JP5206914B2 - Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

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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、並びにそれを用いたリチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery containing a composite oxide containing lithium (Li) and cobalt (Co), and a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same. About.

近年、ビデオカメラあるいはノート型パソコンなどのポータブル機器の普及に伴い、小型高容量の二次電池に対する需要が高まっている。現在使用されている二次電池には、アルカリ電解液を用いたニッケル−カドミウム電池があるが、電池電圧が1.2Vと低く、エネルギー密度を向上させることが難しい。そのため、比重が0.534と固体の単体中最も軽いうえ、電位が極めて卑であり、単位質量当たりの電流容量も金属負極材料中最大であるリチウム金属を用いたいわゆるリチウム金属二次電池の開発が検討されてきた。しかし、リチウム金属二次電池では、充放電に伴い負極にリチウムが樹枝状に成長し、サイクル特性が低下したり、あるいはセパレータを突き破って内部短絡を生じてしまうなどの問題があった。そこで、コークスなどの炭素材料を負極に用い、アルカリ金属イオンを吸蔵および放出することにより充放電を繰り返す二次電池が開発され、充放電に伴う負極の劣化が改善された(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, with the widespread use of portable devices such as video cameras or laptop computers, the demand for small, high-capacity secondary batteries has increased. Currently used secondary batteries include nickel-cadmium batteries using an alkaline electrolyte, but the battery voltage is as low as 1.2 V, and it is difficult to improve the energy density. Therefore, development of a so-called lithium metal secondary battery using lithium metal having a specific gravity of 0.534, which is the lightest among solid solids, has a very low potential, and has the largest current capacity per unit mass among metal anode materials. Has been studied. However, the lithium metal secondary battery has a problem that lithium is dendriticly grown on the negative electrode with charge / discharge and cycle characteristics are deteriorated or an internal short circuit is caused by breaking through the separator. Accordingly, a secondary battery that repeats charge and discharge by using a carbon material such as coke as the negative electrode and occludes and releases alkali metal ions has been developed, and deterioration of the negative electrode due to charge and discharge has been improved (for example, Patent Document 1). reference).

一方、正極活物質には、4V前後の電池電圧を得ることができるものとして、アルカリ金属を含む遷移金属カルコゲン化物が知られている。中でも、コバルト酸リチウムあるいはニッケル酸リチウムなどは高電位、安定性および長寿命という点から有望であり、特に、コバルト酸リチウムは高電位を示すことから、充電電圧を高くすることによりエネルギー密度を向上させることが期待される。   On the other hand, transition metal chalcogenides containing alkali metals are known as positive electrode active materials that can obtain a battery voltage of around 4V. Among them, lithium cobaltate or lithium nickelate is promising in terms of high potential, stability, and long life, and in particular, lithium cobaltate exhibits high potential, so energy density is improved by increasing the charging voltage. It is expected that

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, 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。
特開昭62−90863号公報 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
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). ), Using a mixture of a small amount of lithium nickel manganese composite oxide (see Patent Document 3), or coating the surface of lithium cobaltate with lithium manganate or nickel cobalt composite oxide having a spinel structure (Patent Document) 4 and 5) are reported.
JP 62-90863 A JP 2004-303459 A JP 2002-1003007 A JP-A-10-333573 JP-A-10-372470

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、およびマンガン酸リチウムあるいはニッケルコバルト複合酸化物などで被覆する技術でも、特性を十分に改善することができず、更なる改善が求められていた。   However, the technique of dissolving different elements in a solid solution has a problem that 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. In addition, the technology using a mixture of lithium nickel manganese composite oxide, etc., and the technology of coating with lithium manganate or nickel cobalt composite oxide cannot sufficiently improve the characteristics, and further improvement is required. It was.

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、充放電効率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、並びにそれを用いたリチウムイオン二次電池用正極および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 problems, and an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that can increase the capacity and improve the charge / discharge efficiency, and uses the same. An object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a 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、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って、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(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、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、この被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比は、ニッケル:マンガンのモル比で、95から6535の範囲内であり、被覆層の酸化物は、リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなる、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、かつ群のうちの少なくとも1種の元素の含有量は、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、30mol%以下のものである。 The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention is a composite oxide particle in which a coating layer is provided on at least a part of the composite oxide particle, and the composite oxide particle has an average composition of Li (1 + x) Co (1-y) MyO (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) At least one of the group consisting of: x, y, and z satisfy −0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, and −0.10 ≦ z ≦ 0.20, respectively. is a value within the range.) are represented by, the coating layer, And lithium, nickel, Ri name of an oxide containing manganese, the composition ratio of nickel and manganese in the covering layer is a nickel: a molar ratio of manganese, 95: 5 to 65: Ri 35 range der of The oxide of the coating layer is composed of lithium, nickel, manganese, and oxygen, or lithium, nickel, manganese, 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 is , 30mo with respect to the sum of nickel and manganese and at least one element of the group in the coating layer 1% or less .

本発明によるリチウムイオン二次電池用正極は、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、この被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比は、ニッケル:マンガンのモル比で、95から6535の範囲内であり、被覆層の酸化物は、リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなる、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、かつ群のうちの少なくとも1種の元素の含有量は、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、30mol%以下のものである。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention contains a positive electrode active material in which a coating layer is provided on at least a part of the composite oxide particles, and the composite oxide particles have an average composition of Li (1 + x) Co (1-y) MyO (2-z) (where M is magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, At least one member selected from the group consisting of niobium, calcium, and strontium, and x, y, and z are −0.10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, and −0.10 ≦ z, respectively. The coating layer is made of an oxide containing lithium, nickel, and manganese, and the composition ratio of nickel and manganese in the coating layer is Nikke. : A molar ratio of manganese, 95: 5 to 65: Ri 35 range der of the oxide of the coating layer is composed of a 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 in the group is 30 mol% or less based on the total of nickel and manganese in the coating layer and at least one element in the group .

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、この被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比は、ニッケル:マンガンのモル比で、95から6535の範囲内であり、被覆層の酸化物は、リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなる、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、かつ群のうちの少なくとも1種の元素の含有量は、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、30mol%以下のものである。 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. ,this The composition ratio of nickel and manganese in Kutsugaeso is nickel: a molar ratio of manganese, 95: 5 to 65: Ri 35 range der of the oxide coating layer, lithium, nickel, and manganese, Consists of oxygen, or lithium, nickel, manganese, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, cobalt (Co), copper, zinc, molybdenum, tin, tungsten, zirconium, yttrium, niobium And at least one element of the group consisting of calcium and strontium, and the content of at least one element of the group is at least one element of nickel and manganese in the coating layer and the group Is 30 mol% or less with respect to the total .

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、ニッケルとマンガンとのモル比が95から6535の範囲内であり、かつ、リチウムとニッケルとマンガンと酸素とからなる、または、リチウムとニッケルとマンガンと所定量のマグネシウム等の元素とを含む酸化物よりなる被覆層を設けるようにした。これにより、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用正極および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、充放電効率を向上させることができる。 According to the positive electrode active material for lithium ion secondary battery of the present invention, the composite oxide particles having an average composition represented by Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z), nickel a molar ratio of manganese 95: 5 to 65: a 35 range of, and consisting of lithium, nickel and manganese and oxygen, or a element such as magnesium lithium, nickel and manganese and an amount A coating layer made of an oxide containing it was provided . Thereby , 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 positive electrode and a 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, improved charge and discharge efficiency be able to.

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。被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比は、ニッケル:マンガンのモル比で、99:1から40:60の範囲内であることが好ましく、95:5から60:40の範囲内であればより好ましく、70:30から90:10の範囲内であれば更に好ましい。この範囲内において容量および充放電効率をより向上させることができるからである。なお、本来、ニッケルを増加させると容量は向上するはずであるが、マンガンの含有量が少ないと、被覆層に含まれるニッケルと、複合酸化物粒子に含まれるコバルトとの相互拡散が増加し、それにより容量および充放電効率が低下してしまうものと考えられる。また、逆にマンガンの含有量が多いと、容量の小さい相が生成してしまうからであると考えられる。   A coating layer functions as a reaction suppression layer, and is comprised with the oxide containing lithium, nickel, and manganese. The composition ratio of nickel and manganese in the coating layer is preferably a molar ratio of nickel: manganese in the range of 99: 1 to 40:60, more preferably in the range of 95: 5 to 60:40. Preferably, it is more preferably in the range of 70:30 to 90:10. This is because the capacity and charge / discharge efficiency can be further improved within this range. In addition, when nickel is increased, the capacity should be improved, but when the manganese content is low, the interdiffusion between nickel contained in the coating layer and cobalt contained in the composite oxide particles increases, It is considered that the capacity and charge / discharge efficiency are thereby reduced. On the other hand, it is considered that when the manganese content is large, a phase having a small capacity is generated.

このように被覆層におけるニッケル:マンガンのモル比を99:1から40:60の範囲内とすれば、被覆層における単位質量当たりの容量を、複合酸化物粒子の単位質量当たりの容量の約50%以上とすることが可能であり、ニッケル:マンガンのモル比を95:5から60:40の範囲内とすれば、被覆層における単位質量当たりの容量を、複合酸化物粒子の単位質量当たりの容量とほぼ同等以上とすることが可能である。すなわち、この正極活物質によれば、被覆層を設けたことによる容量の低下を抑制しつつ、被覆層により充放電効率を向上させることができるようになっている。   Thus, when the molar ratio of nickel: manganese in the coating layer is in the range of 99: 1 to 40:60, the capacity per unit mass in the coating layer is about 50% of the capacity per unit mass of the composite oxide particles. %, And when the molar ratio of nickel: manganese is in the range of 95: 5 to 60:40, the capacity per unit mass in the coating layer can be reduced per unit mass of the composite oxide particles. It can be almost equal to or greater than the capacity. That is, according to this positive electrode active material, charge / discharge efficiency can be improved by the coating layer while suppressing a decrease in capacity due to the provision of the coating layer.

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、30mol%以下であればより好ましく、20mol%以下であれば更に好ましい。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 30 mol% or less, and more preferably 20 mol% or less with respect to the total of nickel, manganese and these elements in the coating layer. If it is more preferable. 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0.5質量%以上50質量%以下の範囲内であることが好ましく、1.0質量%以上40質量%以下の範囲内であればより好ましく、2.0質量%以上35質量%以下の範囲内であれば更に好ましい。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。   The amount of the coating layer is preferably in the range of 0.5% by mass or more and 50% by mass or less of the composite oxide particles, more preferably in the range of 1.0% by mass or more and 40% by mass or less. More preferably, it is in the range of 0.0 mass% or more and 35 mass% or less. 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.

なお、被覆層というのは、正極活物質の表面から内部に向かってニッケルおよびマンガンの濃度変化を調べた場合に、その濃度変化が実質的に見られなくなるまでの領域を意味している。正極活物質におけるニッケルおよびマンガンの表面から内部に向かう濃度変化は、例えば、正極活物質をスパッタリングなどにより削りながらその組成をオージェ電子分光分析(Auger Electron Spectroscopy ;AES)あるいはSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry ;二次イオン質量分析)により測定することが可能である。また、正極活物質を酸性溶液中などでゆっくり溶解させ、その溶出分の時間変化を誘導結合高周波プラズマ(Inductively Coupled Plasma;ICP)分光分析などにより測定することも可能である。   Note that the coating layer means a region until the change in concentration of nickel and manganese is substantially not seen when the change in concentration of nickel and manganese is examined from the surface to the inside of the positive electrode active material. Concentration change from the surface of nickel and manganese in the positive electrode active material toward the inside, for example, while the positive electrode active material is scraped by sputtering or the like, the composition thereof is Auger Electron Spectroscopy (AES) or SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry; Secondary ion mass spectrometry). It is also possible to slowly dissolve the positive electrode active material in an acidic solution or the like, and to measure the time change of the eluted portion by inductively coupled plasma (ICP) spectroscopic analysis or the like.

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), 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、複合酸化物粒子にニッケル:マンガンのモル比が99:1から40:60の酸化物よりなる被覆層を設けた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、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、サイクル特性を向上させることができる。   Thus, according to the present embodiment, since the cathode active material provided with a coating layer made of an oxide having a nickel: manganese molar ratio of 99: 1 to 40:60 is used for the composite oxide particles, The chemical stability can be improved while taking advantage of the high capacity and high potential of the composite oxide particles. Therefore, high capacity can be obtained and 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.

正極活物質を次のようにして作製した。まず、平均組成がLi1.03Co0.98Al0.01Mg0.012.02であり、レーザー散乱法により測定した平均粒子径が13μmの複合酸化物粒子20質量部を、80℃、2規定の水酸化リチウム水溶液300質量部に2時間撹拌して分散させた。次いで、市販試薬の硝酸ニッケル(Ni(NO3 2 ・6H2 O)および硝酸マンガン(Mn(NO3 2 ・6H2 O)、またはそれらのいずれか一方を、Niv Mn(1-v) 2 に換算して、複合酸化物粒子の5質量%となるように秤量し、純水に溶解させたのち、これを複合酸化物粒子の分散溶液に滴下し、80℃で3時間撹拌した。その際、ニッケル:マンガンのモル比は0:100から100:0の範囲内で変化させた。 A positive electrode active material was prepared as follows. First, 20 parts by mass of composite oxide particles having an average composition of Li 1.03 Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2.02 and an average particle diameter of 13 μm measured by a laser scattering method were added at 80 ° C., 2N aqueous lithium hydroxide solution 300 The mixture was stirred and dispersed in parts by mass for 2 hours. Then, commercially available reagents such as nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) and manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O), or one of them, Ni v Mn (1-v ) Weighed so as to be 5% by mass of the composite oxide particles in terms of O 2 , dissolved in pure water, dropped into the dispersion solution of the composite oxide particles, and stirred at 80 ° C. for 3 hours. did. At that time, the molar ratio of nickel: manganese was changed within the range of 0: 100 to 100: 0.

続いて、この分散溶液を濾過洗浄し、120℃で乾燥することにより、複合酸化物粒子の表面に水酸化物の前駆層を形成した。次に、この前駆体試料10質量部に2規定の水酸化リチウム水溶液2質量部を含浸させ、混合乾燥させたのち、昇温速度5℃/min、加熱温度950℃、保持時間8時間の条件で加熱処理を行い、被覆層を形成した。得られた正極活物質について、イオンビームによりスパッタリングしながら飛行時間型2次イオン質量分析計(TOF−SIMS分析装置)により、ニッケルおよびマンガンの表面から内側に向かう濃度変化を調べた。その結果、表面から内側に向かってニッケルおよびマンガンの含有量は急激に減少し、300nm以上の深さでは検出限界以下であった。すなわち、複合酸化物粒子の表面に、ニッケルとマンガンとを含む被覆層が形成されていることが確認された。   Subsequently, the dispersion solution was filtered and washed, and dried at 120 ° C., thereby forming a hydroxide precursor layer on the surface of the composite oxide particles. Next, 10 parts by mass of this precursor sample was impregnated with 2 parts by mass of a 2N aqueous lithium hydroxide solution, mixed and dried, and then heated at a rate of 5 ° C / min, a heating temperature of 950 ° C, and a holding time of 8 hours. Then, a heat treatment was performed to form a coating layer. About the obtained positive electrode active material, the density | concentration change which goes to the inside from the surface of nickel and manganese was investigated by the time-of-flight type secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS analyzer), sputtering with an ion beam. As a result, the contents of nickel and manganese rapidly decreased from the surface to the inside, and were below the detection limit at a depth of 300 nm or more. That is, it was confirmed that a coating layer containing nickel and manganese was formed on the surface of the composite oxide particle.

次いで、作製したこれらの正極活物質を用いて図5に示したコイン型の二次電池を作製し、特性を評価した。この二次電池は、正極51と、負極52とを電解液を含浸させたセパレータ53を介して積層し、外装缶54と外装カップ55との間に挟み、ガスケット56を介してかしめたものである。正極54は、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、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、アルミニウム箔よりなる正極集電体21Aに塗布・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を形成したのち、ペレット状に打ち抜くことにより作製した。   Next, a coin-type secondary battery shown in FIG. 5 was produced using these produced positive electrode active materials, and the characteristics were evaluated. This secondary battery is formed by laminating a positive electrode 51 and a negative electrode 52 via a separator 53 impregnated with an electrolytic solution, sandwiching between an outer can 54 and an outer cup 55 and caulking via a gasket 56. is there. The positive electrode 54 comprises 86% by mass of the produced positive electrode active material powder, 10% by mass of graphite as a conductive agent, and 4% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent. It was dispersed and applied to a positive electrode current collector 21A made of an aluminum foil, dried, compression-molded with a roll press machine to form a positive electrode active material layer 21B, and then punched into a pellet.

また、負極52にはリチウム金属箔を用い、セパレータ53には多孔性ポリオレフィンフィルムを用い、電解液には、炭酸エチレンと炭酸エチル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。 Also, a lithium metal foil for anode 52, using a porous polyolefin film separator 53, the electrolyte, LiPF the ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate mixed solvent in an equal volume, as an electrolyte salt 6 Was dissolved so as to be 1.0 mol / l.

作製した二次電池について、23℃で充放電を行い、1サイクル目の放電容量、および1サイクル目の充放電効率、すなわち充電容量に対する放電容量の割合を調べた。充電は、1mAの定電流で電池電圧が4.45V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15時間となるまで定電圧充電を行い、放電は、1mAの定電流で電池電圧が2.5Vに達するまで定電流放電を行った。正極活物質の被覆層におけるニッケルとマンガンとのモル比と、放電容量および放電容量維持率との関係を図6に示す。   The produced secondary battery was charged / discharged at 23 ° C., and the discharge capacity at the first cycle and the charge / discharge efficiency at the first cycle, that is, the ratio of the discharge capacity to the charge capacity were examined. Charging is performed at a constant current of 1 mA until the battery voltage reaches 4.45 V, and then charged at a constant voltage until the total charging time reaches 15 hours. The discharging is performed at a constant current of 1 mA. The constant current discharge was performed until the battery voltage reached 2.5 V by current. FIG. 6 shows the relationship between the molar ratio of nickel and manganese in the coating layer of the positive electrode active material, the discharge capacity, and the discharge capacity retention rate.

図6に示したように、被覆層におけるニッケルの含有量を増加させると、放電容量は増加し、極大値を示したのち低下する傾向が見られた。また、充放電効率は一端低下したのち増加し、極大値を示したのち再び低下する傾向が見られた。   As shown in FIG. 6, when the nickel content in the coating layer was increased, the discharge capacity increased and showed a tendency to decrease after showing the maximum value. In addition, the charge / discharge efficiency increased after decreasing once, and showed a tendency to decrease again after showing the maximum value.

また、平均組成がLi1.03Co0.98Al0.01Mg0.012.02の上述した複合酸化物粒子を被覆層を設けずにそのまま正極活物質として用いた二次電池について、上述したようにして1サイクル目の放電容量を測定したところ、その放電容量は約174mAh/gであった。すなわち、被覆層におけるニッケル:マンガンのモル比を99:1から40:60の範囲内とすれば、被覆層における単位質量当たりの容量を、複合酸化物粒子の単位質量当たりの容量の約50%以上とすることができ、ニッケル:マンガンのモル比を95:5から60:40の範囲内とすれば、被覆層における単位質量当たりの容量を、複合酸化物粒子の単位質量当たりの容量とほぼ同等以上とすることができることが分かった。 In addition, for the secondary battery in which the above-described composite oxide particles having an average composition of Li 1.03 Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2.02 were used as they were as a positive electrode active material without providing a coating layer, the first cycle was performed as described above. When the discharge capacity was measured, the discharge capacity was about 174 mAh / g. That is, when the molar ratio of nickel: manganese in the coating layer is in the range of 99: 1 to 40:60, the capacity per unit mass in the coating layer is about 50% of the capacity per unit mass of the composite oxide particles. When the molar ratio of nickel: manganese is in the range of 95: 5 to 60:40, the capacity per unit mass in the coating layer is almost equal to the capacity per unit mass of the composite oxide particles. It turned out that it can be equivalent or better.

よって、被覆層におけるニッケル:マンガンのモル比を99:1から40:60の範囲内とすれば、被覆層を設けたことによる容量の低下を抑制しつつ、被覆層により充放電効率を向上させることができ、被覆層におけるニッケル:マンガンのモル比を95:5から60:40の範囲内、更には70:30から90:10の範囲内とすれば、容量および充放電効率をより向上させることができることが分かった。   Therefore, if the molar ratio of nickel: manganese in the coating layer is in the range of 99: 1 to 40:60, the charge / discharge efficiency is improved by the coating layer while suppressing a decrease in capacity due to the provision of the coating layer. When the molar ratio of nickel: manganese in the coating layer is within the range of 95: 5 to 60:40, and further within the range of 70:30 to 90:10, the capacity and charge / discharge efficiency are further improved. I found out that I could do it.

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。また、二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。   Furthermore, although the secondary battery having a winding structure has been described in the above embodiment, the present invention can be similarly applied to a secondary battery having another structure in which the positive electrode and the negative electrode are folded or stacked. . In addition, the present invention can also be applied to secondary batteries having other shapes such as a so-called coin type, button type, or square type. Moreover, not only a secondary battery but a primary battery is applicable.

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. 実施例において作製した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 secondary battery produced in the Example. 被覆層におけるニッケルとマンガンとモル比と、放電容量および充放電効率との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between nickel, manganese and molar ratio in a coating layer, discharge capacity, and charging / discharging efficiency.

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、17,56…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33,51…正極、21A,33A,51A…正極集電体、21B,33B,51B…正極活物質層、22,34,52…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35,53…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、54…外装缶、55…外装カップ。
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, 56 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21 , 33, 51 ... positive electrode, 21A, 33A, 51A ... positive electrode current collector, 21B, 33B, 51B ... positive electrode active material layer, 22, 34, 52 ... negative electrode, 22A, 34A ... negative electrode current collector, 22B, 34B ... Negative electrode active material layer, 23, 35, 53 ... 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, 54 ... exterior can, 55 ... exterior cup.

Claims (12)

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リチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
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
この被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比は、ニッケル:マンガンのモル比で、95から6535の範囲内であり、
前記被覆層の酸化物は、
リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなる、
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、かつ前記群のうちの少なくとも1種の元素の含有量は、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、30mol%以下である、リチウムイオン二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery 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, is represented by a.) a value in the range of -0.10 ≦ z ≦ 0.20,
The coating layer includes a lithium (Li), nickel, Ri name of an oxide containing manganese,
The composition ratio of nickel and manganese in the covering layer is a nickel: a molar ratio of manganese, 95: 5 to 65: Ri 35 range der of
The oxide of the coating layer is
Consisting of 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 is the sum of nickel and manganese in the coating layer and at least one element of the group On the other hand, the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries which is 30 mol% 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は、ニッケル:マンガンのモル比で、9010から7030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 composition ratio of nickel and manganese in the coating layer is nickel: a molar ratio of manganese, 90: 10 to 70: a 30 range of the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein. 前記被覆層の量は、前記複合酸化物粒子の0.5質量%以上50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 0.5 mass% or more and 50 mass% or less of the said complex oxide particle. 前記リチウムイオン二次電池用正極活物質の平均粒子径が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。 Average particle diameter in the range of 2.0μm or more 50μm or less, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the positive active material for a lithium ion secondary battery. 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、
この被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比は、ニッケル:マンガンのモル比で、95から6535の範囲内であり、
前記被覆層の酸化物は、
リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなる、
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、かつ前記群のうちの少なくとも1種の元素の含有量は、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、30mol%以下である、リチウムイオン二次電池用正極。
Containing a positive electrode active material provided with a coating layer 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 composition ratio of nickel and manganese in the covering layer is a nickel: a molar ratio of manganese, 95: 5 to 65: Ri 35 range der of
The oxide of the coating layer is
Consisting of 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 is the sum of nickel and manganese in the coating layer and at least one element of the group On the other hand, the positive electrode for lithium ion secondary batteries which is 30 mol% 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は、ニッケル:マンガンのモル比で、9010から7030の範囲内である請求項記載のリチウムイオン二次電池用正極。 The composition ratio of nickel and manganese in the coating layer is nickel: a molar ratio of manganese, 90: 10 to 70: a 30 range of the lithium ion secondary battery positive electrode according to claim 5, wherein. 前記被覆層の量は、前記複合酸化物粒子の0.5質量%以上50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用正極。 The amount of the said coating layer is a positive electrode for lithium ion secondary batteries of Claim 5 which exists in the range of 0.5 mass% or more and 50 mass% or less of the said complex oxide particle. 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用正極。 The positive electrode for a 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 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、
この被覆層におけるニッケルとマンガンとの組成比は、ニッケル:マンガンのモル比で、95から6535の範囲内であり、
前記被覆層の酸化物は、
リチウムと、ニッケルと、マンガンと、酸素とからなる、
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、かつ前記群のうちの少なくとも1種の元素の含有量は、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、30mol%以下である、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 composition ratio of nickel and manganese in the covering layer is a nickel: a molar ratio of manganese, 95: 5 to 65: Ri 35 range der of
The oxide of the coating layer is
Consisting of 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 is the sum of nickel and manganese in the coating layer and at least one element of the group On the other hand, the lithium ion secondary battery which is 30 mol% 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は、ニッケル:マンガンのモル比で、9010から7030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 composition ratio of nickel and manganese in the coating layer is nickel: a molar ratio of manganese, 90: 10 to 70: a 30 range of the lithium ion secondary battery according to claim 9, wherein. 前記被覆層の量は、前記複合酸化物粒子の0.5質量%以上50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, said a composite oxide in the range of 0.5 wt% to 50 wt% of the particles, the lithium ion secondary battery of claim 9. 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 9 , 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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