JP6090247B2 - Positive electrode active material and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

この発明は、正極活物質、およびリチウムイオン二次電池に関する。詳しくは、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子を含んでいる正極活物質に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material and a lithium ion secondary battery. Specifically, the present invention relates to a positive electrode active material containing particles of a lithium transition metal composite oxide.

近年の携帯電子技術のめざましい発達により、携帯電話やノートブックコンピューターなどの電子機器は高度情報化社会を支える基盤技術と認知されている。また、これらの電子機器の高機能化に関する研究開発が精力的に進められており、これらの電子機器の消費電力も比例して増加の一途を辿っている。その反面、これらの電子機器は長時間の駆動が求められており、駆動電源である二次電池の高エネルギー密度化が必然的に望まれている。また、電子機器に内蔵される電池の占有体積や質量などの観点より、電池のエネルギー密度は高いほど望ましい。このため、現在では、優れたエネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が、殆どの機器に内蔵されるに至っている。   Due to the remarkable development of portable electronic technology in recent years, electronic devices such as mobile phones and notebook computers are recognized as fundamental technologies that support an advanced information society. In addition, research and development related to the enhancement of the functions of these electronic devices have been energetically advanced, and the power consumption of these electronic devices has been increasing proportionally. On the other hand, these electronic devices are required to be driven for a long time, and a high energy density of a secondary battery as a driving power source is inevitably desired. Moreover, the higher the energy density of the battery, the more desirable from the viewpoint of the occupied volume and mass of the battery built in the electronic device. For this reason, at present, lithium ion secondary batteries having an excellent energy density have been built into most devices.

LiCoO2やLiNiO2をはじめとするリチウム遷移金属複合酸化物の粒子は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として広く用いられている。近年、このリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の特性を改善すべく、粒子表面に被覆層を形成したり、粒子表面から材料を拡散させることにより、粒子表面の状態を改質する技術が種々提案されている。以下に、従来提案されている技術を示す。 Lithium transition metal composite oxide particles such as LiCoO 2 and LiNiO 2 are widely used as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries. In recent years, in order to improve the characteristics of lithium transition metal composite oxide particles, various technologies have been proposed to modify the particle surface by forming a coating layer on the particle surface or diffusing materials from the particle surface. Has been. The conventionally proposed technologies are shown below.

特許文献1、2には、正極活物質や正極の表面に金属酸化物を被覆する方法が開示されている。特許文献3〜9には、リチウム遷移金属複合酸化物を粒子表面に均一に被覆する方法や表面から拡散させる方法が開示されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose a method of coating a metal oxide on the surface of a positive electrode active material or a positive electrode. Patent Documents 3 to 9 disclose a method of uniformly coating a lithium transition metal composite oxide on the particle surface and a method of diffusing from the surface.

特許文献10には、金属酸化物層の上に金属酸化物の塊が付着された正極活物質が開示されている。特許文献11には、リチウム化合物を含むコアの表面に2つ以上のコーティング元素を含む1つ以上の表面処理層を形成した正極活物質が示されている。特許文献12には、リチウムと親和性が高く、カチオンを供給する化合物とリチウム遷移金属複合酸化物を反応させた材料が開示されている。   Patent Document 10 discloses a positive electrode active material in which a lump of metal oxide is attached on a metal oxide layer. Patent Document 11 discloses a positive electrode active material in which one or more surface treatment layers containing two or more coating elements are formed on the surface of a core containing a lithium compound. Patent Document 12 discloses a material having a high affinity for lithium and a reaction between a compound that supplies a cation and a lithium transition metal composite oxide.

特許第3172388号公報Japanese Patent No. 3172388 特許第3691279号公報Japanese Patent No. 3691279 特開平7−235292号公報JP 7-235292 A 特開2000−149950号公報JP 2000-149950 A 特開2000−156227号公報JP 2000-156227 A 特開2000−164214号公報JP 2000-164214 A 特開2000−195517号公報JP 2000-195517 A 特開2001−196063号公報JP 2001-196063 A 特開2002−231227号公報JP 2002-231227 A 特開2001−256979号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-256969 特開2002−164053号公報JP 2002-164053 A 米国特許第7364793号明細書U.S. Pat. No. 7,364,793

しかしながら、特許文献1、2に開示されている被覆元素、被覆方法、および被覆形態のみでは、高温保存特性は不十分である。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の特性を改善するために、金属酸化物の被覆量を多くすると、リチウムイオンの拡散が阻害されるため、実用領域の充放電電流値では十分な放電容量が得られなくなる。   However, the high-temperature storage characteristics are insufficient only with the coating elements, coating methods, and coating forms disclosed in Patent Documents 1 and 2. For example, in order to improve the characteristics of lithium transition metal composite oxide particles, increasing the amount of metal oxide coating inhibits the diffusion of lithium ions. Cannot be obtained.

特許文献3〜9に開示された方法を用いると、高い容量を維持できるが、表面からの遷移金属の拡散状態によってはサイクル特性の向上や、高温保存特性が不十分となる。   When the methods disclosed in Patent Documents 3 to 9 are used, a high capacity can be maintained, but depending on the diffusion state of the transition metal from the surface, the cycle characteristics are improved and the high-temperature storage characteristics are insufficient.

特許文献10に開示された製造方法を用いて、本発明者らが正極活物質を作製したところ、十分なサイクル特性が得られず、放電容量が大きく低下する結果となった。   When the present inventors produced a positive electrode active material using the production method disclosed in Patent Document 10, sufficient cycle characteristics were not obtained, resulting in a significant decrease in discharge capacity.

特許文献11に開示された技術を用いて、本発明者らが正極活物質を作製したところ、均一な多重層が形成され、良好な高温保存特性が認められなかった。   When the present inventors produced a positive electrode active material using the technique disclosed in Patent Document 11, a uniform multilayer was formed, and good high-temperature storage characteristics were not recognized.

特許文献12に開示された製造方法を用いて、本発明者らが正極活物質を作製したところ、被覆材として添加した材料のムラや脱落が生じ、酸化物やフッ化リチウムなどの不活性な化合物が形成されるため、被覆によるサイクル特性、高温保存特性を向上させる機能を十分発揮できなかった。また、充放電時のリチウムイオンの移動を固液界面で阻害したりするために、実用レベルでの放電容量及びサイクル特性の向上は得られなかった。また、リチウム遷移金属複合酸化物からリチウムが奪われるために、放電容量が低下する傾向もみられた。   When the present inventors produced a positive electrode active material using the manufacturing method disclosed in Patent Document 12, unevenness and dropping of the material added as a coating material occurred, and inactive materials such as oxide and lithium fluoride were produced. Since the compound is formed, the function of improving cycle characteristics and high-temperature storage characteristics due to coating could not be sufficiently exhibited. Moreover, since the movement of lithium ions during charging and discharging is inhibited at the solid-liquid interface, the discharge capacity and the cycle characteristics cannot be improved at a practical level. Moreover, since lithium was deprived from the lithium transition metal composite oxide, the discharge capacity tended to decrease.

したがって、この発明の目的は、放電容量の低下を抑えつつ、優れたサイクル特性、および高温保存特性を得ることができる極活物質、およびリチウムイオン二次電池を提供することにある。 In view of the foregoing, while suppressing the decrease in the discharge capacity, it is to provide a positive active material, and a lithium ion secondary battery can be obtained that excellent cycle characteristics, and high-temperature storage characteristics.

上述の課題を解決するために、第1の発明は、
リチウム、主要遷移金属元素M1、および主要遷移金属元素M1とは異なる金属元素M2を含有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を含み、
金属元素M2は、Mgであり、
金属元素M2の表面濃度が粒子内部に比べて高く、金属元素M2の濃度が表面から連続的に変化しており、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にあり、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.020%を満たす範囲内において、モル分率rが0.55≦r<1.00の範囲内にあり、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少し、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.020%を満たす範囲内において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少する、非水電解液を含むリチウムイオン二次電池用の正極活物質である。
(但し、比率d(%)={粒子表面から所定深さまでの全体に含まれる[(主要遷移金属元素M1の質量)+(金属元素M2の質量)]}/(粒子全質量)、モル分率r=(金属元素M2の物質量)/[(主要遷移金属元素M1の物質量)+(金属元素M2の物質量)])
In order to solve the above-mentioned problem, the first invention
Particles of lithium transition metal composite oxide containing lithium, main transition metal element M1, and metal element M2 different from main transition metal element M1,
The metal element M2 is Mg,
The surface concentration of the metal element M2 is higher than that inside the particle, and the concentration of the metal element M2 continuously changes from the surface,
In the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80,
In the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.020%, the molar fraction r is in the range of 0.55 ≦ r <1.00,
In a range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r decreases from the particle surface toward the depth direction,
Non-aqueous electrolysis in which the molar fraction r decreases in the depth direction from the particle surface within a range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.020%. It is a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing a liquid.
(However, the ratio d (%) = {included in the whole from the particle surface to a predetermined depth [(mass of main transition metal element M1) + (mass of metal element M2)]} / (total mass of particles), mole fraction Rate r = (substance amount of metal element M2) / [(substance amount of main transition metal element M1) + (substance amount of metal element M2)])

第2の発明は、
正極、負極および非水電解液を含む電解質を備え、
正極は、リチウム、主要遷移金属元素M1、および主要遷移金属元素M1とは異なる金属元素M2を含有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を含み、
金属元素M2は、Mgであり、
金属元素M2の表面濃度が粒子内部に比べて高く、金属元素M2の濃度が表面から連続的に変化しており、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にあり、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.020%を満たす範囲内において、モル分率rが0.55≦r<1.00の範囲内にあり、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少し、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.020%を満たす範囲内において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少する、リチウムイオン二次電池である。
(但し、比率d(%)={粒子表面から所定深さまでの全体に含まれる[(主要遷移金属元素M1の質量)+(金属元素M2の質量)]/(粒子全質量)、モル分率r=(金属元素M2の物質量)}/[(主要遷移金属元素M1の物質量)+(金属元素M2の物質量)])
The second invention is
An electrolyte including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode includes particles of lithium transition metal composite oxide containing lithium, a main transition metal element M1, and a metal element M2 different from the main transition metal element M1,
The metal element M2 is Mg,
The surface concentration of the metal element M2 is higher than that inside the particle, and the concentration of the metal element M2 continuously changes from the surface,
In the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80,
In the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.020%, the molar fraction r is in the range of 0.55 ≦ r <1.00,
In a range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r decreases from the particle surface toward the depth direction,
In a range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.020%, the molar fraction r decreases in the depth direction from the particle surface. Next battery.
(However, ratio d (%) = {included in the whole from the particle surface to a predetermined depth [(mass of main transition metal element M1) + (mass of metal element M2)] / (total mass of particle), molar fraction] r = (amount of metal element M2)} / [(amount of main transition metal element M1) + (amount of metal element M2)])

この発明では、粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rを0.20≦r≦0.80の範囲内にしているので、正極活物質粒子と電解液との界面での反応を抑制することができる。   In the present invention, the molar fraction r is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 within the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%. Therefore, the reaction at the interface between the positive electrode active material particles and the electrolytic solution can be suppressed.

以上説明したように、この発明によれば、放電容量の低下を抑えつつ、優れたサイクル特性、および高温保存特性を得ることができる。   As described above, according to the present invention, excellent cycle characteristics and high-temperature storage characteristics can be obtained while suppressing a decrease in discharge capacity.

図1は、この発明の第1の実施形態による非水電解質二次電池の一構成例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a part of the spirally wound electrode body illustrated in FIG. 図3は、この発明の第2の実施形態による非水電解質二次電池の一構成例を示す分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration example of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment of the present invention. 図4は、図3に示した巻回電極体のIV−IV線に沿った断面構造を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line IV-IV of the spirally wound electrode body shown in FIG.

この発明は、従来技術が有する上述の問題を解決すべく、鋭意検討した結果として案出されたものである。以下にその概要を説明する。   The present invention has been devised as a result of extensive studies to solve the above-described problems of the prior art. The outline will be described below.

LiCoO2やLiNiO2をはじめとするリチウム含有遷移金属酸化物は非水電解質二次電池の正極活物質として広く用いられているが、充電状態における安定性に問題があるため、以下に示すような電池特性の劣化を引き起こしてしまう。すなわち、正極活物質と電解液との界面での反応性が上がることにより、正極から遷移金属成分が溶出し、活物質の劣化や、溶出した金属が負極側で析出することによるLi吸蔵放出の阻害を引き起こす。また、界面での電解液の分解反応を加速させ、表面に皮膜を生成させたり、ガス発生を引き起こす。 Lithium-containing transition metal oxides such as LiCoO 2 and LiNiO 2 are widely used as positive electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries. It will cause deterioration of battery characteristics. That is, by increasing the reactivity at the interface between the positive electrode active material and the electrolyte, the transition metal component is eluted from the positive electrode, the active material is deteriorated, and Li occlusion and release due to precipitation of the eluted metal on the negative electrode side occurs. Causes inhibition. In addition, the decomposition reaction of the electrolyte solution at the interface is accelerated, a film is formed on the surface, and gas is generated.

本発明者らが、さらに電池特性の劣化メカニズムを詳細に調査した結果、正極活物質粒子外においても、すなわち電解液、セパレータフィルム、および結着剤などにおいても劣化が進行していることが確認された。また、従来の表面処理を行った正極活物質では粒子外においても特徴的な劣化が認められた。   As a result of further detailed investigation of the deterioration mechanism of the battery characteristics by the present inventors, it was confirmed that the deterioration progressed also outside the positive electrode active material particles, that is, in the electrolyte solution, the separator film, the binder, and the like. It was done. Moreover, characteristic deterioration was recognized also in the positive electrode active material which performed the conventional surface treatment out of particle | grains.

また、適切に正極負極比を設計した状態で、最高充電電圧が4.20V以上、好ましくは4.35V以上、より好ましくは4.40V以上になるように充電を行うことで、充電時の非水電解質二次電池のエネルギー密度を向上させることが可能である。しかしながら、本発明者らが、このようにエネルギー密度を向上させた非水電解質二次電池について検討を重ねた結果、この電池には、以下のような問題があることを見出すに至った。すなわち、4.25V以上の高充電電圧状態で充放電を繰り返した場合には、上述の活物質や電解液の劣化が加速され、充放電サイクル寿命の低下や高温保存後の性能劣化を引き起こすことを見出すに至った。   In addition, in a state in which the positive / negative electrode ratio is appropriately designed, charging is performed so that the maximum charging voltage is 4.20 V or higher, preferably 4.35 V or higher, more preferably 4.40 V or higher. It is possible to improve the energy density of the water electrolyte secondary battery. However, as a result of repeated studies on the non-aqueous electrolyte secondary battery in which the energy density is improved in this way, the present inventors have found that this battery has the following problems. That is, when charging / discharging is repeated at a high charge voltage state of 4.25 V or more, deterioration of the above-described active material and electrolyte solution is accelerated, leading to a decrease in charge / discharge cycle life and performance deterioration after high-temperature storage. I came to find.

そこで、本発明者らは、上述の問題点を解消すべく、鋭意検討を行った結果、リチウムと、主要遷移金属元素M1と、この主要遷移金属元素M1とは異なる金属元素M2とを含有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子において、表面近傍のM2の深さ方向の濃度分布を特定の範囲内に制御することを見出すに至った。
この発明は以上の検討に基づいて案出されたものである。
Therefore, as a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors contain lithium, a main transition metal element M1, and a metal element M2 different from the main transition metal element M1. In the lithium transition metal composite oxide particles, the inventors have found that the concentration distribution in the depth direction of M2 near the surface is controlled within a specific range.
The present invention has been devised based on the above studies.

この発明の実施形態について図面を参照しながら以下の順序で説明する。
(1)第1の実施形態(円筒型電池の例)
(2)第2の実施形態(扁平型電池の例)
Embodiments of the present invention will be described in the following order with reference to the drawings.
(1) First embodiment (example of cylindrical battery)
(2) Second embodiment (example of flat battery)

<1.第1の実施形態>
[電池の構成]
図1は、この発明の第1の実施形態による非水電解質二次電池の一構成例を示す断面図である。この非水電解質二次電池は、負極の容量が、電極反応物質であるリチウム(Li)の吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池である。この非水電解質二次電池はいわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、一対の帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して積層、巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えば、ニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、例えば、電解質として電解液が注入され、セパレータ23に含浸されている。また、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12、13がそれぞれ配置されている。
<1. First Embodiment>
[Battery configuration]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the first embodiment of the present invention. This non-aqueous electrolyte secondary battery is a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium (Li) as an electrode reactant. This non-aqueous electrolyte secondary battery is a so-called cylindrical type, and a pair of strip-like positive electrode 21 and strip-like negative electrode 22 are stacked and wound inside a substantially hollow cylindrical battery can 11 via a separator 23. The wound electrode body 20 is rotated. The battery can 11 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel (Ni), and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, for example, an electrolytic solution is injected as an electrolyte, and the separator 23 is impregnated. In addition, a pair of insulating plates 12 and 13 are respectively disposed perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、封口ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられている。これにより、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡または外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。封口ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   At the open end of the battery can 11, a battery lid 14, a safety valve mechanism 15 and a thermal resistance element (PTC element) 16 provided inside the battery lid 14 are provided via a sealing gasket 17. It is attached by caulking. Thereby, the inside of the battery can 11 is sealed. The battery lid 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14, and the disk plate 15 </ b> A is reversed and wound around the battery lid 14 when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. The electrical connection with the electrode body 20 is cut off. The sealing gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and the surface is coated with asphalt.

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

図2は、図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表す断面図である。以下、図2を参照しながら、二次電池を構成する正極21、負極22、セパレータ23、および電解質について順次説明する。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. Hereinafter, the positive electrode 21, the negative electrode 22, the separator 23, and the electrolyte constituting the secondary battery will be sequentially described with reference to FIG.

(正極)
正極21は、例えば、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極材料の1種または2種以上を含んでおり、必要に応じてグラファイトなどの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んで構成されている。
(Positive electrode)
The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A. Although not shown, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil. The positive electrode active material layer 21B includes, for example, one or more positive electrode materials capable of occluding and releasing an electrode reactant as a positive electrode active material, and a conductive agent such as graphite and the like as necessary. A binder such as polyvinylidene fluoride is included.

電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な化合物が用いられる。この化合物は、リチウム、主要遷移金属元素M1、および主要遷移金属元素M1とは異なる金属元素M2を含有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を含んでいる。ここで、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子を構成する主要遷移金属とは、この粒子を構成する遷移金属のうち最も比率の大きい遷移金属を意味する。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物として、平均組成LiCo0.98Al0.01Mg0.012のコバルト酸リチウムを用いる場合、主要遷移金属元素M1はコバルト(Co)である。金属元素M2は、粒子の表面部において粒子中心から粒子表面に向かう濃度勾配を有している。このような濃度勾配を有することで、リチウムイオンの拡散パスが確保できる。粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にある。但し、比率d、およびモル分率rは以下の式(I)、および式(II)により定義される。
比率d(%)=[(主要遷移金属元素M1の質量)+(金属元素M2の質量)]/(粒子全質量) ・・・(I)
モル分率r=(金属元素M2の物質量)/[(主要遷移金属元素M1の物質量)+(金属元素M2の物質量)] ・・・(II)
As the positive electrode material capable of occluding and releasing the electrode reactant, a compound capable of occluding and releasing lithium (Li) is used. This compound includes particles of lithium transition metal composite oxide containing lithium, a main transition metal element M1, and a metal element M2 different from the main transition metal element M1. Here, the main transition metal constituting the particles of the lithium transition metal composite oxide means a transition metal having the largest ratio among the transition metals constituting the particles. For example, when lithium cobaltate having an average composition of LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 is used as the lithium transition metal composite oxide, the main transition metal element M1 is cobalt (Co). The metal element M2 has a concentration gradient from the particle center toward the particle surface at the particle surface. By having such a concentration gradient, a lithium ion diffusion path can be secured. The molar fraction r is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 in the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%. However, the ratio d and the molar fraction r are defined by the following formulas (I) and (II).
Ratio d (%) = [(mass of main transition metal element M1) + (mass of metal element M2)] / (total particle mass) (I)
Molar fraction r = (amount of metal element M2) / [(amount of main transition metal element M1) + (amount of metal element M2)] (II)

主要遷移金属元素M1の質量、および金属元素M2の質量は、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面を緩衝溶液により溶解し、この緩衝溶液に溶解した主要遷移金属元素M1、および金属元素M2の含有量を質量分析することにより得られる。   The mass of the main transition metal element M1 and the mass of the metal element M2 are obtained by dissolving the particle surface of the lithium transition metal composite oxide with a buffer solution and containing the main transition metal element M1 and the metal element M2 dissolved in the buffer solution. The quantity is obtained by mass spectrometry.

具体的には、比率d(%)、およびモル分率rは、以下のようにして求められる。まず、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子に緩衝溶液を加え、攪拌する。次に、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面が溶解した緩衝溶液を所定時間毎に採取し、フィルターでろ過する。各時間毎に採取した緩衝溶液中の主要遷移金属元素M1、および金属元素M2の質量を誘導結合プラズマ発光分析法(ICP:Inductively Coupled Plasma)で測定する。次に、測定した質量を用いて各属元素M1、M2の物質量[mol]を算出し、上述の式(I)、および式(II)から、比率d、およびモル分率rを求める。ここでは、粒子が球形であると仮定し、溶解により該粒子が相似に球形を保った状態で半径を減ずる状態で変化するものとして計算する。   Specifically, the ratio d (%) and the mole fraction r are obtained as follows. First, a buffer solution is added to the lithium transition metal composite oxide particles and stirred. Next, a buffer solution in which the particle surface of the lithium transition metal composite oxide is dissolved is collected every predetermined time and filtered through a filter. The mass of the main transition metal element M1 and the metal element M2 in the buffer solution collected every time is measured by inductively coupled plasma (ICP) analysis. Next, the substance amount [mol] of each genus element M1, M2 is calculated using the measured mass, and the ratio d and the mole fraction r are obtained from the above formulas (I) and (II). Here, it is assumed that the particle is spherical, and the calculation is performed by assuming that the particle changes in a state of decreasing the radius while maintaining a similar spherical shape by dissolution.

粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にあると、サイクル特性、および高温保存特性を向上することができる。   When the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r is within the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80. , Cycle characteristics, and high-temperature storage characteristics can be improved.

これに対して、粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たさない範囲において、モル分率rを0.20≦r≦0.80としても、必ずしも高温保存特性、およびサイクル特性を向上する効果は発現しない傾向にある。   On the other hand, in the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth does not satisfy 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r is set to 0.20 ≦ r ≦ 0.80. However, the effect of improving the high-temperature storage characteristics and the cycle characteristics does not necessarily appear.

粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020≦d≦0.050を満たす範囲内において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少することが好ましい。これにより、容量維持率、および高温保存特性の低下を抑制することができ、特に容量維持率の低下を抑制することができる。   In a range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020 ≦ d ≦ 0.050, it is preferable that the molar fraction r decreases from the particle surface toward the depth direction. Thereby, the fall of a capacity | capacitance maintenance factor and a high temperature storage characteristic can be suppressed, and especially the fall of a capacity | capacitance maintenance factor can be suppressed.

また、粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内であると共に、粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.02%を満たす範囲内において、モル分率rが0.55≦r<1.0の範囲内であることがより好ましい。これにより、放電容量の低下を抑制できると共に、サイクル特性および高温保存特性をより向上することができる。また、粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.020%を満たす範囲内においても、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少することが好ましい。これにより、容量維持率、および高温保存特性の低下をより抑制することができる。   Further, within the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r is within the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80. In addition, within the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.02%, the molar fraction r is within the range of 0.55 ≦ r <1.0. It is more preferable that Thereby, while being able to suppress the fall of discharge capacity, cycling characteristics and high temperature storage characteristics can be improved more. In addition, the molar fraction r decreases from the particle surface toward the depth direction even when the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.020%. Is preferred. Thereby, the capacity | capacitance maintenance factor and the fall of a high temperature storage characteristic can be suppressed more.

主に粒子表面に硫黄(S)、リン(P)、およびフッ素(F)から選ばれる少なくとも1種の元素Xを凝集した形態で含むことが好ましい。これにより、活性分子の安定化を図ることができるからである。   It is preferable that at least one element X selected from sulfur (S), phosphorus (P), and fluorine (F) is mainly contained on the particle surface in an aggregated form. This is because the active molecule can be stabilized.

金属元素M2の表面濃度が上昇していることが好ましい。具体的には、金属元素M2の濃度が、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面部において粒子中心から粒子表面に向かって上昇していることが好ましい。このように金属元素M2の表面濃度を上昇させたリチウム遷移金属複合酸化物の粒子は、好ましくは、リチウム、主要遷移金属元素M1、および金属元素M2を含有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子と、硫黄(S)、リン(P)、およびフッ素(F)から選ばれる少なくとも1種の元素Xを含む化合物とを反応させることにより得られる。この反応の際に、リチウム(Li)を含む化合物を共存させて反応させることが好ましい。このような化合物を共存させることで、反応の際に核材内部のLiが表面にしみ出てくることを防ぐことが期待できるからである。   The surface concentration of the metal element M2 is preferably increased. Specifically, the concentration of the metal element M2 is preferably increased from the particle center toward the particle surface in the particle surface portion of the lithium transition metal composite oxide. The lithium transition metal composite oxide particles whose surface concentration of the metal element M2 is thus increased are preferably lithium transition metal composite oxide particles containing lithium, the main transition metal element M1, and the metal element M2. , Sulfur (S), phosphorus (P), and fluorine (F) are obtained by reacting with a compound containing at least one element X. In this reaction, it is preferable to react in the presence of a compound containing lithium (Li). This is because it can be expected that Li in the core material is prevented from seeping out to the surface during the reaction by coexisting such a compound.

金属元素M2が、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、ジルコニウム(Zr)、バリウム(Ba)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、および鉄(Fe)から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、これらの元素のうちでも、特にマグネシウム(Mg)が好ましい。金属元素M2としてこれらの元素を用いることで、サイクルを重ねた際の活物質の構造安定性の向上が期待できるからである。   Metal element M2 is manganese (Mn), magnesium (Mg), nickel (Ni), aluminum (Al), boron (B), zirconium (Zr), barium (Ba), molybdenum (Mo), titanium (Ti), It is preferably at least one selected from niobium (Nb), tungsten (W), and iron (Fe), and among these elements, magnesium (Mg) is particularly preferable. This is because the use of these elements as the metal element M2 can be expected to improve the structural stability of the active material when the cycle is repeated.

主要遷移金属元素M1が、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、および鉄(Fe)から選ばれる1種であることが好ましい。具体的には、正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウム(Li)と、1または複数の遷移金属元素とを少なくとも含むリチウム遷移金属複合酸化物が好ましく、中でも、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン複合リチウム酸化物など、層状構造を有するリチウム含有化合物が、高容量化の点からより好ましい。特に、コバルト酸リチウムを主体としたコバルト酸リチウム含有遷移金属酸化物は、高充填性や高い放電電圧を有するため好ましい。コバルト酸リチウム含有遷移金属酸化物は、2族〜15族から選ばれる少なくとも1つ以上の元素で置換することや、フッ素化処理などが施されたものであってもよい。   The main transition metal element M1 is preferably one selected from nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), and iron (Fe). Specifically, as the positive electrode material, for example, a lithium-containing compound such as lithium oxide, lithium phosphorus oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium is suitable, and a mixture of two or more of these is used. May be. In order to increase the energy density, a lithium transition metal composite oxide containing at least lithium (Li) and one or more transition metal elements is preferable. Among them, lithium cobaltate, lithium nickelate, nickel cobalt manganese composite lithium oxide A lithium-containing compound having a layered structure such as a product is more preferable from the viewpoint of increasing the capacity. In particular, a lithium cobaltate-containing transition metal oxide mainly composed of lithium cobaltate is preferable because of its high filling property and high discharge voltage. The lithium cobaltate-containing transition metal oxide may be substituted with at least one element selected from Groups 2 to 15 or subjected to fluorination treatment.

このようなリチウム含有化合物としては、例えば、層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、スピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、オリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられる。   Examples of such lithium-containing compounds include lithium composite oxides having a layered rock salt structure, lithium composite oxides having a spinel structure, and lithium composite phosphates having an olivine structure.

(負極)
負極22は、例えば、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bを設けるようにしてもよい。負極集電体22Aは、例えば、銅箔などの金属箔により構成されている。
(Negative electrode)
The negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22A. Although not shown, the negative electrode active material layer 22B may be provided only on one surface of the negative electrode current collector 22A. The anode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil.

負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層21Bと同様の結着剤を含んで構成されている。なお、この二次電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の電気化学当量が、正極21の電気化学当量よりも大きくなっており、充電の途中において負極22にリチウム金属が析出しないようになっている。   The negative electrode active material layer 22B includes one or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as the negative electrode active material, and the positive electrode active material layer 21B as necessary. It is comprised including the binder similar to. In this secondary battery, the electrochemical equivalent of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is larger than the electrochemical equivalent of the positive electrode 21, and lithium metal is deposited on the negative electrode 22 during charging. It is supposed not to.

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

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

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

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

スズ(Sn)の合金としては、例えば、スズ(Sn)以外の第2の構成元素として、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素(Si)の合金としては、例えば、ケイ素(Si)以外の第2の構成元素として、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。   As an alloy of tin (Sn), for example, as a second constituent element other than tin (Sn), silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr) The thing containing at least 1 sort is mentioned. As an alloy of silicon (Si), for example, as a second constituent element other than silicon (Si), tin (Sn), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr). The thing containing 1 type is mentioned.

スズ(Sn)の化合物あるいはケイ素(Si)の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、スズ(Sn)またはケイ素(Si)に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。   Examples of the tin (Sn) compound or silicon (Si) compound include those containing oxygen (O) or carbon (C). In addition to tin (Sn) or silicon (Si), the above-described compounds are used. Two constituent elements may be included.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、MnO2、V25、V613などの酸化物、NiS、MoSなどの硫化物、あるいはLiN3などのリチウム窒化物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレン、ポリアニリンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium further include other metal compounds or polymer materials. Examples of other metal compounds include oxides such as MnO 2 , V 2 O 5 , and V 6 O 13 , sulfides such as NiS and MoS, and lithium nitrides such as LiN 3 , and polymer materials include polyacetylene. , Polyaniline or polypyrrole.

(セパレータ)
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ23としてしは、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜を単層で、またはそれらを複数積層したものを用いることができる。特に、セパレータ23としては、ポリオレフィン製の多孔質膜が好ましい。ショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるからである。また、セパレータ23としては、ポリオレフィンなどの微多孔膜上に、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの多孔性の樹脂層を形成したものを用いてもよい。
(Separator)
The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. As the separator 23, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic may be used as a single layer, or a laminate of a plurality of them. In particular, the separator 23 is preferably a polyolefin porous film. It is because it is excellent in the short-circuit prevention effect and can improve the safety of the battery by the shutdown effect. Further, as the separator 23, a separator in which a porous resin layer such as polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE) is formed on a microporous film such as polyolefin may be used.

(電解質)
電解質としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液、電解質塩を含有させた固体電解質、有機高分子に非水溶媒と電解質塩を含浸させたゲル状電解質のいずれも用いることができる。
(Electrolytes)
As the electrolyte, any of a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent, a solid electrolyte in which an electrolyte salt is contained, and a gel electrolyte in which an organic polymer is impregnated with a nonaqueous solvent and an electrolyte salt are used. Can do.

非水電解液は、有機溶媒と電解質とを適宜組み合わせて調製されるが、これら有機溶媒はこの種の電池に用いられるものであればいずれも使用可能である。例示するならば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4メチル1,3ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステルなどである。   The non-aqueous electrolyte is prepared by appropriately combining an organic solvent and an electrolyte, and any organic solvent can be used as long as it is used for this type of battery. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4 Examples thereof include methyl 1,3 dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetic acid ester, butyric acid ester, and propionic acid ester.

固体電解質としては、例えば、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質いずれも用いることができる。無機固体電解質としては、例えば、窒化リチウム、よう化リチウムなどが挙げられる。高分子固体電解質は、例えば、電解質塩とそれを溶解する高分子化合物とを含んでいる。その高分子化合物としては、例えば、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ(メタクリレート)エステル系、アクリレート系などを単独あるいは分子中に共重合、または混合して用いることができる。   As the solid electrolyte, for example, any inorganic solid electrolyte or polymer solid electrolyte can be used as long as the material has lithium ion conductivity. Examples of the inorganic solid electrolyte include lithium nitride and lithium iodide. The polymer solid electrolyte includes, for example, an electrolyte salt and a polymer compound that dissolves the electrolyte salt. As the polymer compound, for example, an ether polymer such as poly (ethylene oxide) or a crosslinked product thereof, a poly (methacrylate) ester polymer, an acrylate polymer or the like may be used alone or copolymerized or mixed in the molecule. Can do.

ゲル状電解質のマトリックスとしては上記非水電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子が利用できる。例えば、ポリ(ビニリデンフルオロライド)やポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)などのフッ素系高分子、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ(アクリロニトリル)などを使用できる。特に酸化還元安定性から、フッ素系高分子を用いることが好ましい。電解質塩を含有させることによりイオン導電性が賦与される。   As the matrix of the gel electrolyte, various polymers can be used as long as they can be gelated by absorbing the non-aqueous electrolyte. For example, fluorine-based polymers such as poly (vinylidene fluoride) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), ether-based polymers such as poly (ethylene oxide) and cross-linked products, poly (acrylonitrile), etc. Can be used. In particular, it is preferable to use a fluorine-based polymer from the viewpoint of redox stability. By containing an electrolyte salt, ionic conductivity is imparted.

電解質塩としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも使用可能である。例示するならば、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C654、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiCl、LiBrなどのリチウム塩である。これらのリチウム塩は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Any electrolyte salt can be used as long as it is used for this type of battery. Illustrative examples include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiCl, and LiBr. These lithium salts may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them.

[電池の製造方法]
次に、この発明の第1の実施形態による非水電解質二次電池の製造方法の一例について説明する。
[Battery manufacturing method]
Next, an example of a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the first embodiment of the present invention will be described.

まず、リチウム、主要遷移金属元素M1、および金属元素M2を含むリチウム遷移金属複合酸化物の粒子と、硫黄(S)、リン(P)、およびフッ素(F)から選ばれる少なくとも1種の元素Xを含む化合物とを混合する。この際に、リチウム(Li)を含む化合物をさらに混合することが好ましい。次に、混合した材料に対してメカノケミカル処理を施し、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に、硫黄(S)、リン(P)、およびフッ素(F)から選ばれる少なくとも1種の元素Xを含む化合物と、好ましくはリチウム(Li)を含む化合物とを被着させる。メカノケミカル処理の時間は、5分以上2時間以下であることが好ましい。5分未満であると、被覆処理が不十分となる傾向があり、2時間を超えると、粒子が物理的に割れ、小粒径となる傾向があるからである。次に、焼成前駆体であるリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を焼成する。焼成温度(熱処理の温度)は、500℃以上1500℃以下であることが好ましい。500℃未満であると、被覆処理が不十分となる傾向があり、1500℃を超えると、2次粒子化し、塗布性が悪化する傾向がある。以上により、金属元素M2の表面濃度が上昇したリチウム遷移金属複合酸化物の粒子が得られる。また、この粒子は、主に粒子表面に硫黄(S)、リン(P)、およびフッ素(F)から選ばれる少なくとも1種の元素Xを凝集した形態で含んでいる。   First, lithium transition metal composite oxide particles containing lithium, a main transition metal element M1, and a metal element M2, and at least one element X selected from sulfur (S), phosphorus (P), and fluorine (F) And a compound containing At this time, it is preferable to further mix a compound containing lithium (Li). Next, the mixed material is subjected to mechanochemical treatment, and at least one element selected from sulfur (S), phosphorus (P), and fluorine (F) is formed on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles. A compound containing X and preferably a compound containing lithium (Li) are deposited. The mechanochemical treatment time is preferably 5 minutes or more and 2 hours or less. This is because if it is less than 5 minutes, the coating treatment tends to be insufficient, and if it exceeds 2 hours, the particles tend to physically break and become a small particle size. Next, the lithium transition metal composite oxide particles, which are firing precursors, are fired. The firing temperature (heat treatment temperature) is preferably 500 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. When the temperature is lower than 500 ° C., the coating treatment tends to be insufficient. When the temperature exceeds 1500 ° C., secondary particles are formed, and the coating property tends to deteriorate. As described above, lithium transition metal composite oxide particles in which the surface concentration of the metal element M2 is increased can be obtained. Further, the particles mainly contain at least one element X selected from sulfur (S), phosphorus (P), and fluorine (F) in an aggregated form on the particle surface.

なお、一般に、上記の被覆手法によってモル分率rを変化させる場合、被覆材である硫黄(S)、リン(P)、フッ素(F)から選ばれる少なくとも1種の元素Xを含む化合物の添加量を調整することによって、モル分率rを変化させることが可能である。添加量が少なすぎる場合には、正極活物質表面での反応量が少なすぎるため被覆が良好に形成されずモル分率rは低くなる。添加量を多くすると、モル分率rは高くなるが原理上1.00を超えることは無い。反応は正極活物質の表面から進行するため、添加量が多くなった場合、粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が大きいところ、つまり正極活物質の表面からより内側まで、高いモル分率を得られるようになる。   In general, when the molar fraction r is changed by the above-described coating technique, addition of a compound containing at least one element X selected from sulfur (S), phosphorus (P), and fluorine (F) as a coating material It is possible to change the molar fraction r by adjusting the amount. When the addition amount is too small, the reaction amount on the surface of the positive electrode active material is too small, so that the coating is not formed well, and the molar fraction r becomes low. Increasing the amount added increases the molar fraction r, but in principle does not exceed 1.00. Since the reaction proceeds from the surface of the positive electrode active material, when the amount of addition increases, the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth is large, that is, from the surface of the positive electrode active material to the inside, a high molar content. You will get a rate.

被覆材と母材との混合状態が良好でない場合、同じ被覆材を同じ添加量加えた場合でも、モル分率rが低くなる場合がある。例えば、被覆材の粉砕後の粒子径が100μm以上の場合、一般的な正極活物質の平均粒子径5〜30μmより大きく、分散状態がまばらとなるため結果として良好な被覆状態が得られず、モル分率rは低くなる場合がある。混合手法については、十分に正極活物質の母材と被覆材とが混ざれば良く、上述のメカノケミカル手法だけでなく、プラネタリーミキサやディスパーを用いたり、ビニール袋などに入れて揺するといったような初歩的な手法でも効果は得られる。   When the mixed state of the covering material and the base material is not good, the molar fraction r may be lowered even when the same amount of the same covering material is added. For example, when the particle diameter after pulverization of the coating material is 100 μm or more, the average particle diameter of a general positive electrode active material is larger than 5 to 30 μm, the dispersion state is sparse, and as a result a good coating state cannot be obtained, The mole fraction r may be low. As for the mixing method, it is sufficient that the positive electrode active material base material and the covering material are sufficiently mixed. In addition to the mechanochemical method described above, a planetary mixer or a disper is used, or a plastic bag is shaken. Even the rudimentary technique can be effective.

次に、例えば、上述のようにして作製したリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を含む正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより正極活物質層21Bを形成し、正極21を形成する。   Next, for example, a positive electrode active material containing particles of a lithium transition metal composite oxide produced as described above, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture Is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like positive electrode mixture slurry. Next, this positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21 </ b> A, the solvent is dried, and the positive electrode active material layer 21 </ b> B is formed by compression molding with a roll press or the like, thereby forming the positive electrode 21.

また、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。   Further, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry Is made. Next, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22A, the solvent is dried, and the negative electrode active material layer 22B is formed by compression molding using a roll press or the like, and the negative electrode 22 is manufactured.

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

この二次電池の上限充電電圧は、例えば4.20Vでもよいが、4.20Vよりも高くなるように電池設計がなされていることが好ましい。具体的には、4.25V以上4.80V以下の範囲内になるように電池設計がなされていることが好ましく、放電容量の観点から4.35V以上、安全性の観点から4.65V以下の範囲内になるように設計がなされていることがより好ましい。また、下限放電電圧は2.00V以上3.30V以下とすることが好ましい。このように電池電圧を高くすることによりエネルギー密度を大きくすることができる。   The upper limit charging voltage of the secondary battery may be, for example, 4.20V, but it is preferable that the battery is designed to be higher than 4.20V. Specifically, it is preferable that the battery is designed to be in the range of 4.25V to 4.80V, and is 4.35V or more from the viewpoint of discharge capacity and 4.65V or less from the viewpoint of safety. It is more preferable that the design is made within the range. Moreover, it is preferable that a minimum discharge voltage shall be 2.00V or more and 3.30V or less. Thus, the energy density can be increased by increasing the battery voltage.

この第1の実施形態による二次電池では、充電を行うと、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、電解液などの電解質を介して、負極活物質層22Bに含まれるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵される。次に、放電を行うと、負極活物質層22B中のリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵されたリチウムイオンが放出され、電解液などの電解質を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。   In the secondary battery according to the first embodiment, when charged, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 21B, and occlude and store lithium contained in the negative electrode active material layer 22B via an electrolyte such as an electrolytic solution. Occluded by the negative electrode material that can be released. Next, when discharge is performed, lithium ions occluded in the negative electrode material that can occlude and release lithium in the negative electrode active material layer 22B are released, and the positive electrode active material layer 21B passes through an electrolyte such as an electrolytic solution. Occluded.

第1の実施形態では、正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面における少なくとも一部に、粒子内部の主要遷移金属元素M1とは異なる少なくとも一種の金属元素M2を含んでいる。金属元素M2は、粒子の表面部において粒子中心から粒子表面に向かう濃度勾配を有する。リチウム含有遷移金属酸化物の粒子は、主に粒子表面に硫黄(S)、リン(P)、およびフッ素(F)から選ばれる少なくとも1種の元素Xを凝集した形態で含んでいる。これにより、従来よりもサイクル劣化や高温環境での充放電による内部抵抗上昇などが少なく、高容量化と電池特性の両立を図ることができる。   In the first embodiment, at least a part of the particle surface of the lithium transition metal composite oxide as the positive electrode active material contains at least one metal element M2 different from the main transition metal element M1 inside the particle. The metal element M2 has a concentration gradient from the particle center to the particle surface at the particle surface. The particles of the lithium-containing transition metal oxide mainly contain at least one element X selected from sulfur (S), phosphorus (P), and fluorine (F) in an aggregated form on the particle surface. As a result, cycle deterioration and internal resistance increase due to charging / discharging in a high temperature environment are less than conventional, and both high capacity and battery characteristics can be achieved.

このような金属元素M2を被覆材などとして用いることによるサイクル特性等の改善の詳細は明らかではないが、次のような機構によるものと推測される。充電状態にある非水電解質二次電池の内部では、正極は強い酸化性を有する状態にあり、正極に接する電解液は、特に高温環境下では酸化分解が進みやすい環境にある。電解液の分解が進行すると、不活性な被膜が正極活物質粒子上に形成されて、電子移動やリチウムイオンの移動を阻害する。更に、分解された成分は非常に活性な分子を電極細孔内の電解液中に生成し、電解液の劣化を加速させたり、正極活物質を攻撃して構成元素を溶解させ、容量を減少させたりする。すなわち、このような現象を抑制するためには、正極活物質粒子と電解液の界面の安定化のみでは不十分で、更に正極活物質粒子外の粒子近傍で活性分子の安定化を図り、両者を相乗的に作用させることが好ましい。   Although details of improvement in cycle characteristics and the like by using such a metal element M2 as a coating material are not clear, it is presumed to be due to the following mechanism. Inside the non-aqueous electrolyte secondary battery in a charged state, the positive electrode is in a state having a strong oxidizing property, and the electrolytic solution in contact with the positive electrode is in an environment in which oxidative decomposition easily proceeds particularly in a high temperature environment. As decomposition of the electrolytic solution proceeds, an inactive film is formed on the positive electrode active material particles, thereby inhibiting electron transfer and lithium ion transfer. In addition, the decomposed components generate very active molecules in the electrolyte in the electrode pores, accelerating the deterioration of the electrolyte or attacking the positive electrode active material to dissolve the constituent elements and reduce the capacity I will let you. That is, in order to suppress such a phenomenon, it is not sufficient to stabilize the interface between the positive electrode active material particles and the electrolyte, and the active molecules are stabilized in the vicinity of the particles outside the positive electrode active material particles. It is preferable to act synergistically.

この第1の実施形態によるリチウム含有遷移金属酸化物の粒子では、粒子内部の主要遷移金属とは異なる金属元素M2を粒子表面に配することにより、正極活物質粒子と電解液と界面の安定化を図る。更に粒子近傍にS、P、およびFから選ばれる少なくとも1種の元素Xを凝集した形態で含むリチウム遷移金属複合酸化物を配することにより活性分子の安定化を図る。そして、両者の相乗効果を誘起させることで、非常に高いレベルの電池性能の向上を実現していると考えられる。さらに、金属元素M2の粒子表面での濃度が低い場合、十分なサイクル特性、および高温保存特性の向上が得られなくなる傾向があり、逆に高すぎる場合にはLiイオンの拡散を阻害し、十分な容量が得られなくなる傾向があるものと考えられる。   In the lithium-containing transition metal oxide particles according to the first embodiment, the metal element M2 different from the main transition metal inside the particles is arranged on the particle surface, thereby stabilizing the interface between the positive electrode active material particles and the electrolyte solution. Plan. Further, the active molecule is stabilized by arranging a lithium transition metal composite oxide containing at least one element X selected from S, P and F in an aggregated form in the vicinity of the particles. And, it is considered that a very high level of battery performance improvement is realized by inducing a synergistic effect of both. Furthermore, when the concentration of the metal element M2 on the particle surface is low, there is a tendency that sufficient cycle characteristics and high temperature storage characteristics cannot be improved. On the other hand, when the concentration is too high, the diffusion of Li ions is hindered. It seems that there is a tendency that a large capacity cannot be obtained.

この第1の実施形態による正極活物質粒子の表面状態の分析方法では、被覆状態を立体的(3次元的)に保証できるとともに、定量的な濃度勾配の解析を行うことができる。これに対して、従来提案されている正極活物質粒子の表面状態の分析方法では、上述したような分析を行うことは困難である。   In the method for analyzing the surface state of the positive electrode active material particles according to the first embodiment, the covering state can be guaranteed three-dimensionally (three-dimensionally), and quantitative concentration gradient analysis can be performed. On the other hand, it is difficult to perform the above-described analysis by the conventionally proposed method for analyzing the surface state of the positive electrode active material particles.

例えば、特開2001−196063号公報には、粒子表面から内部にかけてのAlの濃度勾配を、硫酸を用いて逐次的に粒子表面を溶解することにより、その成分から算出することが記載されている。しかしながら、特開2001−196063号公報に開示されている粒子の深さ方向の範囲においてのAlの濃度勾配は、サイクル特性や電池の安全性に影響を及ぼすものではない。また、特開2001−196063号公報に開示された方法では、測定中に硫酸のpHが変化し、このpH変化によって各金属種の溶解速度に相違が生まれ、定量的な濃度勾配の解析が行えていない。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-196063 describes that the concentration gradient of Al from the particle surface to the inside is calculated from the components by sequentially dissolving the particle surface using sulfuric acid. . However, the Al concentration gradient in the particle depth direction disclosed in JP-A-2001-196063 does not affect the cycle characteristics or battery safety. Further, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-196063, the pH of sulfuric acid changes during the measurement, and this pH change causes a difference in the dissolution rate of each metal species, so that quantitative concentration gradient analysis can be performed. Not.

また、特開2007−335331号公報、特開2008−135279号公報、および国際公開第06/123572号パンフレットでは、活物質を構成する主要金属以外の遷移金属を粒子表面に被覆し、XPSやTOF−SIMSを用いてその被覆状態を分析することが記載されている。しかしながら、これらの分析方法により測定できるのは、表層の1点(1次元)のみの測定でしかなく、被覆状態を立体的(3次元的)に保証できていない。また、測定の深さも数nm程度であり高温保存特性、およびサイクル特性に効果のある被覆の深さの観測を定量的に行っていない。   In JP 2007-335331 A, JP 2008-135279 A, and WO 06/123572, a transition metal other than the main metal constituting the active material is coated on the particle surface, and XPS or TOF -It is described that the covering state is analyzed using SIMS. However, these analytical methods can measure only one point (one-dimensional) on the surface layer, and the covering state cannot be guaranteed three-dimensionally (three-dimensional). Further, the depth of measurement is about several nanometers, and the coating depth effective for high temperature storage characteristics and cycle characteristics is not quantitatively observed.

<2.第2の実施形態>
[電池の構成]
図3は、この発明の第2の実施形態による非水電解質二次電池の一構成例を示す分解斜視図である。この二次電池は、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものであり、小型化、軽量化および薄型化が可能となっている。
<2. Second Embodiment>
[Battery configuration]
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration example of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment of the present invention. In this secondary battery, a wound electrode body 30 to which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached is accommodated in a film-like exterior member 40, and can be reduced in size, weight, and thickness. ing.

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

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

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

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

正極33は、正極集電体33Aの片面あるいは両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。負極34は、負極集電体34Aの片面あるいは両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bと正極活物質層33Bとが対向するように配置されている。正極集電体33A、正極活物質層33B、負極集電体34A、負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、それぞれ第1の実施形態における正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22A、負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。   The positive electrode 33 has a structure in which a positive electrode active material layer 33B is provided on one or both surfaces of a positive electrode current collector 33A. The negative electrode 34 has a structure in which a negative electrode active material layer 34B is provided on one surface or both surfaces of a negative electrode current collector 34A, and the negative electrode active material layer 34B and the positive electrode active material layer 33B are arranged to face each other. Yes. The configurations of the positive electrode current collector 33A, the positive electrode active material layer 33B, the negative electrode current collector 34A, the negative electrode active material layer 34B, and the separator 35 are respectively the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer 21B, and the negative electrode in the first embodiment. This is the same as the current collector 22A, the negative electrode active material layer 22B, and the separator 23.

電解質層36は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層36は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液(すなわち溶媒および電解質塩など)の構成は、第1の実施形態に係る二次電池と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンまたはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンまたはポリエチレンオキサイドが好ましい。   The electrolyte layer 36 includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. The gel electrolyte layer 36 is preferable because high ion conductivity can be obtained and battery leakage can be prevented. The configuration of the electrolytic solution (that is, the solvent, the electrolyte salt, and the like) is the same as that of the secondary battery according to the first embodiment. Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. , Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. In particular, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide is preferable from the viewpoint of electrochemical stability.

[電池の製造方法]
次に、この発明の第2の実施形態による非水電解質二次電池の製造方法の一例について説明する。
[Battery manufacturing method]
Next, an example of a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment of the present invention will be described.

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

また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述のようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付ける。次に、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次に、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。次に、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材40の内部に注入する。   Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are produced as described above, and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached to the positive electrode 33 and the negative electrode 34. Next, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are laminated and wound via the separator 35, and a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion to form a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30. Next, the wound body is sandwiched between the exterior members 40, and the outer peripheral edge except for one side is heat-sealed to form a bag shape, which is then stored inside the exterior member 40. Next, an electrolyte composition including a solvent, an electrolyte salt, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared, and the exterior member Inject into 40.

電解質用組成物を注入したのち、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次に、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成する。以上により、図3に示した二次電池が得られる。   After injecting the electrolyte composition, the opening of the exterior member 40 is heat-sealed and sealed in a vacuum atmosphere. Next, the gelled electrolyte layer 36 is formed by applying heat to polymerize the monomer to obtain a polymer compound. Thus, the secondary battery shown in FIG. 3 is obtained.

この第2の実施形態による非水電解質二次電池の作用および効果は、第1の実施の形態による非水電解質二次電池と同様である。   The operation and effect of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment are the same as those of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the first embodiment.

以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

この実施例において比率dおよびモル部分率rは、以下のようにして求めたものである。   In this example, the ratio d and the molar fraction r are determined as follows.

(比率d、モル部分率r)
0.2gのリチウム遷移金属複合酸化物にクエン酸およびクエン酸ナトリウムを混合して作製したpH5.0の緩衝溶液10mlを加え、1、2、・・・、20分の1分ごとに攪拌したものを0.2μmのフィルターでろ過した。得られた各溶液中の主要遷移金属元素M1(=Co)、および金属元素M2(=Mg、Mn、Ni)の質量/体積濃度を誘導結合プラズマ発光分析法(ICP−AES:Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry)〔HORIBA JY238 ULTRACE〕で測定し、緩衝溶液10mlに溶解したM1、M2の質量を算出した。さらにその質量を用いて各属元素M1、M2の物質量[mol]を算出し、以下の式(I)、および式(II)から、比率d、およびモル分率rを求めた。ここでは、粒子が球形であると仮定し、溶解により粒子が相似に球形を保った状態で半径を減ずる状態で変化するものとして計算した。
比率d(%)=[(主要遷移金属元素M1の質量)+(金属元素M2の質量)]/(粒子全質量)×100・・・(I)
モル分率r=(金属元素M2の物質量)/[(主要遷移金属元素M1の物質量)+(金属元素M2の物質量)] ・・・(II)
(Ratio d, molar fraction r)
10 ml of a pH 5.0 buffer solution prepared by mixing citric acid and sodium citrate with 0.2 g of lithium transition metal composite oxide was added, and the mixture was stirred every 1/20 minutes. The product was filtered through a 0.2 μm filter. The mass / volume concentration of the main transition metal element M1 (= Co) and the metal element M2 (= Mg, Mn, Ni) in each solution obtained was determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). Emission Spectrometry) [HORIBA JY238 ULTRACE], and the masses of M1 and M2 dissolved in 10 ml of buffer solution were calculated. Furthermore, the mass [mol] of each genus element M1 and M2 was computed using the mass, and the ratio d and the mole fraction r were calculated | required from the following formula (I) and formula (II). Here, it was assumed that the particles were spherical, and the calculation was performed assuming that the particles changed in a state of decreasing the radius while maintaining a similar spherical shape by dissolution.
Ratio d (%) = [(mass of main transition metal element M1) + (mass of metal element M2)] / (total mass of particles) × 100 (I)
Molar fraction r = (amount of metal element M2) / [(amount of main transition metal element M1) + (amount of metal element M2)] (II)

比率dが0.02<d<0.08の範においてのM2の被覆状態がサイクル特性、および高温保存特性に効果があると考えられる。以下の実施例では、特に効果があると考えられる比率dが0.02%、0.05%の範囲において、モル分率rの値を変化させたサンプルを作製し、それらの電池特性を比較した。 Covering state ratio d is 0.02 <d <0.08 M2 of the range of is considered to be effective in the cycle characteristics, and high-temperature storage characteristics. In the following examples, samples in which the value of the molar fraction r is changed in a range where the ratio d considered to be particularly effective is in the range of 0.02% and 0.05%, and their battery characteristics are compared. did.

また、この実施例において金属元素M2、および元素Xの分布状態は以下のようにして求めた。   In this example, the distribution state of the metal element M2 and the element X was determined as follows.

(金属元素M2、および元素Xの分布状態)
SEM/EDXにより、Mgが粒子表面に均一に分布しているかどうかを確認し、さらにPが粒子表面に点在して存在するかを観察した。また、粒子断面を切削して半径方向の元素分布をオージェ電子分光法により測定し、Mg濃度が表面から連続的に変化している様子を観察した。
(Distribution state of metal element M2 and element X)
By SEM / EDX, it was confirmed whether Mg was uniformly distributed on the particle surface, and further, it was observed whether P was scattered on the particle surface. Further, the cross section of the particle was cut and the elemental distribution in the radial direction was measured by Auger electron spectroscopy, and the state in which the Mg concentration continuously changed from the surface was observed.

参考例1>
正極活物質を以下のようにして作製した。
炭酸リチウム(Li2CO3)、炭酸コバルト(CoCO3)、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、および炭酸マグネシウム(MgCO3)を0.5:0.98:0.01:0.01のモル比で混合したのち、空気中において900℃で5時間焼成することにより、母材となるリチウム・コバルト複合酸化物(LiCo0.98Al0.01Mg0.012)を得た。次に、平均粒子径13μm(レーザー散乱法により測定)のコバルト酸リチウム(LiCo0.98Al0.01Mg0.012)に対して炭酸リチウム(Li2CO3)とリン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)が原子比でCo:Li:P=98:1:1となるように秤量・混合した。
< Reference Example 1>
A positive electrode active material was prepared as follows.
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), cobalt carbonate (CoCO 3 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), and magnesium carbonate (MgCO 3 ) were added at 0.5: 0.98: 0.01: 0.01. After being mixed at a molar ratio of 5, the mixture was fired in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain a lithium-cobalt composite oxide (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) as a base material. Next, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 ) with respect to lithium cobalt oxide (LiCo0.98Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) having an average particle diameter of 13 μm (measured by a laser scattering method) PO 4 ) was weighed and mixed so that the atomic ratio was Co: Li: P = 98: 1: 1.

次に、混合した材料に対してメカノケミカル装置によって1時間処理を行い、コバルト酸リチウム粒子を中心材として、その表面に炭酸リチウムとリン酸二水素アンモニウムを被着させた。この焼成前駆体を毎分3℃の速度で昇温し、900℃で3時間保持した後に徐冷し、リチウム遷移金属複合酸化物を得た。マグネシウム(Mg)が粒子表面に均一に分布し、かつマグネシウム(Mg)の表面濃度が粒子内部に比べて高く、さらにリン酸リチウム(Li3PO4)が粒子表面に点在して存在するリチウム遷移金属複合酸化物を得た。マグネシウム(Mg)の表面濃度勾配の詳細を確認した結果、比率d=0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.32、0.30であった。比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.46、0.25であった。また、得られた粉末をSEM/EDXにて観察したところ、Mgが粒子表面に均一に分布し、さらにPが粒子表面に点在して存在することが確認された。また、この粉末についてCuKαを用いた粉末X線回折パターンを測定したところ、層状岩塩構造を有するLiCoO2に相当する回折ピークに加えてLi3PO4の回折ピークが確認された。また、粒子断面を切削して半径方向の元素分布をオージェ電子分光法により測定したところ、この測定からもMg濃度が表面から連続的に変化している様が観察された。 Next, the mixed material was treated with a mechanochemical apparatus for 1 hour, and lithium carbonate and ammonium dihydrogen phosphate were deposited on the surface using lithium cobaltate particles as a central material. The calcined precursor was heated at a rate of 3 ° C. per minute, held at 900 ° C. for 3 hours, and then gradually cooled to obtain a lithium transition metal composite oxide. Lithium in which magnesium (Mg) is uniformly distributed on the particle surface, the surface concentration of magnesium (Mg) is higher than that inside the particle, and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) is scattered on the particle surface. A transition metal composite oxide was obtained. As a result of confirming the details of the surface concentration gradient of magnesium (Mg), the molar fractions r at the ratio d = 0.02% and 0.05% were 0.32 and 0.30, respectively. The molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.46 and 0.25, respectively. Further, when the obtained powder was observed with SEM / EDX, it was confirmed that Mg was uniformly distributed on the particle surface and P was scattered on the particle surface. Further, this was measured powder X-ray diffraction pattern using CuKα the powder diffraction peaks of Li 3 PO 4 was confirmed in addition to a diffraction peak corresponding to LiCoO 2 having a layered rock salt structure. Further, when the particle cross section was cut and the elemental distribution in the radial direction was measured by Auger electron spectroscopy, it was observed from this measurement that the Mg concentration continuously changed from the surface.

以上のようにして得られたリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を正極活物質として用い、以下に記すように非水電解質二次電池を作製した。   Using the lithium transition metal composite oxide particles obtained as described above as the positive electrode active material, a nonaqueous electrolyte secondary battery was fabricated as described below.

正極を以下のようにして作製した。まず、正極活物質を98重量%、アモルファス性炭素粉(ケッチェンブラック)0.8重量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)1.2重量%とを混合して正極合剤を調製した。次に、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて正極合剤スラリーを作製した後、この正極合剤スラリーを帯状アルミニウム箔よりなる帯状の正極集電体の両面に均一に塗布した。得られた塗布物を温風乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成型し、正極合剤層を形成した。これにより、帯状の正極が得られた。   A positive electrode was produced as follows. First, a positive electrode mixture was prepared by mixing 98% by weight of the positive electrode active material, 0.8% by weight of amorphous carbon powder (Ketjen Black) and 1.2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF). Next, this positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode mixture slurry, and then this positive electrode mixture slurry was coated on both surfaces of a belt-like positive electrode current collector made of a belt-like aluminum foil. Was applied uniformly. The obtained coated product was dried with hot air, and then compression molded with a roll press to form a positive electrode mixture layer. Thereby, a strip-like positive electrode was obtained.

負極を以下のようにして作製した。まず、黒鉛粉末95重量%と、PVdF5重量%とを混合して負極合剤を調製した。次に、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーを作製した後、負極合剤スラリーを帯状銅箔よりなる帯状の負極集電体の両面に均一に塗布し、さらに、これを加熱プレス成型することにより、負極合剤層を形成した。これにより、帯状の負極が得られた。   A negative electrode was produced as follows. First, 95% by weight of graphite powder and 5% by weight of PVdF were mixed to prepare a negative electrode mixture. Next, this negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a negative electrode mixture slurry, and then the negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a strip-shaped negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil. Furthermore, a negative electrode mixture layer was formed by hot press molding this. Thereby, a strip-shaped negative electrode was obtained.

以上のように作製された帯状の正極、および帯状の負極を多孔性ポリオレフィンフィルムを介して多数回巻回し、渦巻き型の電極体を作製した。この電極体をニッケルめっきを施した鉄製電池缶に収納し、当該電極体の上下両面に絶縁板を配置した。次に、アルミニウム製正極リードを正極集電体から導出して、電池蓋と電気的な導通が確保された安全弁の突起部に溶接し、ニッケル製負極リードを負極集電体から導出して電池缶の底部に溶接した。   The strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode fabricated as described above were wound many times through a porous polyolefin film, to fabricate a spiral electrode body. This electrode body was housed in a nickel-plated iron battery can, and insulating plates were arranged on both upper and lower surfaces of the electrode body. Next, the aluminum positive electrode lead is led out from the positive electrode current collector and welded to the protrusion of the safety valve that is electrically connected to the battery lid, and the nickel negative electrode lead is led out from the negative electrode current collector. Welded to the bottom of the can.

エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを体積混合比が1:1となるように混合し、混合溶液を調整した。次に、この混合溶液に1mol/dm3の濃度になるようにLiPF6を溶解して非水電解液を調製した。 Ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed so that the volume mixing ratio was 1: 1, thereby preparing a mixed solution. Next, LiPF 6 was dissolved in this mixed solution to a concentration of 1 mol / dm 3 to prepare a nonaqueous electrolytic solution.

最後に、上述の電極体が組み込まれた電池缶内に電解液を注入した後、絶縁封口ガスケットを介して電池缶をかしめることにより、安全弁、PTC素子ならびに電池蓋を固定し、外径が18mmで高さが65mmの円筒型の非水電解質二次電池を作製した。   Finally, after injecting the electrolyte into the battery can incorporating the above electrode body, the safety can, the PTC element and the battery lid are fixed by caulking the battery can through the insulating sealing gasket, and the outer diameter is A cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery having a height of 18 mm and a height of 65 mm was produced.

(初期放電容量、および容量維持率の評価)
上述のようにして作製された非水電解質二次電池の初期放電容量、および容量維持率を、以下のようにして求めた。
まず、環境温度45℃、充電電圧4.35V、充電電流1.5A、充電時間2.5時間の条件で充電を行った後、放電電流2.0A、終止電圧3.0Vの条件で放電を行い、初期放電容量(1サイクル目の放電容量)を測定した。次に、上述の充放電条件にて充放電を繰り返した後、300サイクル目の放電容量を測定した。次に、1サイクル目の放電容量および300サイクル目の放電容量を用いて、以下の式から300サイクル後の容量維持率を求めた。
300サイクル後の容量維持率[%]=(300サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
(Evaluation of initial discharge capacity and capacity maintenance rate)
The initial discharge capacity and capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte secondary battery produced as described above were determined as follows.
First, after charging under conditions of an environmental temperature of 45 ° C., a charging voltage of 4.35 V, a charging current of 1.5 A, and a charging time of 2.5 hours, discharging is performed under the conditions of a discharging current of 2.0 A and a final voltage of 3.0 V. The initial discharge capacity (discharge capacity at the first cycle) was measured. Next, after repeating charge / discharge under the above-described charge / discharge conditions, the discharge capacity at the 300th cycle was measured. Next, using the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 300th cycle, the capacity retention rate after 300 cycles was obtained from the following equation.
Capacity maintenance ratio [%] after 300 cycles = (discharge capacity at 300th cycle / discharge capacity at the first cycle) × 100

(高温保存特性)
上述のようにして作製された非水電解質二次電池の高温保存特性を、以下に示すようにして求めた。
まず、環境温度45℃、充電電圧4.35V、充電電流1.5A、充電時間2.5時間の条件で充電を行った後、放電電流2.0A、終止電圧3.0Vの条件で放電を行い、初期容量を測定した。次に、環境温度45℃、充電電圧4.35V、充電電流1.5A、充電時間2.5時間の条件で充電を行った後、高温60℃の環境下に300時間保存した。次に、0.2Cの条件で放電を行い、高温保存後の放電容量を測定した。次に、初期容量および高温保存後の放電容量とを用いて、以下の式から高温保存後の容量維持率(高温保存特性)を求めた。
高温保存後の容量維持率[%]=(高温保存後の放電容量/初期容量)×100
(High temperature storage characteristics)
The high-temperature storage characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery produced as described above were determined as follows.
First, after charging under conditions of an environmental temperature of 45 ° C., a charging voltage of 4.35 V, a charging current of 1.5 A, and a charging time of 2.5 hours, discharging is performed under the conditions of a discharging current of 2.0 A and a final voltage of 3.0 V The initial capacity was measured. Next, the battery was charged under conditions of an environmental temperature of 45 ° C., a charging voltage of 4.35 V, a charging current of 1.5 A, and a charging time of 2.5 hours, and then stored in an environment of high temperature of 60 ° C. for 300 hours. Next, discharge was performed under the condition of 0.2 C, and the discharge capacity after high temperature storage was measured. Next, using the initial capacity and the discharge capacity after high temperature storage, the capacity retention rate (high temperature storage characteristics) after high temperature storage was determined from the following equation.
Capacity retention rate after storage at high temperature [%] = (discharge capacity after storage at high temperature / initial capacity) × 100

参考例2>
参考例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、充電電圧を4.20Vとする以外は参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
< Reference Example 2>
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1. Next, the initial discharge capacity, the capacity retention rate, and the high-temperature storage characteristics were evaluated in the same manner as in Reference Example 1 except that the charging voltage was 4.20V.

参考例3>
参考例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、充電電圧を4.50Vとする以外は参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
< Reference Example 3>
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1. Next, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated in the same manner as in Reference Example 1 except that the charging voltage was set to 4.50V.

参考例4>
2度目の焼成温度を950℃、保持時間を30分とする以外は、参考例1と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%にけるモル分率rはそれぞれ0.22、0.21であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.38、0.16であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
< Reference Example 4>
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the second baking temperature was 950 ° C. and the holding time was 30 minutes. The molar fractions r of this positive electrode active material ratio d = 0.02% and 0.05% were 0.22 and 0.21, respectively. The molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.38 and 0.16, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<実施例5>
母材であるリチウム・コバルト複合酸化物としてLiCo0.95Al0.01Mg0.042を用いる以外は参考例1と同様にして、正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%にけるモル分率rはそれぞれ0.73、0.52であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.86、0.44であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Example 5>
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that LiCo 0.95 Al 0.01 Mg 0.04 O 2 was used as the base material lithium-cobalt composite oxide. The molar fractions r of this positive electrode active material ratio d = 0.02% and 0.05% were 0.73 and 0.52, respectively. The molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.86 and 0.44, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

参考例6>
母材であるリチウム・コバルト複合酸化物としてLiCo0.97Al0.01Mg0.022を用いる以外は、参考例1と同様にして、正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%にけるモル分率rはそれぞれ0.31、0.30であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.56、0.25であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
< Reference Example 6>
A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that LiCo 0.97 Al 0.01 Mg 0.02 O 2 was used as the base material lithium-cobalt composite oxide. The molar fractions r of this positive electrode active material ratio d = 0.02% and 0.05% were 0.31 and 0.30, respectively. The molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.56 and 0.25, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

参考例7>
母材であるリチウム・コバルト複合酸化物をLiCoO2とし、リチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2)、炭酸リチウム(Li2CO3)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、およびリン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)が原子比でCo:Li:Mg:P=100:1:2:1となるように秤量・混合する以外は、参考例1と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.46、0.40であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.55、0.44であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
< Reference Example 7>
The base metal lithium-cobalt composite oxide is LiCoO 2, and lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), magnesium carbonate (MgCO 3 ), and ammonium dihydrogen phosphate (NH A positive electrode active material was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that 4 H 2 PO 4 ) was weighed and mixed so that Co: Li: Mg: P = 100: 1: 2: 1 by atomic ratio. The molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.02% and 0.05% were 0.46 and 0.40, respectively. The molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.55 and 0.44, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

参考例8>
母材であるリチウム・コバルト複合酸化物をLiCoO2とし、リチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2)に水酸化ニッケル、およびリン酸マンガンを被覆材とした被覆処理を施した。この際、Ni:Co:Mnの全体組成比が5:2:3、比率d=0.02%、0.05%におけるモル分率r(Ni+Mn/Co+Ni+Mn)がそれぞれ0.35、0.34、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rがそれぞれ0.56、0.25となるように調整した。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
< Reference Example 8>
Lithium / cobalt composite oxide as a base material was LiCoO 2, and lithium / cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) was coated with nickel hydroxide and manganese phosphate as coating materials. At this time, the total composition ratio of Ni: Co: Mn is 5: 2: 3, the ratio d = 0.02%, and the molar fraction r (Ni + Mn / Co + Ni + Mn) at 0.05% is 0.35 and 0.34, respectively. The molar fraction r at the ratio d = 0.01% and 0.10% was adjusted to 0.56 and 0.25, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例1>
被覆処理をしていないコバルト酸リチウム(LiCo0.98Al0.01Mg0.012)を正極活物質として用いた。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%におけるモル分率はそれぞれ0.01、0.01であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.01、0.01であった。この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 1>
Lithium cobaltate (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) that was not coated was used as the positive electrode active material. The molar fractions at the positive electrode active material ratios d = 0.02% and 0.05% were 0.01 and 0.01, respectively. The molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.01 and 0.01, respectively. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例2>
母材であるリチウム・コバルト複合酸化物をLiCoO2とし、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、炭酸リチウム(Li2CO3)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、およびリン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)が原子比でCo:Li:Mg:P=100:1:0.5:1となるように秤量・混合する以外は、参考例1と同様に処理を行い、正極活物質を作製した。次に、この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%でのモル分率rはそれぞれ0.18、0.10であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.25、0.08であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative example 2>
The base metal lithium-cobalt composite oxide is LiCoO 2, and lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), magnesium carbonate (MgCO 3 ), and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2). The same procedure as in Reference Example 1 was carried out to prepare a positive electrode active material, except that PO 4 ) was weighed and mixed so that the atomic ratio was Co: Li: Mg: P = 100: 1: 0.5: 1. did. Next, the molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.02% and 0.05% were 0.18 and 0.10, respectively. The molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.25 and 0.08, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例3>
コバルト酸リチウム(LiCo0.98Al0.01Mg0.012)、炭酸リチウム(Li2CO3)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、およびリン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)が原子比でCo:Li:Mg:P=100:1:1:4となるように秤量・混合する以外は、参考例1と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.82、0.83であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.80、0.85であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 3>
Lithium cobaltate (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), magnesium carbonate (MgCO 3 ), and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) in atomic ratio Co: A positive electrode active material was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that weighing and mixing were performed so that Li: Mg: P = 100: 1: 1: 4. The molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.02% and 0.05% were 0.82 and 0.83, respectively. Further, the molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.80 and 0.85, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例4>
2度目の焼成温度を750℃とする以外は、参考例1と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率dにおける0.02%、0.05%でのモル分率rはそれぞれ0.81、0.75であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.81、0.70であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative example 4>
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the second firing temperature was 750 ° C. The molar fraction r at 0.02% and 0.05% in the ratio d of the positive electrode active material was 0.81 and 0.75, respectively. The molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.81 and 0.70, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例5>
2度目の焼成温度を850℃とする以外は、参考例1と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%いおけるモル分率rはそれぞれ0.62、0.71であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.55、0.75であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 5>
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the second firing temperature was 850 ° C. The molar fractions r of this positive electrode active material ratio d = 0.02% and 0.05% were 0.62 and 0.71, respectively. Further, the molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.55 and 0.75, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例6>
比較例5と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、充電電圧を4.20Vとする以外は、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 6>
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 5. Next, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated in the same manner as in Reference Example 1 except that the charging voltage was 4.20V.

<比較例7>
比較例5と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、充電電圧を4.50Vとする以外は、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 7>
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 5. Next, the initial discharge capacity, the capacity retention rate, and the high-temperature storage characteristics were evaluated in the same manner as in Reference Example 1 except that the charging voltage was 4.50V.

<比較例8>
2度目の焼成処理を行わないこと以外は、参考例1と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.80、0.81であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.82、0.79であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 8>
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the second baking treatment was not performed. The molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.02% and 0.05% were 0.80 and 0.81, respectively. In addition, the molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.82 and 0.79, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例9>
メカノミカル処理を15分行うこと以外は、参考例1と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.21、0.16であった。また、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rはそれぞれ0.31、0.14であった。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 9>
A positive electrode active material was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the mechanochemical treatment was performed for 15 minutes. The molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.02% and 0.05% were 0.21 and 0.16, respectively. In addition, the molar fractions r at the ratios d = 0.01% and 0.10% were 0.31 and 0.14, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例10>
リチウム遷移金属複合酸化物としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)に水酸化ニッケル、リン酸マンガンを被覆材とした被覆処理を施すことにより、正極活物質を作製した。この際、Ni:Co:Mnの全体組成比が1:1:1、比率d=0.02、0.05%におけるモル分率r(Ni+Mn/Co+Ni+Mn)がそれぞれ0.25、0.17、比率d=0.01%、0.10%におけるモル分率rがそれぞれ0.30、0.15となるよう調整した。次に、この正極活物質を用いる以外は参考例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 10>
As the lithium transition metal composite oxide, a positive electrode active material was prepared by performing a coating treatment using lithium hydroxide and manganese phosphate as a coating material on lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ). At this time, the overall composition ratio of Ni: Co: Mn is 1: 1: 1, the ratio d = 0.02, and the molar fraction r (Ni + Mn / Co + Ni + Mn) at 0.05% is 0.25, 0.17, respectively. The molar fraction r at the ratio d = 0.01% and 0.10% was adjusted to be 0.30 and 0.15, respectively. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

表1、表2に、実施例5、参考例1〜4、6〜8、比較例1〜10の非水電解質二次電池の正極活物質の構成、およびその評価結果を示す。

Figure 0006090247
Tables 1 and 2 show the configurations of the positive electrode active materials of the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Example 5, Reference Examples 1 to 4 , 6 to 8, and Comparative Examples 1 to 10, and the evaluation results thereof.
Figure 0006090247

Figure 0006090247
Figure 0006090247

表1から以下のことがわかる。
実施例5、参考例1〜4、6〜8では、放電容量の低下を抑えつつ、優れたサイクル特性、および高温保存特性を得ることができるのに対して、比較例1〜10では、このような特性を得ることができない。
Table 1 shows the following.
In Example 5, Reference Examples 1 to 4 , and 6 to 8, excellent cycle characteristics and high-temperature storage characteristics can be obtained while suppressing a decrease in discharge capacity, while in Comparative Examples 1 to 10, Such characteristics cannot be obtained.

実施例5、参考例1〜4、6〜8では、比率dが0.02%≦d≦0.05%におけるモル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にある。また、粒子表面から所定深までの比率d(%)が0.020≦d≦0.050の範囲において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少する傾向がある。 In Example 5 and Reference Examples 1 to 4 and 6 to 8, the molar fraction r in the ratio d of 0.02% ≦ d ≦ 0.05% is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80. Further, when the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth is in the range of 0.020 ≦ d ≦ 0.050, the molar fraction r tends to decrease from the particle surface toward the depth direction.

比較例1〜2、比較例4、比較例9〜10では、粒子表面から所定深までの比率d(%)が0.020≦d≦0.050の範囲において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが一定、または減少する傾向がある。しかし、比率dが0.02%≦d≦0.05%におけるモル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にない。 In Comparative Examples 1-2, Comparative Example 4, and Comparative Examples 9-10, the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth is in the depth direction from the particle surface in the range of 0.020 ≦ d ≦ 0.050. The mole fraction r tends to be constant or decrease toward. However, when the ratio d is 0.02% ≦ d ≦ 0.05%, the molar fraction r is not in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80.

比較例1において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にないのは、被覆材を用いていないためである。比較例2において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にないのは、正極活物質を作製する際の母材と被覆材との混合量が適切でないためである。比較例4において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にないのは、2回目の焼成が750℃であるためである。比較例9において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にないのは、メカノケミカル処理の時間が15分であり、参考例1に比して非常に短いからである。比較例10において、モル分率が0.20≦r≦0.80の範囲内にないのは、正極活物質を作製する際の母材と被覆材との混合量が適切でないためである。 In Comparative Example 1, the molar fraction r is not in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 because no coating material is used. In Comparative Example 2, the molar fraction r is not in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 because the mixing amount of the base material and the coating material when producing the positive electrode active material is not appropriate. . In Comparative Example 4, the molar fraction r is not in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 because the second firing is 750 ° C. In Comparative Example 9, the molar fraction r is not in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 because the mechanochemical treatment time is 15 minutes, which is very short compared to Reference Example 1. is there. In Comparative Example 10, the molar fraction is not in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 because the mixing amount of the base material and the coating material when producing the positive electrode active material is not appropriate.

比較例3、比較例8では、比率dが0.02%≦d≦0.05%におけるモル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にない。また、粒子表面から所定深までの比率d(%)が0.020≦d≦0.050の範囲において、粒子表面から深さ方向に向かってrが増加する傾向がある。 In Comparative Example 3 and Comparative Example 8, the molar fraction r is not in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 when the ratio d is 0.02% ≦ d ≦ 0.05%. Further, when the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth is in the range of 0.020 ≦ d ≦ 0.050, r tends to increase from the particle surface toward the depth direction.

比較例3において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にないのは、正極活物質を作製する際の母材と被覆材との混合量が適切でないためである。比較例8において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にないのは、2度目の焼成処理を行っていないからである。   In Comparative Example 3, the molar fraction r is not in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 because the mixing amount of the base material and the coating material when producing the positive electrode active material is not appropriate. . In Comparative Example 8, the molar fraction r is not in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 because the second baking treatment is not performed.

比較例5〜7では、比率dが0.02%≦d≦0.05%におけるモル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にある。しかし、粒子表面から所定深までの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%の範囲において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが増加する傾向がある。 In Comparative Examples 5 to 7, the molar fraction r in the ratio d of 0.02% ≦ d ≦ 0.05% is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80. However, when the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth is in the range of 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r tends to increase from the particle surface toward the depth direction. .

比較例5〜7において、モル分率rが増加する傾向にあるのは、2回目の焼成が850℃であるためである。   In Comparative Examples 5 to 7, the molar fraction r tends to increase because the second firing is 850 ° C.

以上により、粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rを0.20≦r≦0.80の範囲内にすると、放電容量の低下を抑えつつ、優れたサイクル特性、および高温保存特性を得ることができる。   As described above, the molar fraction r is within the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80 within the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%. As a result, excellent cycle characteristics and high-temperature storage characteristics can be obtained while suppressing a decrease in discharge capacity.

また、正極活物質の製造方法としては、実施例5、参考例1〜4、6のように母材から金属元素M2を表面に引き出す製造方法が好ましい。このような製造方法は、プロセスが簡易で済む他に、表面での分布がより均一であり、構造を保持しやすいことから、サイクル特性、および高温保存特性に優れるからである。 Moreover, as a manufacturing method of a positive electrode active material, the manufacturing method which pulls out the metal element M2 from the base material to the surface like Example 5, Reference Examples 1-4, and 6 is preferable. This is because such a manufacturing method is simple in process, has a more uniform distribution on the surface, and easily maintains the structure, and thus has excellent cycle characteristics and high-temperature storage characteristics.

表2から以下のことがわかる。
比率dが0.02%≦d≦0.05%の範囲外であると、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にあっても、必ずしも高温保存特性、およびサイクル特性が向上していない。
Table 2 shows the following.
When the ratio d is out of the range of 0.02% ≦ d ≦ 0.05%, the high temperature storage characteristics and the cycle are not limited even if the molar fraction r is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80. The characteristics are not improved.

正極活物質の表面状態を確かめるための分析方法としては、従来、エックス線光電子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)や飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS:Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy)などが用いられている。表3は、これら分析方法で測定されていた深さ方向の領域に対応する比率d=0.010%(粒子表面から数nmの領域に対応)、およびさらに深い領域に対応する比率d=0.100%(粒子表面から100nm以上の領域に対応)におけるモル分率rの測定結果を示している。   Conventionally, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) is used as an analytical method for confirming the surface state of the positive electrode active material. Secondary Ion Mass Spectroscopy) is used. Table 3 shows the ratio d = 0.010% corresponding to the region in the depth direction measured by these analysis methods (corresponding to a region several nm from the particle surface), and the ratio d = 0 corresponding to a deeper region. The measurement result of the molar fraction r at 100% (corresponding to a region of 100 nm or more from the particle surface) is shown.

参考例9>
参考例4において作製した非水電解質二次電池を解体し、正極から正極集電体を剥がし、NMPに浸漬させ、バインダーを取り除き、導電剤を焼失し、正極活物質を取り出した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%にけるモル分率rはそれぞれ0.290.22であった。
< Reference Example 9>
The nonaqueous electrolyte secondary battery produced in Reference Example 4 was disassembled, the positive electrode current collector was peeled off from the positive electrode, immersed in NMP, the binder was removed, the conductive agent was burned off, and the positive electrode active material was taken out. The molar fraction r in this positive electrode active material ratio d = 0.02% and 0.05% was 0.290.22.

参考例10>
参考例5において、作製した非水電解質二次電池を解体し、正極から正極集電体を剥がし、NMPに浸漬させ、バインダーを取り除き、導電材を焼失し、正極活物質を取り出した。この正極活物質の比率d=0.02%、0.05%にけるモル分率rはそれぞれ0.79、0.53であった。
< Reference Example 10>
In Reference Example 5, the produced nonaqueous electrolyte secondary battery was disassembled, the positive electrode current collector was peeled off from the positive electrode, immersed in NMP, the binder was removed, the conductive material was burned out, and the positive electrode active material was taken out. The molar fractions r of this positive electrode active material ratio d = 0.02% and 0.05% were 0.79 and 0.53, respectively.

表3は、参考例9、比較例10の非水電解質二次電池の正極活物質の構成、およびその評価結果を示す。

Figure 0006090247
Table 3 shows the configurations of the positive electrode active materials of the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Reference Example 9 and Comparative Example 10, and the evaluation results thereof.
Figure 0006090247

表3から以下のことがわかる。
作製した非水電解質二次電池を解体して正極活物質を得た場合にも、粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にあることがわかる。
Table 3 shows the following.
Even when the produced non-aqueous electrolyte secondary battery is disassembled to obtain a positive electrode active material, the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth is within a range satisfying 0.020% ≦ d ≦ 0.050%. It can be seen that the molar fraction r is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80.

<実施例11>
正極活物質を以下のようにして作製した。
炭酸リチウム(Li2CO3)、炭酸コバルト(CoCO3)、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、および炭酸マグネシウム(MgCO3)を0.5:0.98:0.01:0.01のモル比で混合したのち、空気中において900℃で5時間焼成することにより、母材となるリチウム・コバルト複合酸化物(LiCo0.98Al0.01Mg0.012)を得た。次に、平均粒子径13μm(レーザー散乱法により測定)のコバルト酸リチウム(LiCo0.98Al0.01Mg0.012)に対して、ジェットミルにて粉砕した平均粒子径6μm(レーザー散乱法により測定)のリン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)が原子比でCo:P=99:1となるように秤量・混合した。
<Example 11>
A positive electrode active material was prepared as follows.
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), cobalt carbonate (CoCO 3 ), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), and magnesium carbonate (MgCO 3 ) were added at 0.5: 0.98: 0.01: 0.01. After being mixed at a molar ratio of 5, the mixture was fired in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain a lithium-cobalt composite oxide (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) as a base material. Next, with respect to lithium cobaltate (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) having an average particle diameter of 13 μm (measured by a laser scattering method), an average particle diameter of 6 μm (measured by a laser scattering method) pulverized by a jet mill. Ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) was weighed and mixed so that the atomic ratio was Co: P = 99: 1.

次に、混合した材料に対してメカノケミカル装置によって1時間処理を行い、コバルト酸リチウム粒子を中心材として、その表面にリン酸二水素アンモニウムを被着させた。この焼成前駆体を毎分3℃の速度で昇温し、900℃で3時間保持した後に徐冷し、リチウム遷移金属複合酸化物を得た。すなわち、マグネシウム(Mg)が粒子表面に均一に分布し、かつマグネシウム(Mg)の表面濃度が粒子内部に比べて高く、さらにリン酸リチウム(Li3PO4)が粒子表面に点在して存在するリチウム遷移金属複合酸化物を得た。マグネシウム(Mg)の表面濃度勾配の詳細を確認した結果、比率d=0.01%、0.15%、0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.82、0.73、0.62、0.40であった。また、得られた粉末をSEM/EDXにて観察したところ、Mgが粒子表面に均一に分布し、さらにPが粒子表面に点在して存在することが確認された。また、この粉末についてCuKαを用いた粉末X線回折パターンを測定したところ、層状岩塩構造を有するLiCoO2に相当する回折ピークに加えてLi3PO4の回折ピークが確認された。また、粒子断面を切削して半径方向の元素分布をオージェ電子分光法により測定したところ、この測定からもMg濃度が表面から連続的に変化している様が観察された。 Next, the mixed material was treated with a mechanochemical apparatus for 1 hour to deposit lithium dihydrogen phosphate on the surface with lithium cobaltate particles as a central material. The calcined precursor was heated at a rate of 3 ° C. per minute, held at 900 ° C. for 3 hours, and then gradually cooled to obtain a lithium transition metal composite oxide. That is, magnesium (Mg) is uniformly distributed on the particle surface, the surface concentration of magnesium (Mg) is higher than that inside the particle, and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) is scattered on the particle surface. Lithium transition metal composite oxide was obtained. As a result of confirming the details of the surface concentration gradient of magnesium (Mg), the molar fractions r at the ratio d = 0.01%, 0.15%, 0.02%, and 0.05% were 0.82 and 0.00, respectively. 73, 0.62, and 0.40. Further, when the obtained powder was observed with SEM / EDX, it was confirmed that Mg was uniformly distributed on the particle surface and P was scattered on the particle surface. Further, this was measured powder X-ray diffraction pattern using CuKα the powder diffraction peaks of Li 3 PO 4 was confirmed in addition to a diffraction peak corresponding to LiCoO 2 having a layered rock salt structure. Further, when the particle cross section was cut and the elemental distribution in the radial direction was measured by Auger electron spectroscopy, it was observed from this measurement that the Mg concentration continuously changed from the surface.

以上のようにして得られたリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を正極活物質として用い、参考例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、参考例1と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。 A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the lithium transition metal composite oxide particles obtained as described above as the positive electrode active material. Next, in the same manner as in Reference Example 1, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<実施例12>
平均粒子径6μmのコバルト酸リチウム(LiCo0.98Al0.01Mg0.012)に対して、ジェットミルにて粉砕した平均粒子径6μm(レーザー散乱法により測定)のリン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)が原子比でCo:P=98.8:1.2となるように秤量・混合した以外は、実施例11と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.01%、0.015%、0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.92、0.85、0.80、0.65であった。次に、この正極活物質を用いる以外は実施例11と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、実施例11と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Example 12>
Ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 ) having an average particle size of 6 μm (measured by a laser scattering method) pulverized by a jet mill against lithium cobalt oxide (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) having an average particle size of 6 μm. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 11 except that PO 4 ) was weighed and mixed so that the atomic ratio was Co: P = 98.8: 1.2. The molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.01%, 0.015%, 0.02%, and 0.05% are 0.92, 0.85, 0.80, and 0.65, respectively. there were. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Example 11, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<実施例13>
平均粒子径6μmのコバルト酸リチウム(LiCo0.98Al0.01Mg0.012)に対して、ジェットミルにて粉砕した平均粒子径3μm(レーザー散乱法により測定)の硫酸アンモニウム(NH42SO4)が原子比でCo:S=99:1となるように秤量・混合した。混合した材料に対してプラネタリーミキサによって30分処理を行い、コバルト酸リチウム粒子を中心材として、その表面に硫酸アンモニウムを被着させた。以上のこと以外は、実施例11と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.01%、0.015%、0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.80、0.71、0.58、0.38であった。次に、この正極活物質を用いる以外は実施例11と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、実施例11と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Example 13>
Lithium cobaltate (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) with an average particle size of 6 μm is an ammonium sulfate (NH 4 ) 2 SO 4 ) with an average particle size of 3 μm (measured by a laser scattering method) pulverized by a jet mill. They were weighed and mixed so that Co: S = 99: 1 by atomic ratio. The mixed material was processed for 30 minutes by a planetary mixer, and ammonium sulfate was deposited on the surface with lithium cobaltate particles as a central material. A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 11 except for the above. The molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.01%, 0.015%, 0.02%, and 0.05% are 0.80, 0.71, 0.58, and 0.38, respectively. there were. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Example 11, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

参考例14>
ジェットミルにて粉砕した平均粒子径100μm(レーザー散乱法により測定)のリン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)が原子比でCo:P=99:1となるように秤量・混合した以外は、実施例11と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.01%、0.015%、0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.62、0.53、0.44、0.25であった。次に、この正極活物質を用いる以外は実施例11と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、実施例11と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
< Reference Example 14>
Ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) having an average particle diameter of 100 μm (measured by a laser scattering method) pulverized by a jet mill was weighed and mixed so that the atomic ratio was Co: P = 99: 1. A positive electrode active material was produced in the same manner as Example 11 except for the above. The molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.01%, 0.015%, 0.02%, and 0.05% are 0.62, 0.53, 0.44, and 0.25, respectively. there were. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Example 11, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例11>
ジェットミルにて粉砕した平均粒子径6μm(レーザー散乱法により測定)のリン酸二水素アンモニウム(NH42PO4)が原子比でCo:P=95:5となるように秤量・混合した以外は、実施例11と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.01%、0.015%、0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.98、0.95、0.92、0.85であった。次に、この正極活物質を用いる以外は実施例11と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、実施例11と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 11>
Ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) having an average particle diameter of 6 μm (measured by a laser scattering method) pulverized by a jet mill was weighed and mixed so that the atomic ratio was Co: P = 95: 5. A positive electrode active material was produced in the same manner as Example 11 except for the above. The molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.01%, 0.015%, 0.02%, and 0.05% are 0.98, 0.95, 0.92, and 0.85, respectively. there were. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Example 11, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

<比較例12>
平均粒子径6μmのコバルト酸リチウム(LiCo0.98Al0.01Mg0.012)に対して、ジェットミルにて粉砕した平均粒子径3μm(レーザー散乱法により測定)の硫酸アンモニウム(NH42SO4)が原子比でCo:S=99:1となるように秤量した。この材料を混合すること無く焼成する以外は実施例13と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質の比率d=0.01%、0.015%、0.02%、0.05%におけるモル分率rはそれぞれ0.33、0.25、0.20、0.15であった。次に、この正極活物質を用いる以外は実施例13と同様にして非水電解質二次電池を作製した。次に、実施例13と同様にして、初期放電容量、容量維持率、および高温保存特性を評価した。
<Comparative Example 12>
Lithium cobaltate (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) with an average particle size of 6 μm is an ammonium sulfate (NH 4 ) 2 SO 4 ) with an average particle size of 3 μm (measured by a laser scattering method) pulverized by a jet mill. Weighing was performed so that Co: S = 99: 1 by atomic ratio. A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 13 except that this material was fired without mixing. The molar fractions r at the positive electrode active material ratios d = 0.01%, 0.015%, 0.02%, and 0.05% are 0.33, 0.25, 0.20, and 0.15, respectively. there were. Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 13 except that this positive electrode active material was used. Next, in the same manner as in Example 13, the initial discharge capacity, capacity retention rate, and high-temperature storage characteristics were evaluated.

表4に、実施例11〜実施例1参考例14、比較例11〜比較例12の非水電解質二次電池の正極活物質の構成、およびその評価結果を示す。 In Table 4, the structure of the positive electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 11-Example 1 3 , Reference example 14, and Comparative example 11-Comparative example 12 and the evaluation result are shown.

Figure 0006090247
Figure 0006090247

表4から以下のことがわかる。   Table 4 shows the following.

実施例11、実施例12、実施例13では、比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内であると共に、粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.01%≦d<0.02%を満たす範囲内において、モル分率rが0.55≦r<1.0の範囲内であった。これにより、放電容量の低下を抑えつつ、非常に優れたサイクル特性、および高温保存特性を得ることができた。   In Example 11, Example 12, and Example 13, the molar fraction r is 0.20 ≦ r ≦ 0.80 within a range where the ratio d (%) satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%. In the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.01% ≦ d <0.02%, the molar fraction r is 0.55 ≦ r <1. It was within the range of 0. As a result, it was possible to obtain extremely excellent cycle characteristics and high-temperature storage characteristics while suppressing a decrease in discharge capacity.

参考例14では、比率dが0.02%≦d≦0.05%におけるモル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にあるが、比率dが0.01%≦d<0.02%におけるモル分率rが0.55≦r<1.00の範囲外であり、非常に優れたサイクル特性、および高温保存特性を得ることはできなかった。これは、被覆材であるリン酸二水素アンモニウムの平均粒子径が100μmであるため、母材との良好な混合状態が得られず、結果として母材表面の良好な被覆状態を達成することができないからであると考えられる。 In Reference Example 14, the molar fraction r in the ratio d of 0.02% ≦ d ≦ 0.05% is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80, but the ratio d is 0.01% ≦ d. The molar fraction r at <0.02% was outside the range of 0.55 ≦ r <1.00, and very excellent cycle characteristics and high temperature storage characteristics could not be obtained. This is because the average particle size of ammonium dihydrogen phosphate, which is a coating material, is 100 μm, so that a good mixed state with the base material cannot be obtained, and as a result, a good covering state on the surface of the base material can be achieved. It is thought that it is impossible.

比較例11では、比率dが0.01%≦d<0.02%におけるモル分率rが0.55≦r<1.00の範囲内にあるが、比率dが0.02%≦d≦0.05%におけるモル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲外となった。これは、被覆材の添加量が多すぎるために被覆厚みが厚くなりすぎており、充放電容量に寄与する正極活物質が減少しているからである。したがって、比較例11では、初期放電容量が少なくなっていた。   In Comparative Example 11, the molar fraction r in the ratio d of 0.01% ≦ d <0.02% is in the range of 0.55 ≦ r <1.00, but the ratio d is 0.02% ≦ d. The molar fraction r at ≦ 0.05% was out of the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80. This is because the coating thickness is too thick because the amount of the coating material added is too large, and the positive electrode active material contributing to the charge / discharge capacity is reduced. Therefore, in Comparative Example 11, the initial discharge capacity was small.

比較例12では、比率dが0.01%≦d<0.02%におけるモル分率rが0.55≦r<1.00の範囲外にあり、比率dが0.02%≦d≦0.05%におけるモル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲外となった。これは、混合状態が不十分であり、良好な被覆が達成されなかったためである。したがって、比較例12では、良好なサイクル特性および高温保存特性を得ることができなかった。   In Comparative Example 12, the molar fraction r when the ratio d is 0.01% ≦ d <0.02% is outside the range of 0.55 ≦ r <1.00, and the ratio d is 0.02% ≦ d ≦ The molar fraction r at 0.05% was out of the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80. This is because the mixed state was insufficient and good coating was not achieved. Therefore, in Comparative Example 12, good cycle characteristics and high temperature storage characteristics could not be obtained.

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.

例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、形状、材料および数値などを用いてもよい。   For example, the configurations, methods, shapes, materials, numerical values, and the like given in the above-described embodiments are merely examples, and different configurations, methods, shapes, materials, numerical values, and the like may be used as necessary.

また、上述の実施形態の各構成は、この発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。   The configurations of the above-described embodiments can be combined with each other without departing from the gist of the present invention.

また、上述の実施形態および実施例では、扁平型および円筒型の二次電池にこの発明を適用した場合について説明したが、この発明は、角型、ボタン型、薄型、大型および積層ラミネート型の二次電池についても同様に適用することができる。   Further, in the above-described embodiments and examples, the case where the present invention is applied to the flat type and the cylindrical type secondary battery has been described. The same applies to a secondary battery.

また、上述の実施形態では、巻回構造を有する二次電池に対してこの発明を適用した例について説明したが、二次電池の構造はこれに限定されるものではない。例えば、正極および負極を折り畳んだ構造を有する二次電池、または積み重ねた構造を有する二次電池などに対してもこの発明は適用可能である。   In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a secondary battery having a winding structure has been described, but the structure of the secondary battery is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a secondary battery having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are folded or a secondary battery having a stacked structure.

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

Claims (4)

リチウム、主要遷移金属元素M1、および上記主要遷移金属元素M1とは異なる金属元素M2を含有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を含み、
上記金属元素M2は、Mgであり、
上記金属元素M2の表面濃度が粒子内部に比べて高く、上記金属元素M2の濃度が表面から連続的に変化しており、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にあり、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.020%を満たす範囲内において、モル分率rが0.55≦r<1.00の範囲内にあり、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少し、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.020%を満たす範囲内において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少する、非水電解液を含むリチウムイオン二次電池用の正極活物質。
(但し、比率d(%)={粒子表面から所定深さまでの全体に含まれる[(主要遷移金属元素M1の質量)+(金属元素M2の質量)]}/(粒子全質量)、モル分率r=(金属元素M2の物質量)/[(主要遷移金属元素M1の物質量)+(金属元素M2の物質量)])
Particles of lithium transition metal composite oxide containing lithium, main transition metal element M1, and metal element M2 different from main transition metal element M1,
The metal element M2 is Mg,
The surface concentration of the metal element M2 is higher than that inside the particles, and the concentration of the metal element M2 continuously changes from the surface,
In the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80,
In the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.020%, the molar fraction r is in the range of 0.55 ≦ r <1.00,
In a range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r decreases from the particle surface toward the depth direction,
Non-aqueous electrolysis in which the molar fraction r decreases in the depth direction from the particle surface within a range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.020%. The positive electrode active material for lithium ion secondary batteries containing a liquid.
(However, the ratio d (%) = {included in the whole from the particle surface to a predetermined depth [(mass of main transition metal element M1) + (mass of metal element M2)]} / (total mass of particles), mole fraction Rate r = (substance amount of metal element M2) / [(substance amount of main transition metal element M1) + (substance amount of metal element M2)])
主に粒子表面にS、P、およびFから選ばれる少なくとも1種の元素Xを凝集した形態で含む請求項1記載の正極活物質。   The positive electrode active material according to claim 1, comprising at least one element X selected from S, P and F in an aggregated form mainly on the particle surface. 正極、負極および非水電解液を含む電解質を備え、
上記正極は、リチウム、主要遷移金属元素M1、および上記主要遷移金属元素M1とは異なる金属元素M2を含有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を含み、
上記金属元素M2は、Mgであり、
上記金属元素M2の表面濃度が粒子内部に比べて高く、上記金属元素M2の濃度が表面から連続的に変化しており、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、モル分率rが0.20≦r≦0.80の範囲内にあり、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.020%を満たす範囲内において、モル分率rが0.55≦r<1.00の範囲内にあり、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.020%≦d≦0.050%を満たす範囲内において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少し、
粒子表面から所定深さまでの比率d(%)が0.010%≦d<0.020%を満たす範囲内において、粒子表面から深さ方向に向かってモル分率rが減少する、リチウムイオン二次電池。
(但し、比率d(%)={粒子表面から所定深さまでの全体に含まれる[(主要遷移金属元素M1の質量)+(金属元素M2の質量)]/(粒子全質量)、モル分率r=(金属元素M2の物質量)}/[(主要遷移金属元素M1の物質量)+(金属元素M2の物質量)])
An electrolyte including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode includes particles of lithium transition metal composite oxide containing lithium, a main transition metal element M1, and a metal element M2 different from the main transition metal element M1,
The metal element M2 is Mg,
The surface concentration of the metal element M2 is higher than that inside the particles, and the concentration of the metal element M2 continuously changes from the surface,
In the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r is in the range of 0.20 ≦ r ≦ 0.80,
In the range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.020%, the molar fraction r is in the range of 0.55 ≦ r <1.00,
In a range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.020% ≦ d ≦ 0.050%, the molar fraction r decreases from the particle surface toward the depth direction,
In a range where the ratio d (%) from the particle surface to the predetermined depth satisfies 0.010% ≦ d <0.020%, the molar fraction r decreases in the depth direction from the particle surface. Next battery.
(However, ratio d (%) = {included in the whole from the particle surface to a predetermined depth [(mass of main transition metal element M1) + (mass of metal element M2)] / (total mass of particle), molar fraction] r = (amount of metal element M2)} / [(amount of main transition metal element M1) + (amount of metal element M2)])
上限充電電圧が4.25V以上4.80V以下、下限放電電圧を2.00V以上3.30V以下の範囲内である請求項3記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the upper limit charging voltage is in the range of 4.25V to 4.80V and the lower limit discharging voltage is in the range of 2.00V to 3.30V.
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