JP6036168B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池、特に、正極と非水電解質に特徴を有する水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a water electrolyte secondary battery characterized by a positive electrode and a non-aqueous electrolyte.

現在、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池、特にリチウム二次電池は、携帯用端末等に広く搭載されている。これらの非水電解質二次電池には、正極活物質として主にLiCoOが用いられている。しかし、LiCoOの放電容量は120〜130mAh/g程度である。 Currently, non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries, in particular lithium secondary batteries, are widely installed in portable terminals and the like. In these nonaqueous electrolyte secondary batteries, LiCoO 2 is mainly used as a positive electrode active material. However, the discharge capacity of LiCoO 2 is about 120 to 130 mAh / g.

また、非水電解質二次電池用正極活物質材料として、LiCoOと他の化合物との固溶体が知られている。α−NaFeO型結晶構造を有し、LiCoO、LiNiO及びLiMnOの3つの成分の固溶体であるLi[Co1−2xNiMn]O(0<x≦1/2)」が、2001年に発表された。前記固溶体の一例である、LiNi1/2Mn1/2やLiCo1/3Ni1/3Mn1/3は、150〜180mAh/gの放電容量を有しており、充放電サイクル性能の点でも優れる。 Further, a solid solution of LiCoO 2 and another compound is known as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. Li [Co 1-2x Ni x Mn x ] O 2 (0 <x ≦ 1/2) having a α-NaFeO 2 type crystal structure and being a solid solution of three components of LiCoO 2 , LiNiO 2 and LiMnO 2 Was announced in 2001. LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 and LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , which are examples of the solid solution, have a discharge capacity of 150 to 180 mAh / g, and are charged and discharged. Excellent cycle performance.

上記のようないわゆる「LiMeO型」活物質に対し、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meが1より大きく、例えばLi/Meが1.25〜1.6であるいわゆる「リチウム過剰型」活物質が知られている。このような正極活物質は、Li1+αMe1−α(α>0)と表記することができる。ここで、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meをβとすると、β=(1+α)/(1−α)であるから、例えば、Li/Meが1.5のとき、α=0.2である。この正極活物質を使用することにより放電容量が大きいリチウム二次電池が得られる。 For the so-called “LiMeO 2 type” active material as described above, the composition ratio Li / Me of lithium (Li) with respect to the ratio of transition metal (Me) is larger than 1, for example, Li / Me is 1.25 to 1.6. So-called “lithium-rich” active materials are known. Such a positive electrode active material can be expressed as Li 1 + α Me 1-α O 2 (α> 0). Here, when the composition ratio Li / Me of lithium (Li) with respect to the ratio of the transition metal (Me) is β, β = (1 + α) / (1-α), and thus, for example, Li / Me is 1.5. In this case, α = 0.2. By using this positive electrode active material, a lithium secondary battery having a large discharge capacity can be obtained.

一方、リチウム二次電池の特性を改善するために、非水電解質に種々の添加剤を添加することが行われており、その添加剤として環状硫酸エステル化合物が公知である(例えば、特許文献1〜3参照)。   On the other hand, in order to improve the characteristics of the lithium secondary battery, various additives are added to the nonaqueous electrolyte, and a cyclic sulfate compound is known as the additive (for example, Patent Document 1). To 3).

特許文献1には、「下記一般式(1)で表される環状硫酸エステル化合物を含有する非水電解液。
」(請求項1)
の発明が記載され、この発明によれば、「電池の容量維持性能を改善しながら、かつ、電池の充電保存時における開放電圧の低下を著しく抑制できる非水電解液、および、該非水電解液を用いたリチウム二次電池を提供することができる」(段落[0037])ことが記載されている。
Patent Document 1 discloses “a nonaqueous electrolytic solution containing a cyclic sulfate compound represented by the following general formula (1).
(Claim 1)
According to the present invention, “a nonaqueous electrolytic solution capable of remarkably suppressing a decrease in open circuit voltage during battery storage while improving the capacity maintenance performance of the battery, and the nonaqueous electrolytic solution” Can provide a rechargeable lithium battery ”(paragraph [0037]).

また、特許文献1には、「前記正極を構成する正極活物質としては、MoS、TiS、MnO、Vなどの遷移金属酸化物又は遷移金属硫化物、LiCoO、LiMnO、LiMn、LiNiO、LiNiCo(1−x)〔0<x<1〕、LiFePOなどのリチウムと遷移金属とからなる複合酸化物・・・等が挙げられる。」(段落[0118])と記載され、実施例においては、正極活物質としてLiCoO又はLiMnOを用い(段落[0141]、[0170])、非水電解液に、請求項1に記載された環状硫酸エステル化合物(一般式(I)のRを、一般式(II)で表される基とし、Rを、Me、Et、又は式(IV)で表される基としたもの、一般式(I)のRを、式(III)で表される基とし、RをHとしたもの)を用いて、試験をした結果が示され、初回効率を維持し、高温保存試験後の容量維持率を改善しながら、開放電圧の低下が抑制されたことが示されている(段落[0056]〜[0058]、[0166]、[0168]、[0176]、[0178][0186]、[0188]、[0203]、[0205])。 Patent Document 1 states that “as the positive electrode active material constituting the positive electrode, transition metal oxides or transition metal sulfides such as MoS 2 , TiS 2 , MnO 2 , V 2 O 5 , LiCoO 2 , LiMnO 2 are used. , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi x Co (1-x) O 2 [0 <x <1], a composite oxide composed of lithium and a transition metal such as LiFePO 4, and the like. In the examples, LiCoO 2 or LiMnO 2 was used as the positive electrode active material (paragraphs [0141] and [0170]), and the nonaqueous electrolyte solution described in claim 1 Cyclic sulfate compound (in which R 1 in the general formula (I) is a group represented by the general formula (II) and R 3 is a group represented by Me, Et, or the formula (IV), R 1 in formula (I) is And the group represented by (III), with an R 2 that a H), results of the tests are listed, maintaining initial efficiency, while improving the capacity maintenance rate after high-temperature storage test, open It is shown that the voltage drop was suppressed (paragraphs [0056] to [0058], [0166], [0168], [0176], [0178] [0186], [0188], [0203], [0205]).

特許文献2には、「リチウムを活物質とする負極、正極、溶質および有機溶媒からなる非水系電解液、セパレータおよび外缶を備えた非水系電解液電池において、前記有機溶媒として、式(1)で表される化合物を少なくとも一種類含み、前記正極に用いた集電体の材質および前記外缶の正極側における電解液との接液部分の材質が弁金属またはその合金であることを特徴とする非水系電解液電池。
R1−A−R2 (1)
(式中、R1 およびR2 は各々独立して、アリール基またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基、もしくはアルキル基またはハロゲン原子で置換されていてもよいアリール基を表すか、R1 とR2 は互いに結合して−A−とともに不飽和結合を含んでいてもよい環状構造を形成し、Aは式(2)〜(5)のいずれかで表される構造を有する)
」(請求項1)
の発明が記載され、この発明によれば、「二次電池の場合にはサイクル特性に優れた非水系電解液電池を提供することができる」(段落[0046])ことが記載されている。
Patent Document 2 discloses that in a non-aqueous electrolyte battery including a negative electrode containing lithium as an active material, a positive electrode, a solute and an organic solvent, a separator and an outer can, the organic solvent is represented by the formula (1 ), And the material of the current collector used for the positive electrode and the material of the liquid contact part with the electrolyte on the positive electrode side of the outer can are valve metals or alloys thereof A non-aqueous electrolyte battery.
R1-A-R2 (1)
Wherein R1 and R2 each independently represents an aryl group or an alkyl group optionally substituted with a halogen atom, or an aryl group optionally substituted with an alkyl group or a halogen atom, or R1 and R2 Are bonded to each other to form a cyclic structure which may contain an unsaturated bond together with -A-, and A has a structure represented by any one of formulas (2) to (5))
(Claim 1)
According to this invention, it is described that “in the case of a secondary battery, a nonaqueous electrolyte battery excellent in cycle characteristics can be provided” (paragraph [0046]).

また、特許文献2には、「Aが式(5)で表される構造を有する化合物の具体例として、・・・等の鎖状硫酸エステル;エチレングリコール硫酸エステル、1,2−プロパンジオール硫酸エステル、1,3−プロパンジオール硫酸エステル、1,2−ブタンジオール硫酸エステル、1,3−ブタンジオール硫酸エステル、2,3−ブタンジオール硫酸エステル、フェニルエチレングリコール硫酸エステル、メチルフェニルエチレングリコール硫酸エステル、エチルフェニルエチレングリコール硫酸エステル等の環状硫酸エステル;および上記鎖状硫酸エステルや環状硫酸エステルのハロゲン化物を挙げることができる。」(段落[0019])、「本発明の非水系電解液電池を構成する正極には、例えば、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物材料;二酸化マンガン等の遷移金属酸化物材料;フッ化黒鉛等の炭素質材料などのリチウムを吸蔵・放出可能な材料を使用することができる。具体的には、LiFeO2 、LiCoO2 、LiNiO2 、LiMn2 4 およびこれらの非定比化合物、MnO2 、TiS2 、FeS2 、Nb3 4 、Mo3 4 、CoS2 、V2 5 、P2 5 、CrO3 、V3 3 、TeO2 、GeO2 等を用いることができる。」(段落[0032])と記載されている。 Patent Document 2 discloses that “as a specific example of a compound in which A has a structure represented by the formula (5), a chain sulfate such as...; Ethylene glycol sulfate, 1,2-propanediol sulfate. Ester, 1,3-propanediol sulfate, 1,2-butanediol sulfate, 1,3-butanediol sulfate, 2,3-butanediol sulfate, phenylethylene glycol sulfate, methylphenylethylene glycol sulfate And cyclic sulfates such as ethylphenylethylene glycol sulfate; and chain sulfates and halides of cyclic sulfates described above (paragraph [0019]), “non-aqueous electrolyte battery of the present invention. For example, lithium cobalt oxide, lithium Lithium transition metal composite oxide materials such as nickel oxide and lithium manganese oxide; transition metal oxide materials such as manganese dioxide; use of materials capable of occluding and releasing lithium such as carbonaceous materials such as fluorinated graphite Specifically, LiFeO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and their non-stoichiometric compounds, MnO 2 , TiS 2 , FeS 2 , Nb 3 S 4 , Mo 3 S 4 , CoS 2 , V 2 O 5 , P 2 O 5 , CrO 3 , V 3 O 3 , TeO 2 , GeO 2, etc. ”(paragraph [0032]).

特許文献3には、「リチウムを吸蔵・放出可能な正極と、リチウムを吸蔵・放出可能な負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、下記化学式(I)で表される環状硫酸エステルを含む非水電解液とを電池ケースに入れた後に充電を行い、前記充電により前記電池ケース内にガスを発生させ、前記ガスを前記電池ケースの外に放出させ、その後に前記電池ケースを密閉することを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。
」(請求項1)
の発明が記載され、この発明により、「高いサイクル特性と電池の膨れを防止した非水電解液二次電池を提供できる」(段落[0011])ことが記載されている。
In Patent Document 3, “a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and represented by the following chemical formula (I): And charging the battery case with a non-aqueous electrolyte containing a cyclic sulfate, and generating a gas in the battery case by the charging, releasing the gas to the outside of the battery case, and then A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the battery case is sealed.
(Claim 1)
According to this invention, it is described that “a non-aqueous electrolyte secondary battery with high cycle characteristics and battery swelling can be provided” (paragraph [0011]).

また、特許文献3には、「上記正極に用いる正極活物質としては、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物である、組成式LixMO2、又はLiy24(但し、Mは遷移金属であり、x、yは0≦x≦1、0≦y≦2の数字を表す。)で表される複合酸化物、スピネル構造の酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物などを用いることができる。その具体例としては、例えば、LiCoO2などのリチウムコバルト複合酸化物、LiMn24などのリチウムマンガン複合酸化物、LiNiO2などのリチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン・ニッケル複合酸化物、リチウムマンガン・ニッケル・コバルト複合酸化物、リチウムチタン複合酸化物、又は二酸化マンガン、五酸化バナジウム、クロム酸化物などの金属酸化物、又は二硫化チタン、二硫化モリブデンなどの金属硫化物などが用いられる。また、これらを混合して用いてもよい。」(段落[0030])と記載され、実施例においては、正極活物質としてLiCoO2を用いること(段落[0040])が示されている。 Patent Document 3 states that “as the positive electrode active material used for the positive electrode, a composition formula Li x MO 2 or Li y M 2 O 4 , which is a compound capable of inserting and extracting lithium (where M is a transition) It is a metal, and x and y represent numbers of 0 ≦ x ≦ 1 and 0 ≦ y ≦ 2.) A composite oxide, an oxide having a spinel structure, a metal chalcogenide having a layered structure, or the like may be used. Specific examples thereof include, for example, a lithium cobalt composite oxide such as LiCoO 2 , a lithium manganese composite oxide such as LiMn 2 O 4, a lithium nickel composite oxide such as LiNiO 2 , a lithium manganese / nickel composite oxide, Lithium manganese / nickel / cobalt composite oxide, lithium titanium composite oxide, or metal oxide such as manganese dioxide, vanadium pentoxide, chromium oxide, or disulfide Tan, is used a metal sulfides such as molybdenum disulfide. May also be used as a mixture thereof. "(Paragraph [0030]) and are described in the examples, LiCoO 2 as a positive electrode active material Use (paragraph [0040]) is shown.

WO2012/053644WO2012 / 053644 特開平11−162511号公報JP-A-11-162511 特開2006−120460号公報JP 2006-120460 A

特許文献1には、ジグリコールサルフェートを含有する非水電解液をリチウム二次電池に用いることにより、電池の容量維持性能を改善しながら、かつ、電池の充電保存時における開放電圧の低下を著しく抑制できることが記載されているが、リチウム二次電池の充放電サイクル性能を向上させることは記載されていない。また、正極活物質として、α−NaFeO型結晶構造を有し、Co、Ni及びMnを含むリチウム遷移金属複合酸化物を用いることは記載されていない。
また、特許文献2及び3には、特定の環状硫酸エステル化合物を含有する非水電解液を用いることにより、非水電解液二次電池のサイクル特性を改善することが記載されているが、正極活物質として、α−NaFeO型結晶構造を有し、Co、Ni及びMnを含むリチウム遷移金属複合酸化物を用いることについては具体的な記載がなく、環状硫酸エステル化合物として、ジグリコールサルフェートを用いることも記載されていない。
In Patent Document 1, a non-aqueous electrolyte containing diglycol sulfate is used for a lithium secondary battery, so that the capacity maintenance performance of the battery is improved and the open-circuit voltage is significantly reduced when the battery is charged and stored. Although it is described that it can be suppressed, it does not describe improving the charge / discharge cycle performance of the lithium secondary battery. Moreover, it is not described that a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 type crystal structure and containing Co, Ni, and Mn is used as the positive electrode active material.
Patent Documents 2 and 3 describe that the cycle characteristics of a non-aqueous electrolyte secondary battery can be improved by using a non-aqueous electrolyte containing a specific cyclic sulfate compound. There is no specific description about using a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 type crystal structure and containing Co, Ni and Mn as an active material, and diglycol sulfate is used as a cyclic sulfate compound. The use is not described.

本発明は、上記従来技術には示されていない、α−NaFeO型結晶構造を有し、Co、Ni及びMnを含むリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質、中でも「リチウム過剰型」正極活物質を用いた非水電解質二次電池の充放電サイクル性能を、特定の環状スルホン酸化合物を含有する非水電解質より改善することを課題とする。 The present invention has an α-NaFeO 2 type crystal structure, which is not shown in the above prior art, and a positive electrode active material including a lithium transition metal composite oxide containing Co, Ni, and Mn, among which “lithium excess type” It is an object of the present invention to improve the charge / discharge cycle performance of a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material as compared with a nonaqueous electrolyte containing a specific cyclic sulfonic acid compound.

本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
正極、負極及び非水電解質を備えた非水電解質二次電池であって、前記正極は、α−NaFeO型結晶構造を有し、組成式Li1+αMe1−α(MeはMn、Ni及びCoを含む遷移金属元素、1.0(1+α)/(1−α)≦1.6)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質を含有し、且つ、前記非水電解質は、下記一般式(1)で表される環状スルホン酸化合物を非水電解質の総質量の5質量%未満含有していることを特徴とする非水電解質二次電池である。
〔一般式(1)において、R及びRは、式(2)で表される互いに結合した基を示すか、又は、いずれか一方が一般式(3)、式(4)又は式(5)で表される基(*の部分がR又はRのいずれか一方に結合)且つ他方が水素原子を示す。Rは、ハロゲンを含んでも良い炭素数1〜3のアルキル基である。〕
In the present invention, in order to solve the above problems, the following means are adopted.
A nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the positive electrode has an α-NaFeO 2 type crystal structure, and a composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 (Me is Mn, A transition metal element containing Ni and Co, a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide represented by 1.0 < (1 + α) / (1-α) ≦ 1.6), and The water electrolyte is a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a cyclic sulfonic acid compound represented by the following general formula (1) less than 5% by mass of the total mass of the non-aqueous electrolyte.
[In General Formula (1), R 1 and R 2 represent a group bonded to each other represented by Formula (2), or one of them is represented by General Formula (3), Formula (4) or Formula ( 5) (the part of * is bonded to either R 1 or R 2 ) and the other is a hydrogen atom. R 3 is a C 1-3 alkyl group which may contain halogen. ]

前記リチウム遷移金属複合酸化物は、前記組成式において、1.0<(1+α)/(1−α)≦1.50(リチウム過剰型)であることが好ましく、1.25≦(1+α)/(1−α)≦1.45であることがより好ましい。 In the composition formula, the lithium transition metal composite oxide preferably satisfies 1.0 <(1 + α) / (1-α) ≦ 1.50 (lithium excess type), and 1.25 ≦ (1 + α) / It is more preferable that (1-α) ≦ 1.45.

前記非水電解質は、前記環状スルホン酸化合物を非水電解質の総質量の5質量%未満含有していることが好ましく、また、0.01質量%以上含有していることが好ましい。   The non-aqueous electrolyte preferably contains less than 5% by mass of the cyclic sulfonic acid compound based on the total mass of the non-aqueous electrolyte, and preferably 0.01% by mass or more.

本発明によれば、α−NaFeO型結晶構造を有し、Co、Ni及びMnを含むリチウム遷移金属複合酸化物を含有する正極活物質、中でも「リチウム過剰型」正極活物質を用いた非水電解質二次電池に、上記の環状スルホン酸化合物を含有する非水電解質を用いることにより、充放電サイクル性能が顕著に向上するという効果を奏する。 According to the present invention, a positive electrode active material having an α-NaFeO 2 type crystal structure and containing a lithium transition metal composite oxide containing Co, Ni and Mn, in particular, a non-lithium-based positive electrode active material is used. By using a non-aqueous electrolyte containing the above cyclic sulfonic acid compound for the water electrolyte secondary battery, there is an effect that the charge / discharge cycle performance is remarkably improved.

本発明の実施例に用いた角形リチウム二次電池の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the square lithium secondary battery used for the Example of this invention.

本発明に係る非水電解質二次電池に用いる正極活物質が含有するリチウム遷移金属複合酸化物は、α−NaFeO型結晶構造を有し、Co、Ni及びMnを含む遷移金属元素Me、並びに、Liを含有し、Li1+αMe1−α(1.0≦(1+α)/(1−α)≦1.6)と表記することができるものである。このリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いた非水電解質二次電池に、上記一般式(1)で表される環状スルホン酸化合物を含有する非水電解質を用いることにより、充放電サイクル性能が向上するという効果を奏する。
一方、α−NaFeO構造を有さないリチウム遷移金属酸化物、例えば、スピネル構造を有するLiMn等を正極活物質として用いた非水電解質電池では、本発明の効果を奏さないので好ましくない。
The lithium transition metal composite oxide contained in the positive electrode active material used in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has an α-NaFeO 2 type crystal structure, and includes a transition metal element Me containing Co, Ni, and Mn, and , Li, and can be expressed as Li 1 + α Me 1-α O 2 (1.0 ≦ (1 + α) / (1-α) ≦ 1.6). By using a non-aqueous electrolyte containing the cyclic sulfonic acid compound represented by the above general formula (1) for a non-aqueous electrolyte secondary battery using this lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a charge / discharge cycle is achieved. There is an effect that the performance is improved.
On the other hand, a non-aqueous electrolyte battery using a lithium transition metal oxide having no α-NaFeO 2 structure, for example, LiMn 2 O 4 having a spinel structure as a positive electrode active material is preferable because it does not exhibit the effects of the present invention. Absent.

本発明においては、組成式Li1+αMe1−αにおいて(1+α)/(1−α)で表される遷移金属元素Meに対するLiのモル比Li/Meは、1(α=0)より大きく(リチウム過剰型)及び1.5以下とすることで、放電容量が大きく、充放電サイクル性能が優れた非水電解質二次電池を得ることができるので、1<(1+α)/(1−α)≦1.5とすることが好ましい。なかでも、放電容量が特に大きく、充放電サイクル性能が優れた非水電解質二次電池を得ることができるという観点から、1.25≦(1+α)/(1−α)≦1.50とすることがより好ましく、1.25≦(1+α)/(1−α)≦1.45とすることが特に好ましい。
「Li過剰型」正極活物質は、充放電サイクル性能が劣るが、上記一般式(1)で表される環状スルホン酸化合物を含有した非水電解質を用いることにより、充放電サイクル性能が顕著に向上する。(1+α)/(1−α)=1(α=0)である「LiMeO型」正極活物質を用いた電池は、「Li過剰型」正極活物質を用いた電池より、充放電サイクル性能は高いが、上記一般式(1)で表される環状スルホン酸化合物を含有した非水電解質を用いることにより、充放電サイクル性能がさらに向上する。
In the present invention, the molar ratio Li / Me of Li to the transition metal element Me represented by (1 + α) / (1-α) in the composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 is 1 (α = 0). By making it large (excessive lithium type) and 1.5 or less, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity and excellent charge / discharge cycle performance can be obtained, so 1 <(1 + α) / (1- α) ≦ 1.5 is preferable. Among these, from the viewpoint that a nonaqueous electrolyte secondary battery having a particularly large discharge capacity and excellent charge / discharge cycle performance can be obtained, 1.25 ≦ (1 + α) / (1-α) ≦ 1.50. It is more preferable that 1.25 ≦ (1 + α) / (1−α) ≦ 1.45.
The “Li-excess type” positive electrode active material is inferior in charge / discharge cycle performance, but by using a nonaqueous electrolyte containing the cyclic sulfonic acid compound represented by the general formula (1), the charge / discharge cycle performance is remarkably increased. improves. The battery using the “LiMeO 2 type” positive electrode active material with (1 + α) / (1−α) = 1 (α = 0) is more charge / discharge cycle performance than the battery using the “Li-excess type” positive electrode active material. However, the charge / discharge cycle performance is further improved by using a nonaqueous electrolyte containing the cyclic sulfonic acid compound represented by the general formula (1).

また、本発明においては、放電容量が大きく、充放電サイクル性能が優れた非水電解質二次電池を得ることができるという点で、遷移金属元素Meに対するCoのモル比Co/Meは、0.05〜0.40とすることが好ましく、0.10〜0.30とすることがより好ましい。   Further, in the present invention, the molar ratio Co / Me of Co to the transition metal element Me is 0.00 in that a nonaqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity and excellent charge / discharge cycle performance can be obtained. It is preferable to set it as 05-0.40, and it is more preferable to set it as 0.10-0.30.

同様に、放電容量が大きく、充放電サイクル性能が優れた非水電解質二次電池を得ることができるという点で、遷移金属元素Meに対するMnのモル比Mn/Meは0.44〜0.85が好ましく、0.48〜0.75がより好ましい。   Similarly, the molar ratio Mn / Mn of the transition metal element Me is 0.44 to 0.85 in that a nonaqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity and excellent charge / discharge cycle performance can be obtained. Is preferable, and 0.48 to 0.75 is more preferable.

本発明に係る非水電解質二次電池に正極活物質として用いるリチウム遷移金属複合酸化物は、一般式Li1+α(CoNiMn1−α、但し、1≦(1+α)/(1−α)≦1.6、a+b+c=1、a>0、b>0、c>0で表わされるものであり、本質的に、Li、Co、Ni及びMnからなる複合酸化物であるが、放電容量を向上させるために、Naを1000ppm以上含ませることが好ましい。Naの含有量は、2000〜10000ppmがより好ましい。 The lithium transition metal composite oxide used as the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has the general formula Li 1 + α (Co a Ni b Mn c ) 1-α O 2 , provided that 1 ≦ (1 + α) / (1-α) ≦ 1.6, a + b + c = 1, a> 0, b> 0, c> 0, and essentially a composite oxide composed of Li, Co, Ni, and Mn However, in order to improve discharge capacity, it is preferable to contain 1000 ppm or more of Na. As for content of Na, 2000-10000 ppm is more preferable.

Naを含有させるために、後述する水酸化物前駆体又は炭酸塩前駆体を作製する工程において、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を中和剤として使用し、洗浄工程でNaを残存させるか、及び、その後の焼成工程において炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を添加する方法を採用することができる。   In order to contain Na, a sodium precursor such as sodium hydroxide or sodium carbonate is used as a neutralizing agent in the step of preparing a hydroxide precursor or carbonate precursor described later, and Na remains in the washing step. Alternatively, a method of adding a sodium compound such as sodium carbonate in the subsequent firing step can be employed.

また、本発明の効果を損なわない範囲で、Na以外のアルカリ金属、Mg,Ca等のアルカリ土類金属、Fe,Zn等の3d遷移金属に代表される遷移金属など少量の他の金属を含有することを排除するものではない。   In addition, a small amount of other metals such as alkali metals other than Na, alkaline earth metals such as Mg and Ca, transition metals typified by 3d transition metals such as Fe and Zn, and the like are included as long as the effects of the present invention are not impaired. It does not exclude doing.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、α−NaFeO構造を有している。合成後(充放電を行う前)の上記リチウム遷移金属複合酸化物は、空間群P312あるいはR3−mに帰属される。このうち、空間群P312に帰属されるものには、CuKα管球を用いたエックス線回折図上、2θ=21°付近に超格子ピーク(Li[Li1/3Mn2/3]O型の単斜晶に見られるピーク)が確認される。ところが、一度でも充電を行い、結晶中のLiが脱離すると結晶の対称性が変化することにより、上記超格子ピークが消滅して、上記リチウム遷移金属複合酸化物は空間群R3−mに帰属されるようになる。ここで、P312は、R3−mにおける3a、3b、6cサイトの原子位置を細分化した結晶構造モデルであり、R3−mにおける原子配置に秩序性が認められるときに該P312モデルが採用される。なお、「R3−m」は本来「R3m」の「3」の上にバー「−」を施して表記すべきものである。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention has an α-NaFeO 2 structure. The lithium transition metal composite oxide after synthesis (before charging and discharging) is attributed to the space group P3 1 12 or R3-m. Among these, those belonging to the space group P3 1 12 are superlattice peaks (Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 near 2θ = 21 ° on the X-ray diffraction diagram using the CuKα tube. The peak observed in the monoclinic type) is confirmed. However, when charging is performed once and Li in the crystal is desorbed, the symmetry of the crystal changes, whereby the superlattice peak disappears and the lithium transition metal composite oxide belongs to the space group R3-m. Will come to be. Here, P3 1 12 is a crystal structure model in which the atomic positions of the 3a, 3b, and 6c sites in R3-m are subdivided, and when ordering is recognized in the atomic arrangement in R3-m, the P3 1 12 model Is adopted. Note that “R3-m” should be represented by adding a bar “-” on “3” of “R3m”.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、エックス線回折パターンを元に空間群R3−mを結晶構造モデルに用いたときに(003)面に帰属される回折ピークの半値幅が0.204°〜0.303°の範囲であるか、又は、(104)面に帰属される回折ピークの半値幅が0.266°〜0.424°の範囲であることが好ましい。こうすることにより、正極活物質の放電容量を大きくし、高率放電性能を向上させることが可能となる。なお、CuKα管球を用いたときに現れる2θ=18.6°±1°の回折ピークは、空間群P312及びR3−mではミラー指数hklにおける(003)面に、2θ=44.1°±1°の回折ピークは、空間群P312では(114)面、空間群R3−mでは(104)面にそれぞれ指数付けされる。 In the lithium transition metal composite oxide according to the present invention, the half width of the diffraction peak attributed to the (003) plane is 0.204 ° when the space group R3-m is used as the crystal structure model based on the X-ray diffraction pattern. It is preferably in the range of ˜0.303 °, or the half width of the diffraction peak attributed to the (104) plane is in the range of 0.266 ° to 0.424 °. By doing so, it is possible to increase the discharge capacity of the positive electrode active material and improve the high rate discharge performance. Note that the diffraction peak of 2θ = 18.6 ° ± 1 ° that appears when using the CuKα tube is 2θ = 44.1 on the (003) plane at the Miller index hkl in the space groups P3 1 12 and R3-m. diffraction peak ° ± 1 ° is the space group P3 1 12 (114) plane, are respectively indexed to the space group in R3-m (104) plane.

また、リチウム遷移金属複合酸化物は、過充電中に構造変化しないことが好ましい。これは、電位5.0V(vs.Li/Li)まで電気化学的に酸化したとき、エックス線回折図上空間群R3−mに帰属される単一相として観察されることにより確認できる。これにより、充放電サイクル性能が優れた非水電解質二次電池を得ることができる。 Moreover, it is preferable that a lithium transition metal complex oxide does not change a structure during overcharge. This can be confirmed by being observed as a single phase belonging to the space group R3-m on the X-ray diffraction diagram when electrochemically oxidized to a potential of 5.0 V (vs. Li / Li + ). Thereby, the nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in charge / discharge cycle performance can be obtained.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、放電容量を向上させるために、2次粒子の粒度分布における累積体積が50%となる粒子径であるD50を、水酸化物前駆体から作製する場合、1〜8μmとすることが好ましく、炭酸塩前駆体から作製する場合、5〜18μmとすることが好ましい。
また、D50を5μm以上とすることが、正極場における環状スルホン酸化合物の不要な分解を抑制することができ、より充放電サイクル性能が向上することから好ましい。
When the lithium transition metal composite oxide according to the present invention is prepared from a hydroxide precursor in order to improve the discharge capacity, D50, which is a particle diameter in which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles is 50%, is prepared from the hydroxide precursor. 1 to 8 μm, and in the case of producing from a carbonate precursor, it is preferably 5 to 18 μm.
Moreover, it is preferable to set D50 to 5 μm or more because unnecessary decomposition of the cyclic sulfonic acid compound in the positive electrode field can be suppressed and charge / discharge cycle performance is further improved.

本発明に係る正極活物質のBET比表面積は、初期効率、高率放電性能が優れた非水電解質二次電池を得るために、1m/g以上が好ましく、2〜5m/gがより好ましい。
また、タップ密度は、高率放電性能が優れた非水電解質二次電池を得るために、1.25g/cc以上が好ましく、1.7g/cc以上がより好ましい。
BET specific surface area of the positive electrode active material according to the present invention, the initial efficiency, in order to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent high rate discharge performance, is preferably at least 1m 2 / g, 2~5m 2 / g Gayori preferable.
Further, the tap density is preferably 1.25 g / cc or more, and more preferably 1.7 g / cc or more in order to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in high rate discharge performance.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、炭酸塩前駆体から作製する場合、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積が最大値を示す細孔径が30〜40nmの範囲であり、ピーク微分細孔容積が0.85mm/(g・nm)以上であることが好ましい。ピーク微分細孔容積が0.85mm/(g・nm)以上であることにより、初期効率が優れた非水電解質二次電池を得ることができる。また、ピーク微分細孔容積を1.75mm/(g・nm)以下とすることにより、初期効率に加え、放電容量が特に優れた非水電解質二次電池を得ることができるから、ピーク微分細孔容積は0.85〜1.75mm/(g・nm)であることが好ましい。 When the lithium transition metal composite oxide according to the present invention is produced from a carbonate precursor, the pore diameter at which the differential pore volume determined by the BJH method from the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method shows the maximum value is 30. It is in the range of ˜40 nm, and the peak differential pore volume is preferably 0.85 mm 3 / (g · nm) or more. When the peak differential pore volume is 0.85 mm 3 / (g · nm) or more, a nonaqueous electrolyte secondary battery with excellent initial efficiency can be obtained. Further, by setting the peak differential pore volume to 1.75 mm 3 / (g · nm) or less, in addition to the initial efficiency, a non-aqueous electrolyte secondary battery having particularly excellent discharge capacity can be obtained. The pore volume is preferably 0.85 to 1.75 mm 3 / (g · nm).

本発明においては、上記のようなリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いた非水電解質二次電池に、上記一般式(1)で表される環状スルホン酸化合物を含有する非水電解質を用いることにより、充放電サイクル性能が向上するという効果を奏する。
一般式(1)において、R及びRのいずれか一方が式(4)で表される基且つ他方が水素原子である環状スルホン酸化合物は、ジグリコールサルフェート(DGLST)に相当し、特許文献1において、4,4’−ビス(2,2−ジオキソ−1,3,2−ジオキサチオラン)として示され、1,2:3,4−ジ−O−スルファニル−メゾ−エリスリトール、1,2:3,4−ジ−O−スルファニル−D,L−スレイトールの2種類のジアステレオマーが存在すると記載されているものである。
及びRが、式(2)で表される互いに結合した基を示す環状スルホン酸化合物は、エリスリトール(エリトリトール)と同様の4価のアルコールを原料とし、スルホン酸と化合した2個の環を有するから、DGLSTと同様の化合物である。R及びRのいずれか一方が、式(5)で表される基且つ他方が水素原子である環状スルホン酸化合物も、スルホン酸と化合した2個の環を有するから、DGLSTと同様の化合物である。
及びRのいずれか一方が一般式(3)で表される基且つ他方が水素原子である環状スルホン酸化合物は、3価のアルコールを原料とし、環は1個であるが、2個のスルホン酸と化合した化合物であり、ジグリコールサルフェートと同様の効果を奏するものである。Rがメチル基の場合は、4−メチルスルホニルオキシメチル−2,2−ジオキソ−1,3,2−ジオキサチオランであり、Rがエチル基の場合は、4−エチルスルホニルオキシメチル−2,2−ジオキソ−1,3,2−ジオキサチオランである。
これらの中でも、非水電解質への含有量が少なくて済むことから、分子量の小さいジグリコールサルフェートが好ましい。
In the present invention, a nonaqueous electrolyte containing the cyclic sulfonic acid compound represented by the above general formula (1) in a nonaqueous electrolyte secondary battery using the lithium transition metal composite oxide as described above as a positive electrode active material. By using, there is an effect that the charge / discharge cycle performance is improved.
In the general formula (1), the cyclic sulfonic acid compound in which one of R 1 and R 2 is a group represented by the formula (4) and the other is a hydrogen atom corresponds to diglycol sulfate (DGLST), In literature 1, indicated as 4,4′-bis (2,2-dioxo-1,3,2-dioxathiolane), 1,2,3,4-di-O-sulfanyl-meso-erythritol, 1,2 : Two diastereomers of 3,4-di-O-sulfanyl-D, L-threitol are described.
The cyclic sulfonic acid compound in which R 1 and R 2 represent a group bonded to each other represented by the formula (2) is composed of two tetravalent alcohols similar to erythritol (erythritol) as a raw material and combined with sulfonic acid. Since it has a ring, it is the same compound as DGLST. A cyclic sulfonic acid compound in which either one of R 1 and R 2 is a group represented by the formula (5) and the other is a hydrogen atom also has two rings combined with a sulfonic acid. A compound.
The cyclic sulfonic acid compound in which either one of R 1 and R 2 is a group represented by the general formula (3) and the other is a hydrogen atom uses a trivalent alcohol as a raw material and has one ring. It is a compound combined with one sulfonic acid, and has the same effect as diglycol sulfate. When R 3 is a methyl group, it is 4-methylsulfonyloxymethyl-2,2-dioxo-1,3,2-dioxathiolane, and when R 3 is an ethyl group, 4-ethylsulfonyloxymethyl-2, 2-dioxo-1,3,2-dioxathiolane.
Among these, diglycol sulfate having a low molecular weight is preferable because the content in the non-aqueous electrolyte is small.

上記環状スルホン酸化合物の作用機構はかならずししも明確ではない。以下に、ジグリコールサルフェート(DGLST)を含有する非水電解質を用いた場合の充放電サイクル性能改善の推定メカニズムを記載する。
α−NaFeO型結晶構造を有し、Mnを含有するリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として含む正極は、充放電に伴い、正極からMnが電解液中に溶出し、そのMnが負極に到達して、負極上でMnを含む被膜が形成される。このMnを含む被膜が、サイクル特性等の電池の寿命を低下させる原因になっていると考えられる。
DGLSTの還元分解電位は約1.1V(vs.Li/Li)であり、他の一般的な溶媒よりも比較的高いため、非水電解質二次電池の初回充電時に他の溶媒に先駆けて、負極上にDGLST由来の被膜が形成される。その還元分解時に、スルホン酸を含む部位が分離し、この部位が、正極からの溶解等により発生するMnを補足することにより、負極上にMnを含む被膜が形成されることを防ぐと推測される。よって、DGLSTを非水電解質に含有させることにより、サイクル特性等の非水電解質二次電池の寿命が改善するものと考えられる。
特に、Li/Me比が1.25以上のリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として含む正極を用いた非水電解質二次電池では、正極からのMn溶出量が多くなりやすい傾向があるため、DGLSTがサイクル特性の改善に大きく寄与するものと考えられる。
The mechanism of action of the cyclic sulfonic acid compound is not always clear. Below, the estimation mechanism of the charge / discharge cycle performance improvement at the time of using the non-aqueous electrolyte containing diglycol sulfate (DGLST) is described.
A positive electrode having an α-NaFeO 2 type crystal structure and containing a lithium transition metal composite oxide containing Mn as a positive electrode active material is eluted with Mn from the positive electrode into the electrolyte during charge and discharge, and the Mn is negative electrode A film containing Mn is formed on the negative electrode. The coating containing Mn is considered to be a cause of reducing the battery life such as cycle characteristics.
Since the reductive decomposition potential of DGLST is about 1.1 V (vs. Li / Li + ) and is relatively higher than other common solvents, the first charge of the nonaqueous electrolyte secondary battery precedes other solvents. A film derived from DGLST is formed on the negative electrode. At the time of the reductive decomposition, a part containing sulfonic acid is separated, and this part is presumed to prevent formation of a film containing Mn on the negative electrode by supplementing Mn generated by dissolution from the positive electrode. The Therefore, it is considered that the life of the nonaqueous electrolyte secondary battery such as cycle characteristics is improved by including DGLST in the nonaqueous electrolyte.
In particular, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode including a lithium transition metal composite oxide having a Li / Me ratio of 1.25 or more as a positive electrode active material, the amount of Mn elution from the positive electrode tends to increase. It is considered that DGLST greatly contributes to improvement of cycle characteristics.

環状スルホン酸化合物の含有量としては、非水電解質二次電池中の非水電解質から環状スルホン酸化合物が検出される程度含まれていることが好ましい。このように、非水電解質二次電池中の非水電解質から検出される程度に環状スルホン酸化合物が含まれている場合、充放電サイクル性能を改善することが可能となる。また、非水電解質二次電池が初期活性化後(使用前、出荷時)の状態にあるときに、非水電解質から環状スルホン酸化合物が検出される程度含まれている場合、電池の使用時において、サイクル特性を十分に改善することが可能となるため、特に好ましい。
非水電解質二次電池中の非水電解質から検出される環状スルホン酸化合物の量は、0.01質量%以上、5質量%未満であることが好ましい。検出される環状スルホン酸化合物が0.01質量%以上であれば、サイクル特性を十分に改善することが可能となるため好ましい。また、検出される環状スルホン酸化合物を5質量%未満とすることで、本発明の効果を維持しつつ、非水電解質二次電池のコストを抑制することができるため好ましい。特に好ましくは、0.05質量%以上、4質量%以下である。
非水電解質に含まれる環状スルホン酸化合物の検出(定性及び定量)は、GC−MS測定やLC−MS測定により行うことが可能である。
The content of the cyclic sulfonic acid compound is preferably included to the extent that the cyclic sulfonic acid compound is detected from the nonaqueous electrolyte in the nonaqueous electrolyte secondary battery. Thus, when the cyclic sulfonic acid compound is contained to the extent that it is detected from the nonaqueous electrolyte in the nonaqueous electrolyte secondary battery, the charge / discharge cycle performance can be improved. In addition, when the non-aqueous electrolyte secondary battery is in the state after initial activation (before use, at the time of shipment), when the cyclic sulfonic acid compound is detected from the non-aqueous electrolyte, the battery is used. Is particularly preferable because the cycle characteristics can be sufficiently improved.
The amount of the cyclic sulfonic acid compound detected from the nonaqueous electrolyte in the nonaqueous electrolyte secondary battery is preferably 0.01% by mass or more and less than 5% by mass. If the detected cyclic sulfonic acid compound is 0.01% by mass or more, it is preferable because cycle characteristics can be sufficiently improved. Moreover, it is preferable to make the detected cyclic sulfonic acid compound less than 5% by mass because the cost of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be suppressed while maintaining the effects of the present invention. Especially preferably, it is 0.05 mass% or more and 4 mass% or less.
Detection (qualitative and quantitative) of the cyclic sulfonic acid compound contained in the nonaqueous electrolyte can be performed by GC-MS measurement or LC-MS measurement.

環状スルホン酸化合物を含有する非水電解質を調製するに当たり、非水電解質を構成する電解質塩、非水溶媒及び環状スルホン酸化合物の混合順序は任意である。後述の実施例においては、非水溶媒に電解質塩を溶解させたのち、環状スルホン酸化合物を添加する手順により環状スルホン酸化合物を含有する非水電解質を調製しているが、この手順以外で調整した環状スルホン酸化合物を含有する非水電解質を用いたとしても、本発明の効果は発現する。また、環状スルホン酸化合物以外の化合物が非水電解質に含まれる場合も同様に混合順序は任意である。   In preparing a non-aqueous electrolyte containing a cyclic sulfonic acid compound, the mixing order of the electrolyte salt, the non-aqueous solvent and the cyclic sulfonic acid compound constituting the non-aqueous electrolyte is arbitrary. In the examples described later, after dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, a non-aqueous electrolyte containing a cyclic sulfonic acid compound is prepared by a procedure of adding a cyclic sulfonic acid compound. Even if a non-aqueous electrolyte containing the prepared cyclic sulfonic acid compound is used, the effect of the present invention is exhibited. Similarly, when the nonaqueous electrolyte contains a compound other than the cyclic sulfonic acid compound, the mixing order is arbitrary.

次に、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質を製造する方法について説明する。
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、基本的に、活物質を構成する金属元素(Li,Mn,Co,Ni)を目的とする活物質(酸化物)の組成通りに含有する原料を調整し、これを焼成することによって得ることができる。但し、Li原料の量については、焼成中にLi原料の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。
目的とする組成の酸化物を作製するにあたり、Li,Co,Ni,Mnのそれぞれの塩を混合・焼成するいわゆる「固相法」や、あらかじめCo,Ni,Mnを一粒子中に存在させた共沈前駆体を作製しておき、これにLi塩を混合・焼成する「共沈法」が知られている。「固相法」による合成過程では、特にMnはCo,Niに対して均一に固溶しにくいため、各元素が一粒子中に均一に分布した試料を得ることは困難である。これまで文献などにおいては固相法によってNiやCoの一部にMnを固溶(LiNi1−xMnなど)しようという試みが多数なされているが、「共沈法」を選択する方が原子レベルで均一相を得ることが容易である。そこで、後述する実施例においては、「共沈法」を採用した。
Next, a method for producing the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described.
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention basically contains a metal element (Li, Mn, Co, Ni) constituting the active material in accordance with the composition of the active material (oxide) for the purpose. It can be obtained by adjusting the raw material to be prepared and firing it. However, with respect to the amount of the Li raw material, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li raw material during firing.
In producing an oxide having a desired composition, a so-called “solid phase method” in which salts of Li, Co, Ni, and Mn are mixed and fired, or Co, Ni, and Mn were previously present in one particle. A “coprecipitation method” is known in which a coprecipitation precursor is prepared, and a Li salt is mixed and fired therein. In the synthesis process by the “solid phase method”, especially Mn is difficult to uniformly dissolve in Co and Ni, so it is difficult to obtain a sample in which each element is uniformly distributed in one particle. In literatures and the like, many attempts have been made to dissolve Mn in a part of Ni or Co (LiNi 1-x Mn x O 2 etc.) by solid phase method, but the “coprecipitation method” is selected. It is easier to obtain a homogeneous phase at the atomic level. Therefore, the “coprecipitation method” is employed in the examples described later.

共沈前駆体を作製するにあたって、Co,Ni,MnのうちMnは酸化されやすく、Co,Ni,Mnが2価の状態で均一に分布した共沈前駆体を作製することが容易ではないため、Co,Ni,Mnの原子レベルでの均一な混合は不十分なものとなりやすい。特に本発明の組成範囲においては、Mn比率がCo,Ni比率に比べて高いので、水溶液中の溶存酸素を除去することが特に重要である。溶存酸素を除去する方法としては、酸素を含まないガスをバブリングする方法が挙げられる。酸素を含まないガスとしては、限定されるものではないが、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素(CO)等を用いることができる。なかでも、共沈炭酸塩前駆体を作製する場合には、酸素を含まないガスとして二酸化炭素を採用すると、炭酸塩がより生成しやすい環境が与えられるため、好ましい。 When preparing a coprecipitation precursor, Mn is easily oxidized among Co, Ni and Mn, and it is not easy to prepare a coprecipitation precursor in which Co, Ni and Mn are uniformly distributed in a divalent state. Uniform mixing at the atomic level of Co, Ni and Mn tends to be insufficient. In particular, in the composition range of the present invention, since the Mn ratio is higher than the Co and Ni ratios, it is particularly important to remove dissolved oxygen in the aqueous solution. Examples of the method for removing dissolved oxygen include a method of bubbling a gas not containing oxygen. The gas not containing oxygen is not limited, but nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide (CO 2 ), or the like can be used. Among these, when producing a coprecipitated carbonate precursor, it is preferable to employ carbon dioxide as a gas not containing oxygen because an environment in which carbonate is more easily generated is provided.

溶液中でCo、Ni及びMnを含有する化合物を共沈させて前駆体を製造する工程におけるpHは限定されるものではないが、前記共沈前駆体を共沈水酸化物前駆体として作製しようとする場合には、10〜14とすることができ、前記共沈前駆体を共沈炭酸塩前駆体として作製しようとする場合には、7.5〜11とすることができる。タップ密度を大きくするためには、pHを制御することが好ましい。共沈炭酸塩前駆体については、pHを9.4以下とすることにより、タップ密度を1.25g/cc以上とすることができ、高率放電性能を向上させることができる。さらに、pHを8.0以下とすることにより、粒子成長速度を促進できるので、原料水溶液滴下終了後の撹拌継続時間を短縮できる。   The pH in the step of producing a precursor by co-precipitation of a compound containing Co, Ni, and Mn in a solution is not limited. When it does, it can be set to 10-14, and when it is going to produce the said coprecipitation precursor as a coprecipitation carbonate precursor, it can be set to 7.5-11. In order to increase the tap density, it is preferable to control the pH. About a coprecipitation carbonate precursor, tap density can be made into 1.25 g / cc or more by making pH into 9.4 or less, and a high rate discharge performance can be improved. Furthermore, since the particle growth rate can be accelerated by setting the pH to 8.0 or less, the stirring continuation time after completion of dropping of the raw material aqueous solution can be shortened.

前記共沈前駆体は、MnとNiとCoとが均一に混合された化合物であることが好ましい。本発明においては、放電容量が大きい非水電解質二次電池用活物質を得るために、共沈前駆体を炭酸塩とすることが好ましい。また、錯化剤を用いた晶析反応等を用いることによって、より嵩密度の大きな前駆体を作製することもできる。その際、Li源と混合・焼成することでより高密度の活物質を得ることができるので電極面積あたりのエネルギー密度を向上させることができる。   The coprecipitation precursor is preferably a compound in which Mn, Ni, and Co are uniformly mixed. In the present invention, in order to obtain an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity, the coprecipitation precursor is preferably a carbonate. In addition, a precursor having a larger bulk density can be produced by using a crystallization reaction using a complexing agent. At that time, a higher density active material can be obtained by mixing and firing with a Li source, so that the energy density per electrode area can be improved.

前記共沈前駆体の原料は、Mn化合物としては酸化マンガン、炭酸マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン等を、Ni化合物としては、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル等を、Co化合物としては、硫酸コバルト、硝酸コバルト、酢酸コバルト等を一例として挙げることができる。   The raw materials for the coprecipitation precursor include manganese oxide, manganese carbonate, manganese sulfate, manganese nitrate, manganese acetate, etc. as the Mn compound, and nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel sulfate, nickel nitrate, nickel acetate as the Ni compound. As examples of the Co compound, cobalt sulfate, cobalt nitrate, cobalt acetate, and the like can be given as examples.

本発明においては、アルカリ性を保った反応槽に前記共沈前駆体の原料水溶液を連続的に滴下供給して共沈前駆体を得る反応晶析法を採用する。ここで、中和剤として、リチウム化合物、ナトリウム化合物、カリウム化合物等を使用することができるが、前記共沈前駆体を共沈水酸化物前駆体として作製する場合には、水酸化ナトリウム、水酸化ナトリウムと水酸化リチウム、又は、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合物を使用することが好ましく、また、前記共沈前駆体を共沈炭酸塩前駆体として作製する場合には、炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウムと炭酸リチウム、又は、炭酸ナトリウムと炭酸カリウムの混合物を使用することが好ましい。Naを1000ppm以上残存させるために、炭酸ナトリウム(水酸化ナトリウム)と炭酸リチウム(水酸化リチウム)のモル比であるNa/Li、又は、炭酸ナトリウム(水酸化ナトリウム)と炭酸カリウム(水酸化カリウム)のモル比であるNa/Kは、1/1[M]以上とすることが好ましい。Na/Li又はNa/Kを1/1[M]以上とすることにより、引き続く洗浄工程でNaが除去されすぎて1000ppm未満となってしまう虞を低減できる。   In the present invention, a reaction crystallization method is employed in which a raw material aqueous solution of the coprecipitation precursor is continuously supplied dropwise to a reaction tank that maintains alkalinity to obtain a coprecipitation precursor. Here, lithium compounds, sodium compounds, potassium compounds and the like can be used as the neutralizing agent, but when the coprecipitation precursor is prepared as a coprecipitation hydroxide precursor, sodium hydroxide, hydroxide It is preferable to use a mixture of sodium and lithium hydroxide, or sodium hydroxide and potassium hydroxide, and when preparing the coprecipitation precursor as a coprecipitation carbonate precursor, sodium carbonate, sodium carbonate It is preferable to use lithium carbonate or a mixture of sodium carbonate and potassium carbonate. Na / Li, which is a molar ratio of sodium carbonate (sodium hydroxide) and lithium carbonate (lithium hydroxide), or sodium carbonate (sodium hydroxide) and potassium carbonate (potassium hydroxide) in order to leave Na 1000 ppm or more It is preferable that Na / K which is the molar ratio is 1/1 [M] or more. By setting Na / Li or Na / K to 1/1 [M] or more, it is possible to reduce the possibility that Na will be excessively removed in the subsequent washing step and become less than 1000 ppm.

前記原料水溶液の滴下速度は、生成する共沈前駆体の1粒子内における元素分布の均一性に大きく影響を与える。特にMnは、CoやNiと均一な元素分布を形成しにくいので注意が必要である。好ましい滴下速度については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、30ml/min以下が好ましい。放電容量を向上させるためには、滴下速度は10ml/min以下がより好ましく、5ml/min以下が最も好ましい。   The dropping speed of the raw material aqueous solution greatly affects the uniformity of element distribution in one particle of the coprecipitation precursor to be generated. In particular, Mn is difficult to form a uniform element distribution with Co and Ni, so care must be taken. The preferred dropping rate is influenced by the reaction vessel size, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but is preferably 30 ml / min or less. In order to improve the discharge capacity, the dropping rate is more preferably 10 ml / min or less, and most preferably 5 ml / min or less.

また、反応槽内に錯化剤が存在し、かつ一定の対流条件を適用した場合、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続けることにより、粒子の自転および攪拌槽内における公転が促進され、この過程で、粒子同士が衝突しつつ、粒子が段階的に同心円球状に成長する。即ち、共沈前駆体は、反応槽内に原料水溶液が滴下された際の金属錯体形成反応、及び、前記金属錯体が反応槽内の滞留中に生じる沈殿形成反応という2段階での反応を経て形成される。従って、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続ける時間を適切に選択することにより、目的とする粒子径を備えた共沈前駆体を得ることができる。   In addition, when a complexing agent is present in the reaction tank and a certain convection condition is applied, the particle rotation and revolution in the stirring tank are promoted by continuing the stirring after the dropwise addition of the raw material aqueous solution. In this process, the particles grow concentrically in stages while colliding with each other. That is, the coprecipitation precursor undergoes a reaction in two stages: a metal complex formation reaction when the raw material aqueous solution is dropped into the reaction tank, and a precipitation formation reaction that occurs while the metal complex is retained in the reaction tank. It is formed. Therefore, a coprecipitation precursor having a target particle size can be obtained by appropriately selecting a time for continuing stirring after the dropping of the raw material aqueous solution.

原料水溶液滴下終了後の好ましい攪拌継続時間については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、粒子を均一な球状粒子として成長させるために0.5h以上が好ましく、1h以上がより好ましい。また、粒子径が大きくなりすぎることで電池の低SOC領域における出力性能が充分でないものとなる虞を低減させるため、30h以下が好ましく、25h以下がより好ましく、20h以下が最も好ましい。   The preferable stirring duration after completion of dropping of the raw material aqueous solution is influenced by the size of the reaction vessel, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but 0.5 h or more is required to grow the particles as uniform spherical particles. Preferably, 1 h or more is more preferable. Further, in order to reduce the possibility that the output performance in the low SOC region of the battery is not sufficient due to the particle size becoming too large, 30 h or less is preferable, 25 h or less is more preferable, and 20 h or less is most preferable.

また、共沈水酸化物前駆体から作製するリチウム遷移金属複合酸化物の50%粒子径(D50)を1〜8μmとするための好ましい攪拌継続時間、共沈炭酸塩前駆体から作製するリチウム遷移金属複合酸化物の50%粒子径(D50)を5〜18μmとするための好ましい攪拌継続時間は、制御するpHによって異なる。例えば、共沈水酸化物前駆体については、pHを10〜12に制御した場合には、撹拌継続時間は1〜10hが好ましく、pHを12〜14に制御した場合には、撹拌継続時間は3〜20hが好ましい。共沈炭酸塩前駆体については、pHを7.5〜8.2に制御した場合には、撹拌継続時間は1〜15hが好ましく、pHを8.3〜9.4に制御した場合には、撹拌継続時間は3〜20hが好ましい。   Moreover, the preferable stirring continuation time for making 50% particle diameter (D50) of lithium transition metal complex oxide produced from a coprecipitation hydroxide precursor into 1-8 micrometers, the lithium transition metal produced from a coprecipitation carbonate precursor A preferable stirring duration time for setting the 50% particle diameter (D50) of the composite oxide to 5 to 18 μm varies depending on the pH to be controlled. For example, for the coprecipitated hydroxide precursor, when the pH is controlled to 10 to 12, the stirring duration is preferably 1 to 10 h, and when the pH is controlled to 12 to 14, the stirring duration is 3 ~ 20h is preferred. For the coprecipitated carbonate precursor, when the pH is controlled to 7.5 to 8.2, the stirring duration is preferably 1 to 15 h, and when the pH is controlled to 8.3 to 9.4. The stirring duration is preferably 3 to 20 hours.

共沈前駆体の粒子を、中和剤として水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を使用して作製した場合、その後の洗浄工程において粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去するが、本発明においては、Naが1000ppm以上残存するような条件で洗浄除去することが好ましい。例えば、作製した共沈前駆体を吸引ろ過して取り出す際に、イオン交換水200mlによる洗浄回数を5回とするような条件を採用することができる。
炭酸塩前駆体は、80℃〜100℃で、空気雰囲気中、常圧下で乾燥させることが好ましい。
When coprecipitation precursor particles are prepared using sodium compounds such as sodium hydroxide and sodium carbonate as neutralizing agents, sodium ions adhering to the particles are washed away in the subsequent washing step. In the present invention, it is preferable to wash and remove under conditions such that Na remains at 1000 ppm or more. For example, when the produced coprecipitation precursor is taken out by suction filtration, a condition such that the number of washings with 200 ml of ion-exchanged water is 5 times can be employed.
The carbonate precursor is preferably dried at 80 to 100 ° C. in an air atmosphere under normal pressure.

本発明の非水電解質二次電池用活物質は、前記水酸化物前駆体又は炭酸塩前駆体とLi化合物とを混合した後、熱処理することで好適に作製することができる。Li化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等を用いることで好適に製造することができる。但し、Li化合物の量については、焼成中にLi化合物の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。   The active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be suitably prepared by mixing the hydroxide precursor or carbonate precursor and the Li compound and then heat-treating them. As a Li compound, it can manufacture suitably by using lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, etc. However, with respect to the amount of the Li compound, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li compound during firing.

本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物中のNaの含有量を1000ppm以上とするために、前記水酸化物前駆体又は炭酸塩前駆体に含まれるNaが1000ppm以下であっても、焼成工程においてLi化合物と共にNa化合物を、前記水酸化物前駆体又は炭酸塩前駆体と混合することで活物質中に含まれるNa量を1000ppm以上とすることができる。Na化合物としては炭酸ナトリウムが好ましい。   In the present invention, in order to make the content of Na in the lithium transition metal composite oxide 1000 ppm or more, even if Na contained in the hydroxide precursor or carbonate precursor is 1000 ppm or less, the firing step The amount of Na contained in the active material can be set to 1000 ppm or more by mixing the Na compound together with the Li compound and the hydroxide precursor or carbonate precursor. As the Na compound, sodium carbonate is preferable.

焼成温度は、活物質の可逆容量に影響を与える。
焼成温度が高すぎると、得られた活物質が酸素放出反応を伴って崩壊すると共に、主相の六方晶に加えて単斜晶のLi[Li1/3Mn2/3]O型に規定される相が、固溶相としてではなく、分相して観察される傾向がある。このような分相が多く含まれすぎると、活物質の可逆容量の減少を導くので好ましくない。このような材料では、X線回折図上35°付近及び45°付近に不純物ピークが観察される。従って、焼成温度は、活物質の酸素放出反応の影響する温度未満とすることが好ましい。活物質の酸素放出温度は、本発明に係る組成範囲においては、概ね1000℃以上であるが、活物質の組成によって酸素放出温度に若干の差があるので、あらかじめ活物質の酸素放出温度を確認しておくことが好ましい。特に試料に含まれるCo量が多いほど前駆体の酸素放出温度は低温側にシフトすることが確認されているので注意が必要である。活物質の酸素放出温度を確認する方法としては、焼成反応過程をシミュレートするために、共沈前駆体とリチウム化合物を混合したものを熱重量分析(DTA−TG測定)に供してもよいが、この方法では測定機器の試料室に用いている白金が揮発したLi成分により腐食されて機器を痛めるおそれがあるので、あらかじめ500℃程度の焼成温度を採用してある程度結晶化を進行させた組成物を熱重量分析に供するのが良い。
The firing temperature affects the reversible capacity of the active material.
When the firing temperature is too high, the obtained active material collapses with an oxygen releasing reaction, and in addition to the hexagonal crystal of the main phase, the monoclinic Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 type is obtained. The defined phase tends to be observed as a phase separation rather than as a solid solution phase. If too many such phase separations are contained, it is not preferable because it leads to a reduction in the reversible capacity of the active material. In such materials, impurity peaks are observed around 35 ° and 45 ° on the X-ray diffraction pattern. Therefore, the firing temperature is preferably less than the temperature at which the oxygen release reaction of the active material affects. The oxygen release temperature of the active material is approximately 1000 ° C. or higher in the composition range according to the present invention. However, there is a slight difference in the oxygen release temperature depending on the composition of the active material. It is preferable to keep it. In particular, it is confirmed that the oxygen release temperature of the precursor shifts to the lower temperature side as the amount of Co contained in the sample increases. As a method for confirming the oxygen release temperature of the active material, a mixture of a coprecipitation precursor and a lithium compound may be subjected to thermogravimetric analysis (DTA-TG measurement) in order to simulate the firing reaction process. In this method, the platinum used in the sample chamber of the measuring instrument may be corroded by the Li component volatilized, and the instrument may be damaged. Therefore, a composition in which crystallization is advanced to some extent by adopting a firing temperature of about 500 ° C. in advance Goods should be subjected to thermogravimetric analysis.

一方、焼成温度が低すぎると、結晶化が十分に進まず、電極特性が低下する傾向がある。本発明において、共沈水酸化物を前駆体として用いたときには焼成温度は少なくとも700℃以上とすることが好ましい。また、共沈炭酸塩を前駆体として用いたときには焼成温度は少なくとも800℃以上とすることが好ましい。特に、前駆体が共沈炭酸塩である場合の最適な焼成温度は、前駆体に含まれるCo量が多いほど、より低い温度となる傾向がある。このように1次粒子を構成する結晶子を十分に結晶化させることにより、結晶粒界の抵抗を軽減し、円滑なリチウムイオン輸送を促すことができる。
本発明者らは、本発明活物質の回折ピークの半値幅を詳細に解析することにより、前駆体が共沈水酸化物である場合においては、焼成温度が650℃未満の温度で合成した試料においては格子内にひずみが残存しており、650℃以上の温度で合成することで顕著にひずみを除去することができること、及び、前駆体が共沈炭酸塩である場合においては、焼成温度が750℃未満の温度で合成した試料においては格子内にひずみが残存しており、750℃以上の温度で合成することで顕著にひずみを除去することができることを確認した。また、結晶子のサイズは合成温度が上昇するに比例して大きくなるものであった。よって、本発明活物質の組成においても、系内に格子のひずみがほとんどなく、かつ結晶子サイズが十分成長した粒子を志向することで良好な放電容量を得られるものであった。具体的には、格子定数に及ぼすひずみ量が2%以下、かつ結晶子サイズが50nm以上に成長しているような合成温度(焼成温度)及びLi/Me比組成を採用することが好ましいことがわかった。これらを電極として成型して充放電をおこなうことで膨張収縮による変化も見られるが、充放電過程においても結晶子サイズは30nm以上を保っていることが得られる効果として好ましい。
On the other hand, if the firing temperature is too low, crystallization does not proceed sufficiently and the electrode characteristics tend to deteriorate. In the present invention, when coprecipitated hydroxide is used as a precursor, the firing temperature is preferably at least 700 ° C. or higher. When coprecipitated carbonate is used as a precursor, the firing temperature is preferably at least 800 ° C. or higher. In particular, when the precursor is a coprecipitated carbonate, the optimum firing temperature tends to be lower as the amount of Co contained in the precursor is larger. Thus, by sufficiently crystallizing the crystallites constituting the primary particles, the resistance of the crystal grain boundary can be reduced and smooth lithium ion transport can be promoted.
The present inventors analyzed the half width of the diffraction peak of the active material of the present invention in detail, and in the case where the precursor is a coprecipitated hydroxide, in the sample synthesized at a temperature of less than 650 ° C. Strain remains in the lattice and can be remarkably removed by synthesizing at a temperature of 650 ° C. or higher, and when the precursor is a coprecipitated carbonate, the firing temperature is 750. In the sample synthesized at a temperature of less than 0 ° C., strain remained in the lattice, and it was confirmed that the strain could be remarkably removed by synthesis at a temperature of 750 ° C. or higher. The crystallite size was increased in proportion to the increase in the synthesis temperature. Therefore, even in the composition of the active material of the present invention, a favorable discharge capacity can be obtained by aiming at a particle having almost no lattice distortion in the system and having a sufficiently grown crystallite size. Specifically, it is preferable to employ a synthesis temperature (firing temperature) and a Li / Me ratio composition in which the strain amount affecting the lattice constant is 2% or less and the crystallite size is grown to 50 nm or more. all right. Although changes due to expansion and contraction are observed by charging and discharging by molding these as electrodes, it is preferable as an effect that the crystallite size is maintained at 30 nm or more in the charging and discharging process.

上記のように、焼成温度は、活物質の酸素放出温度に関係するが、活物質から酸素が放出される焼成温度に至らずとも、900℃以上において1次粒子が大きく成長することによる結晶化現象が見られる。これは、焼成後の活物質を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより確認できる。900℃を超えた合成温度を経て合成した活物質は1次粒子が0.5μm以上に成長しており、充放電反応中における活物質中のLi移動に不利な状態となり、充放電サイクル性能、高率放電性能が低下する。1次粒子の大きさは0.5μm未満であることが好ましく、0.3μm以下であることがより好ましい。
したがって、放電容量、充放電サイクル性能、高率放電性能を向上させるために、1≦モル比Li/Me≦1.6の本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質とする場合、焼成温度は700〜1000℃とすることが好ましい。「リチウム過剰型」正極活物質の場合は、750〜900℃で焼成することがより好ましく、「LiMeO型」正極活物質の場合は、850〜1000℃で焼成することがより好ましい。
As described above, the calcination temperature is related to the oxygen release temperature of the active material, but crystallization is caused by large growth of primary particles at 900 ° C. or higher without reaching the calcination temperature at which oxygen is released from the active material. The phenomenon is seen. This can be confirmed by observing the fired active material with a scanning electron microscope (SEM). The active material synthesized through a synthesis temperature exceeding 900 ° C. has primary particles growing to 0.5 μm or more, which is disadvantageous for Li + movement in the active material during the charge / discharge reaction, and charge / discharge cycle performance. , High rate discharge performance is reduced. The size of the primary particles is preferably less than 0.5 μm, and more preferably 0.3 μm or less.
Therefore, in order to improve the discharge capacity, charge / discharge cycle performance, and high rate discharge performance, when the lithium transition metal composite oxide according to the present invention of 1 ≦ molar ratio Li / Me ≦ 1.6 is used as the positive electrode active material, The firing temperature is preferably 700 to 1000 ° C. In the case of the “lithium-excess type” positive electrode active material, firing at 750 to 900 ° C. is more preferable, and in the case of the “LiMeO 2 type” positive electrode active material, baking at 850 to 1000 ° C. is more preferable.

本発明に係る正極活物質が、高い放電容量を備えたものとするためには、リチウム遷移金属複合酸化物を構成する遷移金属元素が層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分に存在する割合が小さいものであることが好ましい。これは、焼成工程に供する前駆体において、前駆体コア粒子のCo,Ni,Mnといった遷移金属元素が十分に均一に分布していること、及び、活物質試料の結晶化を促すための適切な焼成工程の条件を選択することによって達成できる。焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、十分な放電容量が得られないものとなる。この理由については必ずしも明らかではないが、焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、得られるリチウム遷移金属複合酸化物は、層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分、即ちリチウムサイトに遷移金属元素の一部が存在するものとなる、いわゆるカチオンミキシングが起こることに由来するものと本発明者らは推察している。同様の推察は焼成工程における結晶化過程においても適用でき、活物質試料の結晶化が不十分であると層状岩塩型結晶構造におけるカチオンミキシングが起こりやすくなる。前記遷移金属元素の分布の均一性が高いものは、X線回折測定結果を空間群R3−mに帰属した場合の(003)面と(104)面の回折ピークの強度比が大きいものとなる傾向がある。本発明において、X線回折測定による前記(003)面と(104)面の回折ピークの強度比I(003)/I(104)は、放電末において1.0以上、充電末において1.75以上であることが好ましい。前駆体の合成条件や合成手順が不適切である場合、前記ピーク強度比はより小さい値となり、しばしば1未満の値となる。 In order for the positive electrode active material according to the present invention to have a high discharge capacity, the transition metal element constituting the lithium transition metal composite oxide is present in a portion other than the transition metal site of the layered rock salt type crystal structure. It is preferable that the ratio is small. This is because, in the precursor to be subjected to the firing step, the transition metal elements such as Co, Ni, and Mn in the precursor core particles are sufficiently uniformly distributed, and appropriate for promoting the crystallization of the active material sample. This can be achieved by selecting the conditions for the firing process. If the distribution of the transition metal in the precursor core particles subjected to the firing step is not uniform, a sufficient discharge capacity cannot be obtained. Although the reason for this is not necessarily clear, when the distribution of the transition metal in the precursor core particles to be subjected to the firing step is not uniform, the resulting lithium transition metal composite oxide has a layered rock salt type crystal structure other than the transition metal site. The present inventors speculate that this is due to the occurrence of so-called cation mixing, in which a part of the transition metal element is present at the lithium site. The same inference can be applied to the crystallization process in the firing step. If the crystallization of the active material sample is insufficient, cation mixing in the layered rock salt type crystal structure is likely to occur. When the distribution uniformity of the transition metal element is high, the intensity ratio of the diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane when the X-ray diffraction measurement result belongs to the space group R3-m is large. Tend. In the present invention, the intensity ratio I (003) / I (104) of diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane measured by X-ray diffraction measurement is 1.0 or more at the end of discharge and 1.75 at the end of charge. The above is preferable. If the precursor synthesis conditions and procedure are inadequate, the peak intensity ratio will be smaller and often less than 1.

負極活物質としては、限定されるものではなく、リチウムイオンを析出あるいは吸蔵することのできる形態のものであればどれを選択してもよい。例えば、Li[Li1/3Ti5/3]Oに代表されるスピネル型結晶構造を有するチタン酸リチウム等のチタン系材料、SiやSb,Sn系などの合金系材料リチウム金属、リチウム合金(リチウム−シリコン、リチウム−アルミニウム,リチウム−鉛,リチウム−スズ,リチウム−アルミニウム−スズ,リチウム−ガリウム,及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)、リチウム複合酸化物(リチウム−チタン)、酸化珪素の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えばグラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)等が挙げられる。
但し、本発明においては、環状スルホン酸化合物を還元分解させる必要がある。よって、可逆電位が1V(vs.Li/Li)より高いチタン酸リチウム(LiTi12)等の活物質を使用する場合は、一度1V(vs.Li/Li)以下まで負極電位を下げることが好ましい。
The negative electrode active material is not limited, and any negative electrode active material that can deposit or occlude lithium ions may be selected. For example, titanium-based materials such as lithium titanate having a spinel crystal structure represented by Li [Li 1/3 Ti 5/3 ] O 4 , alloy-based materials such as Si, Sb, and Sn-based lithium metal, lithium alloys (Lithium metal-containing alloys such as lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys), lithium composite oxide (lithium-titanium), silicon oxide In addition, an alloy capable of inserting and extracting lithium, a carbon material (for example, graphite, hard carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.) can be used.
However, in the present invention, it is necessary to reduce and decompose the cyclic sulfonic acid compound. Thus, if the reversible potential of using an active material such as 1V (vs.Li/Li +) higher than lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) is once 1V (vs.Li/Li +) anode to below It is preferable to lower the potential.

正極活物質の粉体および負極活物質の粉体は、平均粒子サイズ100μm以下であることが望ましい。特に、正極活物質の粉体は、非水電解質電池の高出力特性を向上する目的で10μm以下であることが望ましい。粉体を所定の形状で得るためには粉砕機や分級機が用いられる。例えば乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミルや篩等が用いられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、特に限定はなく、篩や風力分級機などが、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。   The positive electrode active material powder and the negative electrode active material powder preferably have an average particle size of 100 μm or less. In particular, the positive electrode active material powder is desirably 10 μm or less for the purpose of improving the high output characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. In order to obtain the powder in a predetermined shape, a pulverizer or a classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling air flow type jet mill or a sieve is used. At the time of pulverization, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as hexane may be used. There is no particular limitation on the classification method, and a sieve, an air classifier, or the like is used as needed for both dry and wet methods.

以上、正極及び負極の主要構成成分である正極活物質及び負極材料について詳述したが、前記正極及び負極には、前記主要構成成分の他に、導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等が、他の構成成分として含有されてもよい。   The positive electrode active material and the negative electrode material, which are the main components of the positive electrode and the negative electrode, have been described in detail above. In addition to the main components, the positive electrode and the negative electrode include a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler. Etc. may be contained as other constituents.

導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば限定されないが、通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛,鱗片状黒鉛,土状黒鉛等)、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、金属(銅,ニッケル,アルミニウム,銀,金等)粉、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料を1種またはそれらの混合物として含ませることができる。   The conductive agent is not limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance. Usually, natural graphite (such as scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite), artificial graphite, carbon black, acetylene black, Conductive materials such as ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) powder, metal fiber, and conductive ceramic material can be included as one kind or a mixture thereof. .

これらの中で、導電剤としては、電子伝導性及び塗工性の観点よりアセチレンブラックが望ましい。導電剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して0.1重量%〜50重量%が好ましく、特に0.5重量%〜30重量%が好ましい。特にアセチレンブラックを0.1〜0.5μmの超微粒子に粉砕して用いると必要炭素量を削減できるため望ましい。これらの混合方法は、物理的な混合であり、その理想とするところは均一混合である。そのため、V型混合機、S型混合機、擂かい機、ボールミル、遊星ボールミルといったような粉体混合機を乾式、あるいは湿式で混合することが可能である。   Among these, as the conductive agent, acetylene black is desirable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The addition amount of the conductive agent is preferably 0.1% by weight to 50% by weight, and particularly preferably 0.5% by weight to 30% by weight with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode. In particular, it is desirable to use acetylene black by pulverizing into ultrafine particles of 0.1 to 0.5 μm because the required carbon amount can be reduced. These mixing methods are physical mixing, and the ideal is uniform mixing. Therefore, powder mixers such as V-type mixers, S-type mixers, crackers, ball mills, and planetary ball mills can be mixed dry or wet.

前記結着剤としては、通常、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリフッ化ビニリデン(PVDF),ポリエチレン,ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM),スルホン化EPDM,スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。結着剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。   The binder is usually a thermoplastic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene. Polymers having rubber elasticity such as rubber (SBR) and fluororubber can be used as one kind or a mixture of two or more kinds. The addition amount of the binder is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 30% by weight, based on the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

フィラーとしては、電池性能に悪影響を及ぼさない材料であれば何でも良い。通常、ポリプロピレン,ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、無定形シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素等が用いられる。フィラーの添加量は、正極または負極の総重量に対して添加量は30重量%以下が好ましい。   As the filler, any material that does not adversely affect the battery performance may be used. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, amorphous silica, alumina, zeolite, glass, carbon and the like are used. The addition amount of the filler is preferably 30% by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

正極及び負極は、前記主要構成成分(正極においては正極活物質、負極においては負極材料)、およびその他の材料を混練し合剤とし、N−メチルピロリドン,トルエン等の有機溶媒又は水に混合させた後、得られた混合液を下記に詳述する集電体の上に塗布し、または圧着して50℃〜250℃程度の温度で、2時間程度加熱処理することにより好適に作製される。前記塗布方法については、例えば、アプリケーターロールなどのローラーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレード方式、スピンコーティング、バーコータ等の手段を用いて任意の厚さ及び任意の形状に塗布することが望ましいが、これらに限定されるものではない。   The positive electrode and the negative electrode are prepared by mixing the main constituents (positive electrode active material in the positive electrode, negative electrode material in the negative electrode) and other materials into a mixture and mixing with an organic solvent such as N-methylpyrrolidone or toluene or water. After that, the obtained liquid mixture is applied on a current collector described in detail below, or pressed and heat-treated at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours. . About the application method, for example, it is desirable to apply to any thickness and any shape using means such as roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, etc. It is not limited.

本発明に係る非水電解質二次電池に用いる非水電解質は、限定されるものではなく、一般にリチウム電池等への使用が提案されているものが使用可能である。非水電解質に用いる非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフランまたはその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソランまたはその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   The nonaqueous electrolyte used for the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is not limited, and those generally proposed for use in lithium batteries and the like can be used. Nonaqueous solvents used for the nonaqueous electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, Chain carbonates such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxy Ethers such as ethane, 1,4-dibutoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof Examples thereof include a conductor alone or a mixture of two or more thereof, but are not limited thereto.

非水電解質に用いる電解質塩としては、例えば、LiClO4,LiBF4,LiAsF6,LiPF6,LiSCN,LiBr,LiI,Li2SO4,Li210Cl10,NaClO4,NaI,NaSCN,NaBr,KClO4,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCF3SO3,LiN(CF3SO22,LiN(C25SO22,LiN(CF3SO2)(C49SO2),LiC(CF3SO23,LiC(C25SO23,(CH34NBF4,(CH34NBr,(C254NClO4,(C254NI,(C374NBr,(n−C494NClO4,(n−C494NI,(C254N−maleate,(C254N−benzoate,(C254N−phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。 Examples of the electrolyte salt used for the nonaqueous electrolyte include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr. , KClO 4 , KSCN, and other inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , ( CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (n-C 4 H 9) 4 NI, ( C 2 H 5) 4 N-mal ate, (C 2 H 5) 4 N-benzoate, (C 2 H 5) 4 N-phtalate, lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate, organic ion salts of lithium dodecyl benzene sulfonate, and the like. These These ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more.

さらに、LiPF6又はLiBF4と、LiN(C25SO22のようなパーフルオロアルキル基を有するリチウム塩とを混合して用いることにより、さらに電解質の粘度を下げることができるので、低温特性をさらに高めることができ、また、自己放電を抑制することができ、より望ましい。 Furthermore, by mixing and using LiPF 6 or LiBF 4 and a lithium salt having a perfluoroalkyl group such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , the viscosity of the electrolyte can be further reduced. The low temperature characteristics can be further improved, and self-discharge can be suppressed, which is more desirable.

また、非水電解質として常温溶融塩やイオン液体を用いてもよい。   Moreover, you may use normal temperature molten salt and an ionic liquid as a nonaqueous electrolyte.

非水電解質における電解質塩の濃度としては、高い電池特性を有する非水電解質電池を確実に得るために、0.1mol/l〜5mol/lが好ましく、さらに好ましくは、0.5mol/l〜2.5mol/lである。   The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / l to 5 mol / l, more preferably 0.5 mol / l to 2 in order to reliably obtain a non-aqueous electrolyte battery having high battery characteristics. .5 mol / l.

非水電解質二次電池の性能の向上等を目的として、本発明の効果を損なわない範囲において、環状スルホン酸化合物とそれ以外の化合物を非水電解質に共存させても良い。環状スルホン酸化合物以外の化合物としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート,フルオロエチレンカーボネート,1,3−プロペンスルトン、プロパンスルトン,リン酸,リン酸の化合物,等が挙げられる。これらの中でも、ビニレンカーボネートは、非水電解質二次電池の電池膨れを抑制できることから好適である。ビニレンカーボネートの添加量としては、効果的に電池膨れ抑制するために5質量%以下が好ましい。また、1,3−プロペンスルトン、プロパンスルトン、リン酸、およびリン酸の化合物の添加量は、2質量%以下が好ましい。   For the purpose of improving the performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery, the cyclic sulfonic acid compound and other compounds may coexist in the non-aqueous electrolyte as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of the compound other than the cyclic sulfonic acid compound include vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,3-propene sultone, propane sultone, phosphoric acid, phosphoric acid compound, and the like. Among these, vinylene carbonate is preferable because it can suppress battery swelling of the nonaqueous electrolyte secondary battery. The amount of vinylene carbonate added is preferably 5% by mass or less in order to effectively suppress battery swelling. The amount of 1,3-propene sultone, propane sultone, phosphoric acid, and phosphoric acid compound added is preferably 2% by mass or less.

セパレータとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。非水電解質電池用セパレータを構成する材料としては、例えばポリエチレン,ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を挙げることができる。   As the separator, it is preferable to use a porous film or a non-woven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance alone or in combination. Examples of the material constituting the separator for a nonaqueous electrolyte battery include polyolefin resins typified by polyethylene and polypropylene, polyester resins typified by polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, and vinylidene fluoride-hexa. Fluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, fluorine Vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - tetrafluoroethylene - hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - ethylene - can be mentioned tetrafluoroethylene copolymer.

セパレータの空孔率は強度の観点から98体積%以下が好ましい。また、充放電特性の観点から空孔率は20体積%以上が好ましい。   The porosity of the separator is preferably 98% by volume or less from the viewpoint of strength. Further, the porosity is preferably 20% by volume or more from the viewpoint of charge / discharge characteristics.

また、セパレータは、例えばアクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタアクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーと電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。非水電解質を上記のようにゲル状態で用いると、漏液を防止する効果がある点で好ましい。   The separator may be a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, and an electrolyte. Use of the non-aqueous electrolyte in the gel state as described above is preferable in that it has an effect of preventing leakage.

さらに、セパレータは、上述したような多孔膜や不織布等とポリマーゲルを併用して用いると、電解質の保液性が向上するため望ましい。即ち、ポリエチレン微孔膜の表面及び微孔壁面に厚さ数μm以下の親溶媒性ポリマーを被覆したフィルムを形成し、前記フィルムの微孔内に電解質を保持させることで、前記親溶媒性ポリマーがゲル化する。   Furthermore, it is desirable that the separator be used in combination with the above-described porous film, non-woven fabric, or the like and a polymer gel because the liquid retention of the electrolyte is improved. That is, by forming a film in which the surface of the polyethylene microporous membrane and the microporous wall are coated with a solvophilic polymer having a thickness of several μm or less, and holding the electrolyte in the micropores of the film, Gels.

前記親溶媒性ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンの他、エチレンオキシド基やエステル基等を有するアクリレートモノマー、エポキシモノマー、イソシアナート基を有するモノマー等が架橋したポリマー等が挙げられる。該モノマーは、ラジカル開始剤を併用して加熱や紫外線(UV)を用いたり、電子線(EB)等の活性光線等を用いて架橋反応を行わせることが可能である。   Examples of the solvophilic polymer include polyvinylidene fluoride, an acrylate monomer having an ethylene oxide group or an ester group, an epoxy monomer, a polymer having a monomer having an isocyanate group, and the like crosslinked. The monomer can be subjected to a crosslinking reaction using a radical initiator in combination with heating or ultraviolet rays (UV), or using an actinic ray such as an electron beam (EB).

本発明の非水電解質二次電池の構成については特に限定されるものではなく、正極、負極及びロール状のセパレータを有する円筒型電池、角型電池、扁平型電池等が一例として挙げられる。   The configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery having a positive electrode, a negative electrode, and a roll separator, a square battery, and a flat battery.

従来の正極活物質も、本発明の活物質も、正極電位が4.5V(vs.Li/Li)付近に至って充放電が可能である。しかしながら、使用する非水電解質の種類によっては、充電時の正極電位が高すぎると、非水電解質が酸化分解され電池性能の低下を引き起こす虞がある。したがって、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.3V(vs.Li/Li)以下となるような充電方法を採用しても、充分な放電容量が得られる非水電解質二次電池が求められる場合がある。本発明の活物質を用いると、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.5V(vs.Li/Li)より低くなるような、例えば、4.4V(vs.Li/Li)以下や4.3V(vs.Li/Li)以下となるような充電方法を採用しても、約200mAh/g以上という従来の正極活物質の容量を超える放電電気量を取り出すことが可能である。
本願明細書に記載した合成条件及び合成手順を採用することにより、上記のような高性能の正極活物質を得ることができる。
Both the conventional positive electrode active material and the active material of the present invention can be charged / discharged when the positive electrode potential reaches around 4.5 V (vs. Li / Li + ). However, depending on the type of nonaqueous electrolyte used, if the positive electrode potential during charging is too high, the nonaqueous electrolyte may be oxidized and decomposed, resulting in a decrease in battery performance. Therefore, even when a charging method is employed such that the maximum potential of the positive electrode during charging is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or lower during use, a sufficient discharge capacity can be obtained. Secondary batteries may be required. When the active material of the present invention is used, for example, 4.4 V (vs. Li / Li) such that the maximum potential of the positive electrode during charging is lower than 4.5 V (vs. Li / Li + ) during use. + ) Or less and 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less, even if a charging method is adopted, it is possible to take out a discharge electric quantity exceeding the capacity of the conventional positive electrode active material of about 200 mAh / g or more. Is possible.
By adopting the synthesis conditions and synthesis procedures described in the present specification, a high-performance positive electrode active material as described above can be obtained.

(実施例1)
(「リチウム過剰型」正極活物質の作製)
硫酸コバルト7水和物14.31g、硫酸ニッケル6水和物20.96g及び硫酸マンガン5水和物65.12gを秤量し、これらの全量をイオン交換水200mlに溶解させ、Co:Ni:Mnのモル比が12.5:19.9:67.4となる2.0Mの硫酸塩水溶液を作製した。一方、2Lの反応槽に750mlのイオン交換水を注ぎ、COガスを30minバブリングさせることにより、イオン交換水中にCOを溶解させた。反応槽の温度を50℃(±2℃)に設定し、攪拌モーターを備えたパドル翼を用いて反応槽内を700rpmの回転速度で攪拌しながら、前記硫酸塩水溶液を3ml/minの速度で滴下した。ここで、滴下の開始から終了までの間、2.0Mの炭酸ナトリウム及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に7.9(±0.05)を保つように制御した。滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに3h継続した。攪拌の停止後、12h以上静置した。
次に、吸引ろ過装置を用いて、反応槽内に生成した共沈炭酸塩の粒子を分離し、さらにイオン交換水を用いて粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去し、電気炉を用いて、空気雰囲気中、常圧下、100℃にて乾燥させた。その後、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、共沈炭酸塩前駆体を作製した。
Example 1
(Preparation of “lithium-rich” cathode active material)
14.31 g of cobalt sulfate heptahydrate, 20.96 g of nickel sulfate hexahydrate and 65.12 g of manganese sulfate pentahydrate were weighed, and all of these were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water, and Co: Ni: Mn A 2.0 M sulfate aqueous solution having a molar ratio of 12.5: 19.9: 67.4 was prepared. On the other hand, 750 ml of ion exchange water was poured into a 2 L reaction tank, and CO 2 gas was bubbled for 30 minutes to dissolve CO 2 in the ion exchange water. The temperature of the reaction vessel was set to 50 ° C. (± 2 ° C.), and the aqueous sulfate solution was stirred at a rate of 3 ml / min while stirring the inside of the reaction vessel at a rotational speed of 700 rpm using a paddle blade equipped with a stirring motor. It was dripped. Here, during the period from the start to the end of the dropping, an aqueous solution containing 2.0 M sodium carbonate and 0.4 M ammonia is appropriately dropped, so that the pH in the reaction tank is always 7.9 (± 0.05 ) Was controlled. After completion of the dropping, stirring in the reaction vessel was continued for 3 hours. After stopping the stirring, the mixture was allowed to stand for 12 hours or more.
Next, using a suction filtration device, the coprecipitated carbonate particles produced in the reaction vessel are separated, and sodium ions adhering to the particles are washed away using ion-exchanged water, and an electric furnace is used. And dried at 100 ° C. under normal pressure in an air atmosphere. Then, in order to arrange | equalize a particle size, it grind | pulverized for several minutes with the smoked automatic mortar. In this way, a coprecipitated carbonate precursor was produced.

前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウム1.000gを加え、瑪瑙製自動乳鉢を用いてよく混合し、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が134:100である混合粉体を調製した。ペレット成型機を用いて、6MPaの圧力で成型し、直径25mmのペレットとした。ペレット成型に供した混合粉体の量は、想定する最終生成物の質量が2gとなるように換算して決定した。前記ペレット1個を全長約100mmのアルミナ製ボートに載置し、箱型電気炉(型番:AMF20)に設置し、空気雰囲気中、常圧下、常温から800℃まで10時間かけて昇温し、800℃で4h焼成した。前記箱型電気炉の内部寸法は、縦10cm、幅20cm、奥行き30cmであり、幅方向20cm間隔に電熱線が入っている。焼成後、ヒーターのスイッチを切り、アルミナ製ボートを炉内に置いたまま自然放冷した。この結果、炉の温度は5時間後には約200℃程度にまで低下するが、その後の降温速度はやや緩やかである。一昼夜経過後、炉の温度が100℃以下となっていることを確認してから、ペレットを取り出し、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、実施例1において用いるリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
これを、実施例1において用いる「リチウム過剰型」正極活物質とした。
Add 1.000 g of lithium carbonate to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor, mix well using a smoked automatic mortar, and the molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) is 134: 100 A powder was prepared. Using a pellet molding machine, molding was performed at a pressure of 6 MPa to obtain pellets having a diameter of 25 mm. The amount of the mixed powder subjected to pellet molding was determined by conversion so that the mass of the assumed final product was 2 g. One pellet was placed on an alumina boat having a total length of about 100 mm, placed in a box-type electric furnace (model number: AMF20), heated in air atmosphere at normal pressure from room temperature to 800 ° C. over 10 hours, Baked at 800 ° C. for 4 h. The box-type electric furnace has internal dimensions of 10 cm in length, 20 cm in width, and 30 cm in depth, and heating wires are inserted at intervals of 20 cm in the width direction. After firing, the heater was turned off and allowed to cool naturally with the alumina boat placed in the furnace. As a result, the temperature of the furnace decreases to about 200 ° C. after 5 hours, but the subsequent temperature decrease rate is somewhat moderate. After the passage of day and night, it was confirmed that the furnace temperature was 100 ° C. or lower, and then the pellets were taken out and pulverized for several minutes in a smoked automatic mortar in order to make the particle diameter uniform. Thus, the lithium transition metal composite oxide used in Example 1 was produced.
This was used as the “lithium-rich” positive electrode active material used in Example 1.

(正極の作製)
上記正極活物質、アセチレンブラック(AB)及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)を、質量比90:5:5の割合で混合した。この混合物を、分散媒としてN−メチルピロリドンを加えて混練分散し、塗布液を調製した。なお、PVdFについては、固形分が溶解分散された液を用いることによって、固形質量換算した。該塗布液を厚さ15μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗布、乾燥した。正極塗布質量は10.5mg/cmであった。次に、ロールプレスすることによって正極板を作製した。
(Preparation of positive electrode)
The positive electrode active material, acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed at a mass ratio of 90: 5: 5. This mixture was kneaded and dispersed by adding N-methylpyrrolidone as a dispersion medium to prepare a coating solution. In addition, about PVdF, it converted into solid mass by using the liquid by which solid content was melt | dissolved and dispersed. The coating solution was applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil current collector and dried. The positive electrode coating mass was 10.5 mg / cm 2 . Next, the positive electrode plate was produced by roll pressing.

(負極の作製)
一方、イオン交換水を分散媒とし、負極活物質としてのグラファイト、カルボキシメチルセルロース(CMC)及びスチレンブタジエンゴム(SBR)が質量比97:1:2の割合で混練分散されている負極ペーストを作製した。該負極ペーストを厚さ10μmの銅箔集電体の両方の面に塗布、乾燥した。負極塗布質量は14.0mg/cmであった。次に、ロールプレスすることによって負極板を作製した。
(Preparation of negative electrode)
Meanwhile, a negative electrode paste in which graphite, carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR) as negative electrode active materials were kneaded and dispersed at a mass ratio of 97: 1: 2 using ion exchange water as a dispersion medium was prepared. . The negative electrode paste was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil current collector and dried. The negative electrode coating mass was 14.0 mg / cm 2 . Next, the negative electrode plate was produced by roll pressing.

(非水電解質の作製)
非水電解質としては、EC/EMC/DECの体積比が3:2:5である混合溶媒に、電解質塩であるLiPFを、その濃度が1mol/lとなるように溶解させ、この非水電解質の質量に対して0.01質量%となるようにジグリコールサルフェート(DGLST)を溶解させたものを用いた。これを実施例1において用いる非水電解質とした。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
As a non-aqueous electrolyte, LiPF 6 as an electrolyte salt is dissolved in a mixed solvent having a volume ratio of EC / EMC / DEC of 3: 2: 5 so that its concentration becomes 1 mol / l. What dissolved diglycol sulfate (DGLST) so that it might become 0.01 mass% with respect to the mass of electrolyte was used. This was used as the nonaqueous electrolyte used in Example 1.

(角形非水電解質二次電池の作製)
図1は、本実施例に用いた角形リチウム二次電池の概略断面図である。この角形リチウム二次電池1は、アルミ箔集電体に正極活物質を含有する正極合剤層を有する正極板3と、銅箔集電体に負極活物質を含有する負極合剤層を有する負極板4とがセパレータ5を介して巻回された扁平巻状電極群2と、電解質塩を含有した非水電解質とを備える発電要素を幅34mm高さ50mm厚み5.2mmの電池ケース6に収納してなるものである。上記電池ケース6には、安全弁8を設けた電池蓋7がレーザー溶接によって取り付けられ、負極板4は負極リード11を介して負極端子9と接続され、正極板3は正極リード10を介して電池蓋と接続されている。
セパレータ5には、厚さ20μmのポリエチレン微多孔膜(旭化成製H6022)を用いた。
上記のようにして実施例1に係る非水電解質二次電池を作製した。
(Preparation of prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a prismatic lithium secondary battery used in this example. This square lithium secondary battery 1 has a positive electrode plate 3 having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material in an aluminum foil current collector, and a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material in a copper foil current collector. A power generating element including a flat wound electrode group 2 in which a negative electrode plate 4 is wound via a separator 5 and a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte salt is formed in a battery case 6 having a width of 34 mm, a height of 50 mm, and a thickness of 5.2 mm. It is something that is stored. A battery lid 7 provided with a safety valve 8 is attached to the battery case 6 by laser welding, the negative electrode plate 4 is connected to a negative electrode terminal 9 via a negative electrode lead 11, and the positive electrode plate 3 is connected to a battery via a positive electrode lead 10. Connected to the lid.
As the separator 5, a 20 μm thick polyethylene microporous membrane (Asahi Kasei H6022) was used.
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to Example 1 was produced as described above.

(実施例2〜9)
実施例1で用いた非水電解質において、ジグリコールサルフェート(DGLST)の添加量(質量%)を、0.05%、0.10%、0.20%、0.50%、1.00%、2.00%、3.00%、4.00%とした他は、実施例1と同様にして、それぞれ、実施例2〜9に係る非水電解質二次電池を作製した。
(Examples 2-9)
In the nonaqueous electrolyte used in Example 1, the addition amount (mass%) of diglycol sulfate (DGLST) was 0.05%, 0.10%, 0.20%, 0.50%, 1.00%. The nonaqueous electrolyte secondary batteries according to Examples 2 to 9 were produced in the same manner as in Example 1, except that the content was 2.00%, 3.00%, and 4.00%.

(比較例1)
実施例1で用いた非水電解質において、ジグリコールサルフェート(DGLST)を添加しない他は、実施例1と同様にして、比較例1に係る非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that diglycol sulfate (DGLST) was not added to the nonaqueous electrolyte used in Example 1.

(比較例2)
実施例1で用いた非水電解質において、ジグリコールサルフェート(DGLST)の代わりにビニレンカーボネート(VC)を0.50質量%添加した他は、実施例1と同様にして、比較例2に係る非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
The nonaqueous electrolyte used in Example 1 was the same as Example 1 except that 0.50% by mass of vinylene carbonate (VC) was added instead of diglycol sulfate (DGLST). A water electrolyte secondary battery was produced.

(比較例3)
実施例1で用いた非水電解質において、ジグリコールサルフェート(DGLST)の代わりにペンチルグリコールサルフェート(PEGLST)を0.50質量%添加した他は、実施例1と同様にして、比較例3に係る非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 is the same as Example 1 except that 0.50% by mass of pentyl glycol sulfate (PEGLST) is added in place of diglycol sulfate (DGLST) in the nonaqueous electrolyte used in Example 1. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced.

(比較例4)
実施例1で用いた非水電解質において、ジグリコールサルフェート(DGLST)の代わりに1,3−プロペンスルトン(PRS)を0.50質量%添加した他は、実施例1と同様にして、比較例4に係る非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 4)
In the same manner as in Example 1, except that 0.50% by mass of 1,3-propene sultone (PRS) was added instead of diglycol sulfate (DGLST) in the non-aqueous electrolyte used in Example 1, a comparative example A non-aqueous electrolyte secondary battery according to No. 4 was produced.

(実施例10)
実施例10は参考例(以下、同じ)である。
(「LiMeO型」正極活物質の作製)
硫酸マンガン5水和物と硫酸ニッケル6水和物と硫酸コバルト7水和物をCo、Ni及びMnの各元素が1:1:1の比率となるようイオン交換水に溶解させ混合水溶液を作製した。その際に、その合計濃度を0.667M、体積を180mlとなるようにした。次に、1リットルのビーカーに600mlのイオン交換水を準備し、湯浴を用いて50℃に保ち、8NのNaOHを滴下することでpHを11.5に調整した。その状態でArガスを30minバブリングさせ、溶液内の溶存酸素を十分取り除いた。ビーカー内を700rpmで攪拌させ、先程の硫酸塩の混合水溶液を3ml/minのスピードで滴下した。その間温度を湯浴にて一定に保ち、pHは8N NaOHを断続的に滴下することで一定に保った。同時に還元剤として2.0Mヒドラジン水溶液50mlを0.83ml/minのスピードで滴下した。両方の滴下終了後、攪拌を止めた状態で12h以上静止することで共沈水酸化物を十分粒子成長させた。
次に、吸引ろ過により共沈生成物を取り出し、空気雰囲気中、常圧下、オーブンで100℃にて乾燥させた。乾燥後、粒径を揃えるように、直径約120mmφの乳鉢で数分間粉砕し、前駆体乾燥粉末を得た。
(Example 10)
Example 10 is a reference example (hereinafter the same).
(Preparation of “LiMeO 2 type” positive electrode active material)
Manganese sulfate pentahydrate, nickel sulfate hexahydrate, and cobalt sulfate heptahydrate are dissolved in ion-exchanged water so that each element of Co, Ni, and Mn has a ratio of 1: 1: 1 to prepare a mixed aqueous solution. did. At that time, the total concentration was 0.667M and the volume was 180 ml. Next, 600 ml of ion-exchanged water was prepared in a 1-liter beaker, maintained at 50 ° C. using a hot water bath, and 8N NaOH was added dropwise to adjust the pH to 11.5. In this state, Ar gas was bubbled for 30 minutes to sufficiently remove dissolved oxygen in the solution. The inside of the beaker was stirred at 700 rpm, and the mixed aqueous solution of the previous sulfate was dropped at a speed of 3 ml / min. Meanwhile, the temperature was kept constant in a hot water bath, and the pH was kept constant by intermittently dropping 8N NaOH. At the same time, 50 ml of a 2.0 M hydrazine aqueous solution as a reducing agent was added dropwise at a speed of 0.83 ml / min. After both droppings were completed, the coprecipitated hydroxide was sufficiently grown by standing still for 12 hours or more with stirring stopped.
Next, the coprecipitation product was taken out by suction filtration and dried in an oven at 100 ° C. under normal pressure in an air atmosphere. After drying, the precursor was pulverized for several minutes in a mortar having a diameter of about 120 mmφ so that the particle diameters were uniformed to obtain a precursor dry powder.

得られた前駆体乾燥粉末と水酸化リチウム一水塩粉末(LiOH・H2O)を、瑪瑙製自動乳鉢を用いてよく混合し、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が1:1である混合粉体を調製した。
次に、混合粉体を6MPaの圧力でペレット成型した。ペレット成型に供した前駆体粉末の量は、合成後の生成物としての質量が3gとなるように換算して決定した。その結果、成型後のペレットは、直径25mmφ、厚さ約10−12mmであった。前記ペレットを全長約100mmのアルミナ製ボートに載置し、箱型電気炉に入れ空気雰囲気中、常圧下1000℃で12h焼成した。焼成後、ヒーターのスイッチを切り、アルミナ製ボートを炉内に置いたまま自然放冷した。一昼夜経過後、炉の温度が100℃以下となっていることを確認してから、ペレットを取り出し、乳鉢を用いて粒径を揃える程度に粉砕した。このようにして、実施例10において用いるリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
これを、実施例10において用いる「LiMeO型」」正極活物質とした。
The obtained precursor dry powder and lithium hydroxide monohydrate powder (LiOH.H2O) were mixed well using a smoked automatic mortar, and the molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) was 1: 1. A mixed powder was prepared.
Next, the mixed powder was pellet-molded at a pressure of 6 MPa. The amount of the precursor powder subjected to pellet molding was determined by conversion so that the mass as a product after synthesis was 3 g. As a result, the molded pellets had a diameter of 25 mmφ and a thickness of about 10-12 mm. The pellets were placed on an alumina boat having a total length of about 100 mm, placed in a box-type electric furnace, and baked in an air atmosphere at 1000 ° C. for 12 hours. After firing, the heater was turned off and allowed to cool naturally with the alumina boat placed in the furnace. After the passage of day and night, it was confirmed that the temperature of the furnace was 100 ° C. or less, and then the pellets were taken out and pulverized to the same particle size using a mortar. Thus, the lithium transition metal complex oxide used in Example 10 was produced.
This was used as the “LiMeO 2 type” positive electrode active material used in Example 10.

(角形非水電解質二次電池の作製)
「リチウム過剰型」正極活物質の代わりに、上記の「LiMeO型」」正極活物質を用いた他は、実施例6と同様にして、実施例10に係る非水電解質二次電池を作製した。
(Preparation of prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery)
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to Example 10 was fabricated in the same manner as in Example 6 except that the above-described “LiMeO 2 type” positive electrode active material was used instead of the “lithium-excess type” positive electrode active material. did.

(比較例5)
実施例10で用いた非水電解質において、ジグリコールサルフェート(DGLST)を添加しない他は、実施例10と同様にして、比較例5に係る非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 5)
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 10 except that diglycol sulfate (DGLST) was not added to the nonaqueous electrolyte used in Example 10.

(粒子径の測定)
上記実施例1〜9及び比較例1〜4において用いたリチウム遷移金属複合酸化物は、次の条件及び手順に沿って粒度分布の測定を行った。測定装置には日機装社製Microtrac(型番:MT3000)を用いた。前記測定装置は、光学台、試料供給部及び制御ソフトを搭載したコンピューターを備えており、光学台にはレーザー光透過窓を有する湿式セルが設置される。測定原理は、測定対象試料が分散溶媒中に分散している分散液が循環している湿式セルにレーザー光を照射し、測定試料からの散乱光分布を粒度分布に変換する方式である。前記分散液は試料供給部に蓄えられ、ポンプによって湿式セルに循環供給される。前記試料供給部は、常に超音波振動が加えられている。今回の測定では、分散溶媒として水を用いた。又、測定制御ソフトにはMicrotrac DHS for Win98(MT3000)を使用した。前記測定装置に設定入力する「物質情報」については、溶媒の「屈折率」として1.33を設定し、「透明度」として「透過(TRANSPARENT)」を選択し、「球形粒子」として「非球形」を選択した。試料の測定に先立ち、「Set Zero」操作を行う。「Set zero」操作は、粒子からの散乱光以外の外乱要素(ガラス、ガラス壁面の汚れ、ガラス凹凸など)が後の測定に与える影響を差し引くための操作であり、試料供給部に分散溶媒である水のみを入れ、湿式セルに分散溶媒である水のみが循環している状態でバックグラウンド操作を行い、バックグラウンドデータをコンピューターに記憶させる。続いて「Sample LD (Sample Loading)」操作を行う。Sample LD操作は、測定時に湿式セルに循環供給される分散液中の試料濃度を最適化するための操作であり、測定制御ソフトの指示に従って試料供給部に測定対象試料を手動で最適量に達するまで投入する操作である。続いて、「測定」ボタンを押すことで測定操作が行われる。前記測定操作を2回繰り返し、その平均値として測定結果がコンピューターから出力される。測定結果は、粒度分布ヒストグラム、並びに、D10、D50及びD90の各値(D10、D50及びD90は、二次粒子の粒度分布における累積体積がそれぞれ10%、50%及び90%となる粒度)として取得される。
得られたD50の値は、18μmであった。
(Measurement of particle diameter)
The lithium transition metal composite oxides used in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 were measured for particle size distribution according to the following conditions and procedures. Microtrac (model number: MT3000) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. was used as a measuring device. The measurement apparatus includes an optical bench, a sample supply unit, and a computer equipped with control software. A wet cell having a laser light transmission window is installed on the optical bench. The measurement principle is a method in which a wet cell in which a dispersion liquid in which a sample to be measured is dispersed in a dispersion solvent circulates is irradiated with laser light, and the scattered light distribution from the measurement sample is converted into a particle size distribution. The dispersion is stored in a sample supply unit and circulated and supplied to a wet cell by a pump. The sample supply unit is always subjected to ultrasonic vibration. In this measurement, water was used as a dispersion solvent. Moreover, Microtrac DHS for Win98 (MT3000) was used for the measurement control software. For the “substance information” to be set and input to the measuring apparatus, 1.33 is set as the “refractive index” of the solvent, “TRANSPARENT” is selected as the “transparency”, and “non-spherical” is selected as the “spherical particle”. Was selected. Prior to sample measurement, perform “Set Zero” operation. The “Set zero” operation is an operation to subtract the influence of disturbance elements other than the scattered light from the particles (glass, dirt on the glass wall, glass irregularities, etc.) on subsequent measurements. A background operation is performed in a state where only certain water is added and only water as a dispersion solvent is circulating in the wet cell, and the background data is stored in the computer. Next, perform the “Sample LD (Sample Loading)” operation. The Sample LD operation is an operation for optimizing the sample concentration in the dispersion that is circulated and supplied to the wet cell during measurement, and manually reaches the optimum amount of the sample to be measured in the sample supply unit according to the instructions of the measurement control software. It is an operation to throw up. Subsequently, the measurement operation is performed by pressing the “Measure” button. The measurement operation is repeated twice, and the measurement result is output from the computer as the average value. The measurement results are as a particle size distribution histogram and values of D10, D50, and D90 (D10, D50, and D90 are particle sizes at which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles is 10%, 50%, and 90%, respectively) To be acquired.
The value of D50 obtained was 18 μm.

(比表面積の測定)
実施例1〜9及び比較例1〜4において用いたリチウム遷移金属複合酸化物は、ユアサアイオニクス社製比表面積測定装置(商品名:MONOSORB)を用いて、一点法により、活物質に対する窒素吸着量[m]を求めた。得られた吸着量(m)を活物質質量(g)で除した値をBET比表面積とした。測定に当たって、液体窒素を用いた冷却によるガス吸着を行った。また、冷却前に120℃15minの予備加熱を行った。また、測定試料の投入量は、0.5g±0.01gとした。
得られた比表面積の値は、BET比表面積が5.6m/gであった。
(Measurement of specific surface area)
The lithium transition metal composite oxides used in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 were subjected to nitrogen adsorption on the active material by a single-point method using a specific surface area measuring device (trade name: MONOSORB) manufactured by Yuasa Ionics. The amount [m 2 ] was determined. A value obtained by dividing the obtained adsorption amount (m 2 ) by the active material mass (g) was defined as a BET specific surface area. In the measurement, gas adsorption by cooling with liquid nitrogen was performed. In addition, preheating at 120 ° C. for 15 minutes was performed before cooling. The input amount of the measurement sample was 0.5 g ± 0.01 g.
The specific surface area obtained was a BET specific surface area of 5.6 m 2 / g.

(初期活性化工程)
作製した角形非水電解質二次電池を25℃に設定した恒温槽に移し、1サイクルの初期充放電工程を実施した。充放電条件は以下の通りである。
<「リチウム過剰型」正極活物質を用いた電池>実施例1〜9、比較例1〜4
充電は、電流0.2CmA、電圧4.5V、充電時間8時間の定電流定電圧充電とした。放電は、電流0.1CmA、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。充電後及び放電後に、30分の休止時間を設定した。
<「LiMeO型」正極活物質を用いた電池>実施例10、比較例5
充電は、電流0.2CmA、電圧4.2V、充電時間8時間の定電流定電圧充電とした。放電は、電流0.1CmA、終止電圧2.75Vの定電流放電とした。充電後及び放電後に、30分の休止時間を設定した。
(Initial activation process)
The produced square nonaqueous electrolyte secondary battery was transferred to a thermostat set at 25 ° C., and an initial charge / discharge process of one cycle was performed. The charge / discharge conditions are as follows.
<Battery Using “Lithium Excess Type” Positive Electrode Active Material> Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4
The charging was constant current and constant voltage charging with a current of 0.2 CmA, a voltage of 4.5 V, and a charging time of 8 hours. The discharge was a constant current discharge with a current of 0.1 CmA and a final voltage of 2.0 V. A 30 minute rest period was set after charging and discharging.
<Battery Using “LiMeO 2 Type” Cathode Active Material> Example 10 and Comparative Example 5
The charging was constant current and constant voltage charging with a current of 0.2 CmA, a voltage of 4.2 V, and a charging time of 8 hours. The discharge was a constant current discharge with a current of 0.1 CmA and a final voltage of 2.75V. A 30 minute rest period was set after charging and discharging.

(容量確認試験)
初期活性化工程の後、引き続き、容量確認試験を実施した。充放電条件を以下に記す。
<「リチウム過剰型」正極活物質を用いた電池>実施例1〜9、比較例1〜4
充電は、電流0.2CmA、電圧4.2V、充電時間8時間の定電流定電圧充電とした。放電は、電流1.0CmA、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。また、充電後及び放電後に、30分の休止時間を設定した。
<「LiMeO型」正極活物質を用いた電池>実施例10、比較例5
充電は、電流0.2CmA、電圧4.2V、充電時間8時間の定電流定電圧充電とした。放電は、電流1.0CmA、終止電圧2.75Vの定電流放電とした。また、充電後及び放電後に、30分の休止時間を設定した。
上記放電工程において得られた各電池の放電容量を「1C放電容量」として表1に示す。
さらに、各電池の放電終了後の電池厚みを計測した結果についても、同じく表1に示す。
(Capacity confirmation test)
After the initial activation step, a capacity confirmation test was subsequently performed. The charge / discharge conditions are described below.
<Battery Using “Lithium Excess Type” Positive Electrode Active Material> Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4
The charging was constant current and constant voltage charging with a current of 0.2 CmA, a voltage of 4.2 V, and a charging time of 8 hours. The discharge was a constant current discharge with a current of 1.0 CmA and a final voltage of 2.0 V. In addition, a pause time of 30 minutes was set after charging and discharging.
<Battery Using “LiMeO 2 Type” Cathode Active Material> Example 10 and Comparative Example 5
The charging was constant current and constant voltage charging with a current of 0.2 CmA, a voltage of 4.2 V, and a charging time of 8 hours. The discharge was a constant current discharge with a current of 1.0 CmA and a final voltage of 2.75 V. In addition, a pause time of 30 minutes was set after charging and discharging.
The discharge capacity of each battery obtained in the above discharge process is shown in Table 1 as “1C discharge capacity”.
Further, the results of measuring the battery thickness after the discharge of each battery are also shown in Table 1.

(電池厚み測定)
容量確認試験後の各電池について、電池厚みの測定を行った。
容量確認試験終了後24時間経過後に、電池の長側面の中心部を当該長側面に対して略垂直な方向から(短側面の面方向に略水平な方向に)ノギスで挟み、電池厚みを測定した。この値を「サイクル前電池厚み(mm)」として表1に示す。
(Battery thickness measurement)
The battery thickness was measured for each battery after the capacity check test.
After 24 hours from the end of the capacity confirmation test, the center of the long side of the battery is sandwiched with calipers from a direction substantially perpendicular to the long side (in a direction substantially horizontal to the surface of the short side), and the battery thickness is measured. did. This value is shown in Table 1 as “battery thickness before cycle (mm)”.

(内部抵抗測定)
容量確認試験終了後24時間経過後の1kHz内部抵抗を、日置電機(株)製のHIOKI3560 AC HITESTERを用いて測定した。この値を「サイクル前内部抵抗(mΩ)」として表1に示す。
(Internal resistance measurement)
The 1 kHz internal resistance 24 hours after the completion of the capacity confirmation test was measured using a Hioki 3560 AC HITESTER manufactured by Hioki Electric Co., Ltd. This value is shown in Table 1 as “pre-cycle internal resistance (mΩ)”.

(45℃サイクル試験)
角形非水電解質二次電池を45℃設定した恒温槽に移し、100サイクルの充放電サイクル試験を実施した。各電池における充放電条件を以下に記す。
<「リチウム過剰型」正極活物質を用いた電池>実施例1〜9、比較例1〜4
充電は、電流1.0CmA、電圧4.2V、充電時間3時間の定電流定電圧充電とした。放電は、電流1.0CmA、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。全ての充電及び放電後に、30分の休止時間を設定した。
<「LiMeO型」正極活物質を用いた電池>実施例10、比較例5
充電は、電流1.0CmA、電圧4.2V、充電時間3時間の定電流定電圧充電とした。放電は、電流1.0CmA、終止電圧2.75Vの定電流放電とした。また、充電後及び放電後に、30分の休止時間を設定した。
本サイクル試験の1サイクル目に得られた放電容量に対する100サイクル目に得られた放電容量の比率(「100サイクル目放電容量」/「1サイクル目放電容量」)を「サイクル容量維持率(%)」とし、表1に示す。
(45 ° C cycle test)
The square nonaqueous electrolyte secondary battery was transferred to a thermostat set at 45 ° C., and a charge / discharge cycle test of 100 cycles was performed. The charging / discharging conditions in each battery are described below.
<Battery Using “Lithium Excess Type” Positive Electrode Active Material> Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4
Charging was performed at a constant current and a constant voltage with a current of 1.0 CmA, a voltage of 4.2 V, and a charging time of 3 hours. The discharge was a constant current discharge with a current of 1.0 CmA and a final voltage of 2.0 V. A 30 minute rest period was set after all charging and discharging.
<Battery Using “LiMeO 2 Type” Cathode Active Material> Example 10 and Comparative Example 5
Charging was performed at a constant current and a constant voltage with a current of 1.0 CmA, a voltage of 4.2 V, and a charging time of 3 hours. The discharge was a constant current discharge with a current of 1.0 CmA and a final voltage of 2.75 V. In addition, a pause time of 30 minutes was set after charging and discharging.
The ratio of the discharge capacity obtained in the 100th cycle to the discharge capacity obtained in the first cycle of this cycle test (“100th cycle discharge capacity” / “first cycle discharge capacity”) is expressed as “cycle capacity maintenance ratio (% ) "And shown in Table 1.

サイクル試験終了後の各電池を25℃の恒温槽に移し、24時間経過後に上記と同様の方法により電池厚み測定を行った。この電池厚みを「サイクル後電池厚み(mm)」とし、表1に示す。また、「サイクル前電池厚み」に対する「サイクル後電池厚み」の比(「サイクル後電池厚み」/「サイクル前電池厚み」)を「電池厚み増加率(%)」とし、同じく表1に示す。   Each battery after completion of the cycle test was transferred to a constant temperature bath at 25 ° C., and after 24 hours, the battery thickness was measured by the same method as described above. This battery thickness is defined as “battery thickness after cycle (mm)” and is shown in Table 1. Also, the ratio of “battery thickness after cycle” to “battery thickness before cycle” (“battery thickness after cycle” / “battery thickness before cycle”) is “battery thickness increase rate (%)”, which is also shown in Table 1.

電池厚み測定後、さらに、各電池の1kHz内部抵抗を測定した。得られた値を「サイクル後内部抵抗(mΩ)」として記録するとともに、「サイクル前内部抵抗」に対する比率(「サイクル後内部抵抗」/「サイクル前内部抵抗」)を算出し、「サイクル時内部抵抗増加率(%)」として表1に示す。   After measuring the battery thickness, the 1 kHz internal resistance of each battery was further measured. Record the obtained value as “Internal resistance after cycle (mΩ)” and calculate the ratio to “Internal resistance before cycle” (“Internal resistance after cycle” / “Internal resistance before cycle”). It is shown in Table 1 as “resistance increase rate (%)”.

(45℃放置試験)
新たに、実施例1〜10及び比較例1〜5に係る電池の組み立てを行い、前記初期活性化工程を行うことで電池を作製した。作製した電池について、容量確認試験を行い、さらに容量確認試験終了後24時間経過後、1kHz内部抵抗測定した。
次に、電流1.0CmA、電圧4.2V、充電時間3時間の定電流定電圧充電を実施した後、45℃に設定した恒温槽に移し、60日間放置した。
放置後の電池を25℃に設定した恒温槽に移し、実施例1〜9及び比較例1〜4の電池については、電流1.0CmA、終止電圧2.0Vの定電流放電、実施例10及び比較例5の電池については、電流1.0CmA、終止電圧2.75Vの定電流放電を行った。
放電後24時間経過後の1kHz内部抵抗を測定した。
放置前後の内部抵抗について、以下の式により「放置時内部抵抗増加率」を算出した。結果を表2に示す。
「放置時内部抵抗増加率(%)」=「放置後内部抵抗値」/「放置前内部抵抗値」×100
(45 ° C standing test)
The batteries according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 5 were newly assembled, and batteries were manufactured by performing the initial activation process. About the produced battery, the capacity | capacitance confirmation test was done, and also 1 hour internal resistance measurement was carried out 24 hours after completion | finish of a capacity | capacitance confirmation test.
Next, after carrying out constant current constant voltage charging with a current of 1.0 CmA, a voltage of 4.2 V, and a charging time of 3 hours, the battery was transferred to a constant temperature bath set at 45 ° C. and left for 60 days.
The battery after being left was transferred to a thermostat set at 25 ° C., and for the batteries of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4, constant current discharge with a current of 1.0 CmA and a final voltage of 2.0 V, Example 10 and For the battery of Comparative Example 5, constant current discharge with a current of 1.0 CmA and a final voltage of 2.75 V was performed.
The 1 kHz internal resistance after 24 hours from the discharge was measured.
Regarding the internal resistance before and after being left, the “increase rate of internal resistance when left as it is” was calculated by the following formula. The results are shown in Table 2.
“Internal resistance increase rate when left (%)” = “Internal resistance value after being left” / “Internal resistance value before being left” × 100

表1及び表2より、組成式Li1+αMe1−α(MeはMn、Ni及びCoを含む遷移金属元素、1.0<(1+α)/(1−α)≦1.6)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を含む「Li過剰型」正極活物質に、ジグリコールサルフェート(DGLST)を含有する非水電解質を用いた実施例1〜実施例9の電池は、DGLSTを含まない非水電解質を用いた比較例1の電池と比較して、サイクル容量維持率(充放電サイクル性能)が向上し、サイクル後内部抵抗、放置時内部抵抗が減少することがわかる。DGLSTの含有量は、0.01%〜4.00%で効果があり、0.05%〜4.00%がより好ましく、0.50%〜4.00%が特に好ましい。
これに対して、ビニレンカーボネート(VC)を含有する非水電解質を用いた比較例2の電池は、添加しない場合と比較して、電池厚み増加率は改善されるが、サイクル容量維持率は低下し、内部抵抗は高くなる。ペンチルグリコールサルフェート(PEGLST)を含有する非水電解質を用いた比較例3の電池は、含有しない場合と比較して、いずれの特性も悪くなる。1,3−プロペンスルトン(PRS)を含有する非水電解質を用いた比較例4の電池は、含有しない場合と比較して、内部抵抗は改善されるが、サイクル容量維持率は低下し、電池厚みは増加する。
「LiMeO型」正極活物質を用いた電池は、「Li過剰型」正極活物質を用いた電池より、サイクル容量維持率は高いが、DGLSTを含有する非水電解質を採用した場合(実施例10)、DGLSTを含有しない非水電解質を採用した比較例5と比較してサイクル容量維持率はさらに向上し、内部抵抗はやや高くなる。
From Table 1 and Table 2, the composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal element containing Mn, Ni and Co, 1.0 <(1 + α) / (1-α) ≦ 1.6) The batteries of Examples 1 to 9 using a non-aqueous electrolyte containing diglycol sulfate (DGLST) in the “Li-excess type” positive electrode active material containing the lithium transition metal composite oxide represented include DGLST It can be seen that the cycle capacity retention rate (charge / discharge cycle performance) is improved and the internal resistance after the cycle and the internal resistance at the time of leaving are decreased as compared with the battery of Comparative Example 1 using the nonaqueous electrolyte. The content of DGLST is effective at 0.01% to 4.00%, more preferably 0.05% to 4.00%, and particularly preferably 0.50% to 4.00%.
In contrast, the battery of Comparative Example 2 using a non-aqueous electrolyte containing vinylene carbonate (VC) has an improved battery thickness increase rate but a reduced cycle capacity retention rate compared to the case where it is not added. However, the internal resistance becomes high. The battery of Comparative Example 3 using the non-aqueous electrolyte containing pentyl glycol sulfate (PEGLST) is inferior in all characteristics as compared with the case where it is not contained. The battery of Comparative Example 4 using a non-aqueous electrolyte containing 1,3-propene sultone (PRS) is improved in internal resistance as compared with the case where it is not contained, but the cycle capacity maintenance ratio is lowered, and the battery The thickness increases.
A battery using a “LiMeO 2 type” positive electrode active material has a higher cycle capacity retention rate than a battery using a “Li-excess type” positive electrode active material, but a nonaqueous electrolyte containing DGLST is employed (Examples) 10) The cycle capacity retention rate is further improved and the internal resistance is slightly higher than that of Comparative Example 5 that employs a nonaqueous electrolyte that does not contain DGLST.

本発明のMn、Ni及びCoを含むリチウム遷移金属複合酸化物を含有する正極活物質を用い、且つ、これを特定の環状スルホン酸化合物を含有した非水電解質と組み合わせることにより、充放電サイクル性能が優れた非水電解質二次電池を提供することができるので、この非水電解質二次電池は、ハイブリッド自動車用、電気自動車用の非水電解質二次電池として有用である。   By using a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide containing Mn, Ni and Co of the present invention and combining it with a non-aqueous electrolyte containing a specific cyclic sulfonic acid compound, charge / discharge cycle performance Therefore, this non-aqueous electrolyte secondary battery is useful as a non-aqueous electrolyte secondary battery for hybrid vehicles and electric vehicles.

Claims (4)

正極、負極及び非水電解質を備えた非水電解質二次電池であって、前記正極は、α−NaFeO型結晶構造を有し、組成式Li1+αMe1−α(MeはMn、Ni及びCoを含む遷移金属元素、1.0(1+α)/(1−α)≦1.6)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質を含有し、且つ、前記非水電解質は、下記一般式(1)で表される環状スルホン酸化合物を非水電解質の総質量の5質量%未満含有していることを特徴とする非水電解質二次電池。
〔一般式(1)において、R及びRは、式(2)で表される互いに結合した基を示すか、又は、いずれか一方が一般式(3)、式(4)又は式(5)で表される基(*の部分がR又はRのいずれか一方に結合)且つ他方が水素原子を示す。Rは、ハロゲンを含んでも良い炭素数1〜3のアルキル基である。〕
A nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the positive electrode has an α-NaFeO 2 type crystal structure, and a composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 (Me is Mn, A transition metal element containing Ni and Co, a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide represented by 1.0 < (1 + α) / (1-α) ≦ 1.6), and The water electrolyte contains a cyclic sulfonic acid compound represented by the following general formula (1) in an amount of less than 5% by mass of the total mass of the nonaqueous electrolyte.
[In General Formula (1), R 1 and R 2 represent a group bonded to each other represented by Formula (2), or one of them is represented by General Formula (3), Formula (4) or Formula ( 5) (the part of * is bonded to either R 1 or R 2 ) and the other is a hydrogen atom. R 3 is a C 1-3 alkyl group which may contain halogen. ]
前記組成式において、1.0<(1+α)/(1−α)≦1.50であるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質を含有することを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。 2. The non-active material according to claim 1, comprising a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide satisfying 1.0 <(1 + α) / (1−α) ≦ 1.50 in the composition formula. Water electrolyte secondary battery. 前記組成式において、1.25≦(1+α)/(1−α)≦1.45であるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質を含有することを特徴とする請求項2に記載の非水電解質二次電池。   3. The non-active material according to claim 2, comprising a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide satisfying 1.25 ≦ (1 + α) / (1−α) ≦ 1.45 in the composition formula. Water electrolyte secondary battery. 前記非水電解質は、前記環状スルホン酸化合物を非水電解質の総質量の0.01質量%以上含有していることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary according to any one of claims 1 to 3 , wherein the nonaqueous electrolyte contains the cyclic sulfonic acid compound in an amount of 0.01 mass% or more of the total mass of the nonaqueous electrolyte. battery.
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