい容量低下が生じるので実用的ではない。
また、コバルトの量を表すyが0.04よりも大きい場合には、置換したリチウム量を表すxが0.05<x<0.07の関係を満たした場合であっても、コバルト原子による容量低下は小さいものの、充放電をすると、充放電曲線には、リチウム電極に対して3.3V付近にプラトーと称される平坦部が出現する。このプラトーは酸素欠損によるものであり、充放電サイクル特性や保存特性の著しい劣化を引き起こす要因となる。
またコバルトの量が多くなると異相が出現するので、コバルト量は、0.04よりも小さくすることが好ましい。
On the other hand, when x is larger than 0.07, the average valence of manganese is increased by substitution with lithium, and the capacity is significantly reduced, which is not practical.
Further, when y representing the amount of cobalt is larger than 0.04, even if x representing the amount of substituted lithium satisfies the relationship of 0.05 <x <0.07, it depends on the cobalt atom. Although the capacity drop is small, when charging / discharging, a flat portion called plateau appears around 3.3 V with respect to the lithium electrode in the charging / discharging curve. This plateau is due to oxygen deficiency and causes significant deterioration of charge / discharge cycle characteristics and storage characteristics.
Moreover, since a heterogeneous phase appears when the amount of cobalt increases, the amount of cobalt is preferably smaller than 0.04.

マンガンをリチウムとコバルトで置換したリチウムマンガンコバルト複合酸化物は、リチウム源、マンガン源、コバルト源の各材料を酸素含有雰囲気において焼成することによって製造することができる。具体的には、リチウム源としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、酸化リチウム等を挙げることができる。またマンガン源としては、二酸化マンガン等のマンガン酸化物、炭酸マンガン等を挙げることができる。また、コバルト源としては、四酸化三コバルト等のコバルト酸化物、炭酸塩、酸化物等を用いることができる。   A lithium manganese cobalt composite oxide in which manganese is replaced with lithium and cobalt can be produced by firing each material of a lithium source, a manganese source, and a cobalt source in an oxygen-containing atmosphere. Specifically, examples of the lithium source include lithium carbonate, lithium hydroxide, and lithium oxide. Examples of the manganese source include manganese oxides such as manganese dioxide, manganese carbonate, and the like. As the cobalt source, cobalt oxides such as tricobalt tetroxide, carbonates, oxides, and the like can be used.

これらのなかでも、炭酸リチウム、二酸化マンガン、四酸化三コバルトが好ましく、これらの反応性の向上させるために微細な粒子を使用することが好ましく、炭酸リチウムは、平均粒径が3μm以下のものを使用することが好ましい。また、四酸化三コバルトは、平均粒径2μm以下のものを使用するのが好ましい。
また二酸化マンガンは、反応の均一性確保、スラリー作製の容易さ、安全性等の観点から5〜20μmの粒径のものが好ましい。
Among these, lithium carbonate, manganese dioxide, and tricobalt tetroxide are preferable, and it is preferable to use fine particles in order to improve their reactivity, and lithium carbonate having an average particle diameter of 3 μm or less. It is preferable to use it. Further, it is preferable to use tricobalt tetroxide having an average particle diameter of 2 μm or less.
Further, manganese dioxide having a particle diameter of 5 to 20 μm is preferable from the viewpoints of ensuring reaction uniformity, ease of slurry production, safety, and the like.

以上のような原料物質を、調製するリチウムマンガンコバルト複合酸化物が所定の組成比となる様に秤量して混合する。このとき、マンガンとコバルトを混合して酸素含有雰囲気で焼成しマンガンコバルト複合酸化物を調製した後に、リチウム原料と混合して含有雰囲気において焼成することが好ましい。
原料物質は、それぞれの原料物質を所定の大きさに粉砕した後に、ボールミル、ジェットミル、ピンミルなどを用いて均一に混合を行った後に700℃〜850℃の温度範囲で、大気中、酸素中等の酸素含有雰囲気において焼成することができる。
The raw materials as described above are weighed and mixed so that the prepared lithium manganese cobalt composite oxide has a predetermined composition ratio. At this time, it is preferable that manganese and cobalt are mixed and fired in an oxygen-containing atmosphere to prepare a manganese-cobalt composite oxide, and then mixed with a lithium raw material and fired in a containing atmosphere.
The raw material is pulverized to a predetermined size and then uniformly mixed using a ball mill, jet mill, pin mill, etc., and then in the temperature range of 700 ° C. to 850 ° C. in the atmosphere, in oxygen, etc. Can be fired in an oxygen-containing atmosphere.

また、リチウムマンガンコバルト複合酸化物と併用するリチウムニッケル複合酸化物が、コバルト置換ニッケル酸リチウムである場合には、組成式LiNi1-xCox2(0.1<x<0.3)で表されるものが好ましい。コバルト置換ニッケル酸リチウムのCo置換量xが0.1よりも少ない場合には、充放電曲線に充電、放電の際に相転移を示すプラトー部と称される平坦部が数多く見られ、充放電サイクル特性が著しく低下してしまう。また、黒鉛や非晶質炭素を負極としたリチウムイオン二次電池の通常の上限電圧である4.2V〜4.3Vでの釘刺し試験や圧壊試験といった機械的破壊試験での安全性の確保が難しくなる。一方、xが0.3よりも大きくなると充放電容量が低下してしまう。 When the lithium nickel composite oxide used in combination with the lithium manganese cobalt composite oxide is cobalt-substituted lithium nickelate, the composition formula LiNi 1-x Co x O 2 (0.1 <x <0.3) The thing represented by these is preferable. When the amount of Co substitution x in the cobalt-substituted lithium nickelate is less than 0.1, the charge / discharge curve has many flat parts called plateaus that show phase transitions during charging and discharging. Cycle characteristics are significantly degraded. In addition, ensuring safety in mechanical destructive tests such as nail penetration tests and crush tests at 4.2 V to 4.3 V, which is the normal upper limit voltage of lithium ion secondary batteries using graphite or amorphous carbon as a negative electrode Becomes difficult. On the other hand, when x is larger than 0.3, the charge / discharge capacity decreases.

コバルト置換ニッケル酸リチウムは、コバルト、ニッケル及びリチウムのそれぞれの、酸化物、塩類、水酸化物等を原料にして酸素含有雰囲気において焼成することによって合成することができる。
具体的には、炭酸リチウム、水酸化リチウム、ニッケル又はコバルトの水酸化物、酸化物、炭酸塩、あるいはニッケルとコバルトとを所定の組成に調製したニッケル−コバルト複合水酸化物、複合炭酸塩、複合水酸化物等を用いることができる。
Cobalt-substituted lithium nickelate can be synthesized by firing in an oxygen-containing atmosphere using oxides, salts, hydroxides, and the like of cobalt, nickel, and lithium as raw materials.
Specifically, lithium carbonate, lithium hydroxide, nickel or cobalt hydroxide, oxide, carbonate, or nickel-cobalt composite hydroxide prepared in a predetermined composition of nickel and cobalt, composite carbonate, A composite hydroxide or the like can be used.

また、リチウムニッケル複合酸化物が、ニッケルの一部をコバルトに加えてアルミニウムでも置換したコバルト・アルミニウム置換ニッケル酸リチウムを使用する場合には、組成式LiNi1-x-yCoxAly2(0.1<x<0.3、0.02<y<0.1)で表されるコバルト・アルミニウム置換ニッケル酸リチウムが好ましい。
このアルミニウムの置換量が多くなると初回の充放電効率の悪化を招くためyは、0.1よりも小さいことが好ましい。一方、置換量が少なすぎると熱的安定性の改善効果がみられなくなるため、アルミニウムは0.02よりも多くすることが必要である。
When the lithium nickel composite oxide uses cobalt-aluminum-substituted lithium nickelate in which a part of nickel is replaced with aluminum in addition to cobalt, the composition formula LiNi 1-xy Co x Al y O 2 (0 0.1 <x <0.3, 0.02 <y <0.1) is preferred, and cobalt-aluminum-substituted lithium nickelate.
When this aluminum substitution amount increases, the initial charge / discharge efficiency is deteriorated, and therefore y is preferably smaller than 0.1. On the other hand, if the substitution amount is too small, the effect of improving the thermal stability cannot be seen, so the aluminum needs to be more than 0.02.

コバルト・アルミニウム置換ニッケル酸リチウムは、コバルト、アルミニウム、ニッケル及びリチウムのそれぞれの、酸化物、塩類、水酸化物等を原料にして酸素含有雰囲気において焼成することによって合成することができる。なかでも、焼成時に、処理が必要な気体を生成することがない、酸化物、炭酸塩、水酸化物を用いることが好ましく、コバルト置換ニッケル酸リチウム等の複合酸化物を原料に用いても良い。   Cobalt / aluminum-substituted lithium nickelate can be synthesized by firing in an oxygen-containing atmosphere using oxides, salts, hydroxides, and the like of cobalt, aluminum, nickel, and lithium as raw materials. Among them, it is preferable to use an oxide, carbonate, or hydroxide that does not generate a gas that needs to be treated during firing, and a composite oxide such as cobalt-substituted lithium nickelate may be used as a raw material. .

本発明ではリチウムマンガン複合酸化物のマンガンの一部をコバルトで置換したリチウムコバルトマンガン複合酸化物と、リチウムニッケル複合酸化物のニッケルの一部をコバルト又はコバルトとアルミニウムで置換した置換リチウムニッケル複合酸化物との配合比を、複合酸化物中の重量比でリチウムコバルトマンガン複合酸化物:置換リチウムニッケル複合酸化物=97:3〜55:45とすることが好ましい。   In the present invention, lithium cobalt manganese composite oxide in which a part of manganese in lithium manganese composite oxide is replaced with cobalt, and substituted lithium nickel composite oxide in which a part of nickel in lithium nickel composite oxide is replaced with cobalt or cobalt and aluminum. It is preferable that the compounding ratio with the product is lithium cobalt manganese composite oxide: substituted lithium nickel composite oxide = 97: 3 to 55:45 by weight ratio in the composite oxide.

このような配合比で混合した正極活物質を用いることによって高温保存後の容量低下などの特性劣化が少なく、信頼性の高いリチウム二次電池が得られる。
複合酸化物中のリチウムコバルトマンガン複合酸化物の配合比が97質量%よりも大きくなると、リチウムコバルトマンガン複合酸化物から電解液中に溶出するマンガンの量が大きくなるとともに、サイクル特性が劣化し、容量保存特性が低下する。
また、同様にリチウムコバルトマンガン複合酸化物の配合比が55質量%よりも少なくなると、安全性が低下し、機械的破壊試験でも発煙してしまう場合がある。
配合比は、70:30ないし60:0とすることがより好ましい。
By using the positive electrode active material mixed at such a blending ratio, there is little deterioration in characteristics such as capacity reduction after high-temperature storage, and a highly reliable lithium secondary battery is obtained.
When the compounding ratio of the lithium cobalt manganese composite oxide in the composite oxide is greater than 97% by mass, the amount of manganese eluted from the lithium cobalt manganese composite oxide into the electrolyte solution increases, and the cycle characteristics deteriorate. Capacity storage characteristics are degraded.
Similarly, when the blending ratio of the lithium cobalt manganese composite oxide is less than 55% by mass, the safety is lowered and smoke may be generated even in the mechanical destructive test.
Mixing ratio, 70: 30 to 60: and more preferably a 4 0.

本発明の非水電解液二次電池は、以下の実施例においては、本発明の複合酸化物の正極活物質としての特性を明確に評価するために、金属リチウムを負極活物質として用いたが、リチウムイオンをドープ及び脱ドープする黒鉛、熱分解炭素等の炭素質材料を用いてリチウムイオン二次電池とすることができる。
以下に本発明の実施例を示し、本発明を説明する。
In the following examples, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention used metallic lithium as the negative electrode active material in order to clearly evaluate the characteristics of the composite oxide of the present invention as the positive electrode active material. A lithium ion secondary battery can be obtained by using a carbonaceous material such as graphite that is doped and dedoped with lithium ions and pyrolytic carbon.
Examples of the present invention will be described below to explain the present invention.

(試料電池の作製)
表1に示す組成の正極活物質とカーボンブラックを導電性付与剤として乾式混合し、ポリフッ化ビニリデンを溶解させたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に均一に分散させスラリーを作製した。
そのスラリーを厚さ20μmのアルミニウム金属箔上に塗布後、溶剤を蒸発さ
せることにより正極シートを作製した。正極中の固形分比率は重量比で正極活物質:導電性付与剤:ポリフッ化ビニリデン=85:10:5とした。
(Production of sample battery)
A positive electrode active material having the composition shown in Table 1 and carbon black were dry-mixed as a conductivity-imparting agent, and uniformly dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in which polyvinylidene fluoride was dissolved to prepare a slurry.
The slurry was applied on an aluminum metal foil having a thickness of 20 μm, and then the solvent was evaporated to prepare a positive electrode sheet. The solid content ratio in the positive electrode was positive electrode active material: conductivity imparting agent: polyvinylidene fluoride = 85: 10: 5 by weight.

得られた正極シートを直径12mmに打ち抜き正極電極とした。負極には直径14mmの金属リチウムを使用し、正極および負極を、膜厚が25μmのポリプロピレン多孔質膜セパレーターを介して積層し、2320型コインセル容器に収納し、1mol/LのLiPF6 を支持塩としたエチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=30:70(体積比)混合溶媒からなる電解液を注液した後に封口して試験電池を作製した。 The obtained positive electrode sheet was punched out to a diameter of 12 mm and used as a positive electrode. Metal lithium with a diameter of 14 mm is used for the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode are laminated via a polypropylene porous membrane separator with a film thickness of 25 μm, and stored in a 2320 type coin cell container, and 1 mol / L LiPF 6 is supported as a salt. A test battery was prepared by injecting an electrolyte solution composed of a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (DEC) = 30: 70 (volume ratio).

(容量保存特性の試験方法)
正極側の電流密度0.1mA/cm2 で4.3Vまで充電した後に同じ電流値で3.0Vまで放電させて放電容量を測定した。
再度、正極側の電流密度0.1mA/cm2 で4.3Vまで充電した電池を作製して、これらを60℃の恒温槽中に2週間保存した。保存後、3.0Vまで一度放電し、同様に0.1mA/cm2 で4.3Vまで再充電した後の3.0Vまでの放電容量を測定した。
(Test method for capacity storage characteristics)
The battery was charged to 4.3 V at a current density of 0.1 mA / cm 2 on the positive electrode side, then discharged to 3.0 V at the same current value, and the discharge capacity was measured.
Again, batteries charged to 4.3 V at a current density of 0.1 mA / cm 2 on the positive electrode side were prepared and stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 2 weeks. After storage, the battery was discharged once to 3.0 V, and similarly, the discharge capacity up to 3.0 V after recharging to 4.3 V at 0.1 mA / cm 2 was measured.

保存後の電池の初回の放電容量に対する保存後の放電容量の割合を、容量維持率すなわち、[保存後の放電容量]/[初回の放電容量]として表1に示す。
マンガンサイトがリチウムあるいはコバルトのいずれかに置換された、複合酸化物を正極活物質とした試料1あるいは2に対して、マンガンを、リチウムとコバルトの両者に置換したリチウムマンガンコバルト複合酸化物を正極活物質とした試料3は、高温保存後の容量維持率が改善されることが示された。
また、試料1の正極活物質中にリチウムニッケル複合酸化物のニッケルの一部をコバルトで置換したLiNi0.8Co0.22であるリチウムニッケルコバルト複合酸化物の20質量%を配合した試料4においては、試料1に比べて保存特性のの改善効果はみられた。
The ratio of the discharge capacity after storage to the initial discharge capacity of the battery after storage is shown in Table 1 as the capacity maintenance rate, that is, [discharge capacity after storage] / [initial discharge capacity].
Sample 1 or 2 using a composite oxide as a positive electrode active material in which manganese sites are replaced with lithium or cobalt, and a lithium manganese cobalt composite oxide in which manganese is replaced with both lithium and cobalt as a positive electrode Sample 3 as an active material was shown to have improved capacity retention after high temperature storage.
Further, in the sample 4 in which 20% by mass of the lithium nickel cobalt composite oxide which is LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 in which a part of nickel of the lithium nickel composite oxide is substituted with cobalt is mixed in the positive electrode active material of the sample 1 As compared with Sample 1, an effect of improving the storage characteristics was observed.

更に、リチウムマンガンコバルト複合酸化物を正極活物質とした試料3に比べて、リチウムニッケル複合酸化物のニッケルの一部をコバルトで置換したLiNi0.8Co0.22であるリチウムニッケルコバルト複合酸化物の20質量%を配合した試料5においては、試料3に比べて、容量維持率が向上することがみられた。
更に、試料5のリチウムニッケルコバルト複合酸化物の配合比を40質量%に増加した試料6の電池では、試料5に比べて更に容量保持率が向上した。
また、リチウムニッケルコバルト複合酸化物をLiNi0.8Co0.15Al0.052とした試料7の電池では、試料5の電池に比べて容量維持率が向上した。
Further, as compared with Sample 3 using lithium manganese cobalt composite oxide as the positive electrode active material, lithium nickel cobalt composite oxide of LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 in which a part of nickel of lithium nickel composite oxide is replaced with cobalt. In sample 5 containing 20% by mass, the capacity retention rate was improved as compared with sample 3.
Furthermore, in the battery of sample 6 in which the blending ratio of the lithium nickel cobalt composite oxide of sample 5 was increased to 40% by mass, the capacity retention rate was further improved as compared with sample 5.
Further, in the battery of Sample 7 in which the lithium nickel cobalt composite oxide was LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , the capacity retention rate was improved as compared with the battery of Sample 5.

表1
Li1+xCoyMn2-x-yO4 LiNi1-x-yCoxAlyO2 混合量 容量維持率
x y x y (質量%) (%)
試料1 0.06 - - - 97.3
試料2 - 0.03 - - 97.7
試料3 0.06 0.03 - - 98.2
試料4 0.06 - 0.2 0 20 97.8
試料5 0.06 0.03 0.2 0 20 99.1
試料51 0.06 0.03 0.2 0 50 97.8
試料52 0.06 0.03 0.2 0 2 97.9
試料52 0.08 0.03 0.2 0 20 97.9
試料53 0.08 0.05 0.2 0 20 97.8
試料54 0.06 0.03 0.4 0 20 97.8
試料55 0.06 0.03 0.05 0 20 97.9
試料6 0.06 0.03 0.2 0 40 99.4
試料7 0.06 0.03 0.15 0.05 20 99.6
試料71 0.06 0.03 0.15 0.05 50 98.1
試料72 0.06 0.03 0.15 0.05 2 98.0
試料73 0.08 0.05 0.15 0.05 20 98.0
試料74 0.06 0.03 0.05 0.05 20 97.9
試料75 0.06 0.03 0.15 0.15 20 97.8
Table 1
Li 1 + x Co y Mn 2-xy O 4 LiNi 1-xy Co x Al y O 2 Mixing capacity Capacity retention
xy xy (mass%) (%)
Sample 1 0.06---97.3
Sample 2-0.03--97.7
Sample 3 0.06 0.03--98.2
Sample 4 0.06-0.2 0 20 97.8
Sample 5 0.06 0.03 0.2 0 20 99.1
Sample 51 0.06 0.03 0.2 0 50 97.8
Sample 52 0.06 0.03 0.2 0 2 97.9
Sample 52 0.08 0.03 0.2 0 20 97.9
Sample 53 0.08 0.05 0.2 0 20 97.8
Sample 54 0.06 0.03 0.4 0 20 97.8
Sample 55 0.06 0.03 0.05 0 20 97.9
Sample 6 0.06 0.03 0.2 0 40 99.4
Sample 7 0.06 0.03 0.15 0.05 20 99.6
Sample 71 0.06 0.03 0.15 0.05 50 98.1
Sample 72 0.06 0.03 0.15 0.05 2 98.0
Sample 73 0.08 0.05 0.15 0.05 20 98.0
Sample 74 0.06 0.03 0.05 0.05 20 97.9
Sample 75 0.06 0.03 0.15 0.15 20 97.8

本発明の非水電解液二次電池は、正極活物質として、マンガンの一部をコバルトで置換したリチウムマンガン複合酸化物として、Li 1+x Co y Mn 2-x-y 4 (式中、xは、0.05<x<0.07、yは0.01<y<0.04)を含み、ニッケルの一部を、コバルト、またはコバルトとアルミニウムで置換したリチウムニッケル複合酸化物として、LiNi 1-x Co x 2 (式中、xは0.1<x<0.3)またはLiNi 1-x Co x Al y 2 (式中、xは0.1<x<0.3、0.02<y<0.1)とを含み、前記マンガンの一部をコバルトで置換したリチウムマンガン複合酸化物と、前記ニッケルの一部を、コバルトあるいはコバルトとアルミニウムに置換したリチウム・ニッケル複合酸化物の両者の重量比が97:3〜55:45としたので、高温保存特性を改善した非水電解液二次電池を提供することができる。 Non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, as the positive electrode active material, a part of manganese as a lithium-manganese composite oxide was replaced with cobalt, Li 1 + x Co y Mn 2-xy O 4 ( wherein , X is 0.05 <x <0.07, y is 0.01 <y <0.04), and a nickel-nickel composite oxide in which a part of nickel is substituted with cobalt or cobalt and aluminum , LiNi 1-x Co x O 2 ( wherein, x is 0.1 <x <0.3) or LiNi 1-x Co x Al y O 2 ( wherein, x is 0.1 <x <0. 3, 0.02 <y <0.1), a lithium-manganese composite oxide in which a part of the manganese is replaced by cobalt, and a lithium / a lithium in which a part of the nickel is replaced by cobalt or cobalt and aluminum The weight ratio of both nickel composite oxides is 97: 3-55: 4 Having a, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery with improved high-temperature storage characteristics.

Claims (2)

非水電解液二次電池において、正極活物質として、マンガンの一部をコバルトで置換したリチウムマンガン複合酸化物として、Li 1+x Co y Mn 2-x-y 4 (式中、xは、0.05<x<0.07、yは0.01<y<0.04)を含み、ニッケルの一部を、コバルト、またはコバルトとアルミニウムで置換したリチウムニッケル複合酸化物として、LiNi 1-x Co x 2 (式中、xは0.1<x<0.3)またはLiNi 1-x Co x Al y 2 (式中、xは0.1<x<0.3、0.02<y<0.1)とを含み、前記マンガンの一部をコバルトで置換したリチウムマンガン複合酸化物と、前記ニッケルの一部を、コバルトあるいはコバルトとアルミニウムに置換したリチウム・ニッケル複合酸化物の両者の重量比が97:3〜55:45であることを特徴とする非水電解液二次電池。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery, as a cathode active material, a part of manganese as a lithium-manganese composite oxide was replaced with cobalt, in Li 1 + x Co y Mn 2 -xy O 4 ( wherein, x is , 0.05 <x <0.07, y is 0.01 <y <0.04) , and LiNi 1 is a lithium nickel composite oxide in which a part of nickel is substituted with cobalt or cobalt and aluminum. -x Co x O 2 (wherein, x is 0.1 <x <0.3) or LiNi 1-x Co x Al y O 2 ( wherein, x is 0.1 <x <0.3, 0 0.02 <y <0.1), a lithium manganese composite oxide in which a part of the manganese is replaced by cobalt, and a lithium / nickel composite oxide in which a part of the nickel is replaced by cobalt or cobalt and aluminum The weight ratio between the two is 97: 3-55: 45 Non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that there. リチウムをドープ、脱ドープする炭素質材料を負極とした請求項1に記載の非水電解液二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a carbonaceous material doped with lithium and dedoped is used as a negative electrode.
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