JP5132048B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)と、遷移金属としてニッケル、マンガン及びコバルトを含有し、かつ空間群R3mに帰属される結晶構造を有する第2のリチウム含有遷移金属酸化物LibNipMnqCorM2sO2(式中、b、p、q、r及びsは、1≦b≦1.5、0.5≦p+q+r+s≦1、0<p<1、0<q<1、0<r<1、0≦s、及びs/(p+q+r+s)≦0.1の関係を満足し、かつM2は、B、Mg、Al、Ti、Cr、V、Nb、Zr、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)との混合物を、前記正極活物質として用い、第1のリチウム含有遷移金属酸化物におけるNi/Mnのモル比率(x/y)が、1以下であることを特徴としている。
〔正極活物質の作製〕
本発明における第1のリチウム含有遷移金属酸化物であるリチウム含有ニッケル−マンガン酸化物は、Li2CO3と(Ni0.5Mn0.5)3O4をモル比で1.1:1となるように混合し、この混合物を空気雰囲気中900℃で20時間焼成することにより作製した。得られたリチウム含有ニッケル−マンガン酸化物の組成は、Li1.1Ni0.5Mn0.5O2であった。
上記のようにして作製した第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物を、重量比(第1のリチウム含有遷移金属酸化物:第2のリチウム含有遷移金属酸化物)で、8:2となるように混合し、導電剤としての炭素材料と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを溶かしたN−メチル−2−ピロリドン溶液を、活物質と導電剤と結着剤の重量比が90:5:5となるように混合し、正極スラリーを作製した。作製したスラリーを、集電体としてのアルミニウム箔上に塗布した後、乾燥し、その後圧延ローラーを用いて圧延し、集電タブを取り付けることにより正極を作製した。
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比3:7で混合した溶媒に、溶質としてのLiPF6を1モル/リットルとなるように溶解し、電解液を作製た。
上記で作製した正極を作用極として用い、対極及び参照極としてリチウム金属を用い、上記電解液を注入して、三電極式ビーカーセルA1を作製した。
第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物の混合割合を、6:4(重量比)となるように混合する以外は、実施例1と同様にして試験セルA2を作製した。
第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物の混合割合を、4:6(重量比)となるように混合する以外は、実施例1と同様にして試験セルA3を作製した。
第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物の混合割合を、2:8(重量比)となるように混合する以外は、実施例1と同様にして試験セルA4を作製した。
正極活物質として、第1のリチウム含有遷移金属酸化物のみを用いる以外は、実施例1と同様にして試験セルBを作製した。
正極活物質として、第2のリチウム含有遷移金属酸化物のみを用いる以外は、実施例1と同様にして試験セルCを作製した。
正極活物質として、第1のリチウム含有遷移金属酸化物と、マンガン酸リチウム(Li1.1Mn1.9O4)を、8:2(重量比)となるように混合して用いる以外は、実施例1と同様にして試験セルDを作製した。
各セルを室温にて、1mAで4300mV(vs Li/Li+)まで充電した後、10分間休止し、その後1mAで2000mV(vs Li/Li+)まで放電し、定格放電容量を算出した。
上記の充放電試験条件で、2000mV(vs Li/Li+)まで放電した後、1mAで定格放電容量のそれぞれ10%及び50%まで充電し、以下の試験を行った。
(2)10mA充電(10秒)→休止(10分)→10mA放電(10秒)→休止(10分)
(3)20mA充電(10秒)→休止(10分)→20mA放電(10秒)→休止(10分)
室温にて、上記(1)〜(3)の充放電試験を順に行い、それぞれの充電時の最高到達電位を計測し、電流値に対する電位変化の傾きからIV抵抗を算出した。IV抵抗と、上記(1)の試験開始時における開始電圧Voから以下の式を用いて出力値を算出した。
各セルについて測定した定格放電容量、開始電圧Vo、IV抵抗、及び出力を表1(SOC50%の時の出力特性)及び表2(SOC10%の時の出力特性)に示す。
に起因する開始電圧Voの上昇により、十分な出力特性が得られていない。
Li2Co3と(Ni0.1Mn0.6)3O4をモル比で1.3:0.7となるように混合し、この混合物を空気雰囲気中1000℃で20時間焼成することにより、リチウム含有ニッケル−マンガン酸化物Li1.3Ni0.1Mn0.6O2を作製し、これを第1の正極活物質とし、第2の正極活物質Li1.15Ni0.4Co0.3Mn0.3O2との混合比率を重量比で1:1とすること以外は、実施例1と同様にして、試験セルA5を作製した。
第2の正極活物質として、異元素を含有したコバルト酸リチウムLiCo0.99Zr0.005Mg0.005O2を用いること以外は実施例5と同様にして、試験セルA6を作製した。
正極活物質として、Li1.3Ni0.1Mn0.6O2のみを用いる以外は、実施例1と同様にして、試験セルEを作製した。
正極活物質として、異元素を含有したコバルト酸リチウムLiCo0.99Zr0.005Mg0.005O2のみを用いること以外は、実施例1と同様にして、試験セルFを作製した。
各セルを室温にて、1mAで4600mV(vs Li/Li+)まで充電した後、10分間休止し、その後1mAで2000mA(vs Li/Li+)まで放電し、放電容量を算出した。
上記の充放電試験条件で、2000mV(vs Li/Li+)まで放電した後、1mAで放電容量のそれぞれ30%及び70%まで充電し、以下の試験を行った。
(2)10mA充電(10秒)→休止(10分)→10mA放電(10秒)→休止(10分)
(3)20mA充電(10秒)→休止(10分)→20mA放電(10秒)→休止(10分)
室温にて、上記(1)〜(3)の充放電試験を順に行い、それぞれの充電時の最高到達電位を計測し、電流値に対する電位変化の傾きからIV抵抗を算出した。IV抵抗と、上記(1)の試験開始時における開始電圧Voから以下の式を用いて出力値を算出した。
各セルについて測定した出力及び出力差を表3に示す。
Claims (1)
- 正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、リチウムイオン伝導性を有する非水電解質とを備える非水電解質二次電池において、
遷移金属としてニッケル及びマンガンを含有し、かつ空間群R3mに帰属される結晶構造を有する第1のリチウム含有遷移金属酸化物LiaNixMnyM1zO2(式中、a、x、y及びzは、1≦a≦1.5、0.5≦x+y+z≦1、0<x<1、0<y<1、0≦z、及びz/(x+y+z)≦0.1の関係を満足し、かつM1は、B、Mg、Al、Ti、Cr、V、Nb、Zr、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)と、遷移金属としてニッケル、マンガン及びコバルトを含有し、かつ空間群R3mに帰属される結晶構造を有する第2のリチウム含有遷移金属酸化物LibNipMnqCorM2sO2(式中、b、p、q、r及びsは、1≦b≦1.5、0.5≦p+q+r+s≦1、0<p<1、0<q<1、0<r<1、0≦s、及びs/(p+q+r+s)≦0.1の関係を満足し、かつM2は、B、Mg、Al、Ti、Cr、V、Nb、Zr、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)との混合物を、前記正極活物質として用い、
前記第1のリチウム含有遷移金属酸化物におけるNi/Mnのモル比率(x/y)が、1以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。
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