JP6246109B2 - Lithium / cobalt-containing composite oxide and method for producing the same, electrode for non-aqueous secondary battery using the lithium / cobalt-containing composite oxide, and non-aqueous secondary battery using the same - Google Patents

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Description

本発明は、高電圧充電特性に優れたリチウム・コバルト含有複合酸化物及びその製造方法、並びにそのリチウム・コバルト含有複合酸化物を用いた非水二次電池用電極及びそれを用いた非水二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium-cobalt-containing composite oxide having excellent high-voltage charging characteristics, a method for producing the same, a non-aqueous secondary battery electrode using the lithium-cobalt-containing composite oxide, and a non-aqueous secondary battery using the same. The present invention relates to a secondary battery.

近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ等のポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、これらの電源として用いられる二次電池やキャパシタの更なる高性能化や高安定性が求められている。特に、リチウム二次電池に代表される非水二次電池はエネルギー密度が高い電池として注目されており、上記機器類の好適な電源として種々の改良が進められている。   In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, and the practical application of electric vehicles, secondary batteries and capacitors used as these power sources are required to have higher performance and higher stability. It has been. In particular, non-aqueous secondary batteries represented by lithium secondary batteries are attracting attention as batteries having high energy density, and various improvements are being promoted as suitable power sources for the above devices.

非水二次電池の正極活物質には、製造が容易であり、且つ取り扱いが容易なことから、主にコバルト酸リチウム(LiCoO2)が用いられている。また、コバルト酸リチウムの特性を更に向上するために、コバルト酸リチウムの元素の一部を他の元素で置換することも行われている。 As the positive electrode active material of the non-aqueous secondary battery, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) is mainly used because it is easy to manufacture and easy to handle. Further, in order to further improve the characteristics of lithium cobaltate, some elements of lithium cobaltate are replaced with other elements.

例えば、特許文献1では、コバルト酸リチウムにおいてリチウム(Li)の一部及びコバルト(Co)の一部を他の同一の元素で置換したコバルト酸リチウム系正極活物質が提案されている。また、特許文献2では、コバルト酸リチウムにおいてLiの一部をマグネシウム(Mg)で置換し、且つCoの一部を他の元素で置換したコバルト酸リチウム系正極活物質が提案されている。更に、特許文献3では、コバルト酸リチウムにおいてCoの一部をニッケル(Ni)及びマンガン(Mn)で置換した、実質的に局所的な立方晶スピネル類似構造相を持たないコバルト酸リチウム系正極活物質が提案されている。   For example, Patent Document 1 proposes a lithium cobaltate-based positive electrode active material in which a part of lithium (Li) and a part of cobalt (Co) in lithium cobaltate are substituted with other same elements. Patent Document 2 proposes a lithium cobaltate-based positive electrode active material in which a part of Li in lithium cobaltate is substituted with magnesium (Mg) and a part of Co is substituted with another element. Further, in Patent Document 3, a lithium cobaltate-based positive electrode active material having substantially no local cubic spinel-like structural phase in which a part of Co in lithium cobaltate is substituted with nickel (Ni) and manganese (Mn). Substances have been proposed.

国際公開2002/054511号International Publication No. 2002/0554511 特開平10−241691号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-241691 特表2008−544468号公報Special table 2008-544468

一方、最近では非水二次電池の更なる高容量化のために正極の充電電圧をリチウム金属基準で従来の4.2〜4.5Vから4.6V以上に上げる試みが行われている。これは、黒鉛を負極活物質とする負極と組み合わされた場合には、電池の充電電圧がおよそ4.5V以上となることを意味しており、これにより初期の放電容量を増加させることができる。しかし、前述のコバルト酸リチウム系正極活物質を用いた正極をリチウム金属基準で4.6V以上に充電すると、コバルト酸リチウム系正極活物質の結晶構造が不安定となり、充放電サイクル特性が低下するという問題があることが判明した。また、コバルト酸リチウム系正極活物質を用いた正極をリチウム金属基準で4.6V以上に充電することに対する安全性への懸念から、コバルト酸リチウム系正極活物質を用いた正極を備えた高電圧仕様の非水二次電池は未だ実用化されていない。   On the other hand, recently, in order to further increase the capacity of the non-aqueous secondary battery, an attempt has been made to increase the charging voltage of the positive electrode from the conventional 4.2 to 4.5 V to 4.6 V or more based on the lithium metal. This means that when combined with a negative electrode using graphite as a negative electrode active material, the charging voltage of the battery becomes about 4.5 V or more, thereby increasing the initial discharge capacity. . However, when a positive electrode using the above-described lithium cobaltate-based positive electrode active material is charged to 4.6 V or more on the basis of lithium metal, the crystal structure of the lithium cobaltate-based positive electrode active material becomes unstable, and charge / discharge cycle characteristics are deteriorated. It turned out that there was a problem. Moreover, the high voltage provided with the positive electrode using a lithium cobaltate type positive electrode active material from the concern about the safety | security to charge the positive electrode using a lithium cobaltate type positive electrode active material to 4.6V or more on a lithium metal basis The non-aqueous secondary battery of the specification has not been put into practical use yet.

更に、コバルト酸リチウム系正極活物質の結晶構造の安定化のために、異種置換元素の添加量を増やす試みも行われているが、異種置換元素の添加量の増加によりある程度はコバルト酸リチウム系正極活物質の結晶構造の安定化を図ることができるが、コバルト酸リチウム系正極活物質の容量が低下して、高電圧充電による高容量化の利点が相殺される問題もある。   Furthermore, in order to stabilize the crystal structure of the lithium cobaltate-based positive electrode active material, attempts have been made to increase the amount of the differently substituted element added. Although the crystal structure of the positive electrode active material can be stabilized, there is also a problem that the capacity of the lithium cobaltate positive electrode active material is reduced and the advantage of high capacity by high voltage charging is offset.

本発明は、上記問題に鑑みて、高電圧下でも結晶構造が安定であるリチウム・コバルト含有複合酸化物及びその製造方法を提供し、そのリチウム・コバルト含有複合酸化物を用いることにより高容量で、高電圧下でも充放電サイクル特性に優れた非水二次電池用電極及び非水二次電池を提供するものである。   In view of the above problems, the present invention provides a lithium-cobalt-containing composite oxide that has a stable crystal structure even under high voltage and a method for producing the same, and uses the lithium-cobalt-containing composite oxide to increase the capacity. An electrode for a non-aqueous secondary battery and a non-aqueous secondary battery excellent in charge / discharge cycle characteristics even under a high voltage are provided.

本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物は、層状の結晶構造を有し、下記一般組成式(1)で表されることを特徴とする。
(Li1-xMgx1+m(Co1-y1 y1+n2 z2 (1)
但し、前記一般組成式(1)中、M1は、少なくともMnを含む単一元素又は元素群を表し、M2は、Na、Sr、Ba及びFからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む単一元素又は元素群を表し、0.015≦x≦0.08、0.015≦y≦0.08、0≦z≦0.05、−0.02≦m≦0.02、及び、−0.02≦n≦0.02である。
The lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention has a layered crystal structure and is represented by the following general composition formula (1).
(Li 1-x Mg x ) 1 + m (Co 1-y M 1 y ) 1 + n M 2 z O 2 (1)
However, the general composition formula (1), M 1 represents a single element or group of elements containing at least Mn, M 2 is Na, Sr, at least one selected from the group consisting of Ba and F represents a single element or element group including elemental, 0.015 ≦ x ≦ 0.08, 0.015 ≦ y ≦ 0.08,0 ≦ z ≦ 0.05, - 0.02 ≦ m ≦ 0.02 And -0.02 ≦ n ≦ 0.02 .

また、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物の製造方法は、コバルトとM1とを含む複合化合物と、リチウムを含む化合物と、マグネシウムを含む化合物とを焼成する工程を含み、前記工程において、前記M1は、少なくともMnを含む単一元素又は元素群を表し、前記マグネシウムを含む化合物に含まれるマグネシウムのモル数と、前記コバルトとM1とを含む複合化合物に含まれるM1のモル数とがほぼ等しく、且つ、前記リチウムを含む化合物に含まれるリチウムのモル数と、前記コバルトとM1とを含む複合化合物に含まれるコバルトのモル数とがほぼ等しいことを特徴とする。 The method for producing a lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention includes a step of firing a composite compound containing cobalt and M 1 , a compound containing lithium, and a compound containing magnesium, The M 1 represents a single element or element group containing at least Mn, the number of moles of magnesium contained in the compound containing magnesium, and the number of moles of M 1 contained in the composite compound containing cobalt and M 1. And the number of moles of lithium contained in the compound containing lithium and the number of moles of cobalt contained in the composite compound containing cobalt and M 1 are approximately equal.

また、本発明の非水二次電池用電極は、上記本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物を活物質として含むことを特徴とする。   Moreover, the electrode for non-aqueous secondary batteries of this invention is characterized by including the said lithium * cobalt containing complex oxide of this invention as an active material.

また、本発明の非水二次電池は、上記本発明の非水二次電池用電極を正極として含むことを特徴とする。   Moreover, the non-aqueous secondary battery of this invention is characterized by including the electrode for non-aqueous secondary batteries of the said invention as a positive electrode.

本発明によれば、高容量で、高電圧下でも充放電サイクル特性に優れた非水二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous secondary battery having a high capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics even under a high voltage.

図1は、Liサイトの一部がMgで置換されたコバルト酸リチウムのHAADF−STEM像の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a HAADF-STEM image of lithium cobaltate in which a part of the Li site is substituted with Mg. 図2は、実施例1のリチウム・コバルト含有複合酸化物のHAADF−STEM像を示す図である。2 is a diagram showing a HAADF-STEM image of the lithium-cobalt-containing composite oxide of Example 1. FIG.

以下、本発明の実施形態について説明するが、これらは本発明の実施態様の一例に過ぎず、本発明はこれらの内容に限定されない。   Hereinafter, although embodiment of this invention is described, these are only examples of the embodiment of this invention, and this invention is not limited to these content.

(実施形態1)
先ず、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物について説明する。本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物は、層状の結晶構造を有し、下記一般組成式(1)で表されることを特徴とする。
(Li1-xMgx1+m(Co1-y1 y1+n2 z2 (1)
(Embodiment 1)
First, the lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention will be described. The lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention has a layered crystal structure and is represented by the following general composition formula (1).
(Li 1-x Mg x ) 1 + m (Co 1-y M 1 y ) 1 + n M 2 z O 2 (1)

但し、上記一般組成式(1)中、M1は、少なくともMnを含む単一元素又は元素群を表し、M2は、Na、Sr、Ba及びFからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む単一元素又は元素群を表し、0.001≦x≦0.08、0.001≦y≦0.08、0≦z≦0.05、−0.05≦m≦0.05、及び、−0.05≦n≦0.05である。 However, in the general composition formula (1), M 1 represents a single element or a group of elements containing at least Mn, and M 2 is at least one selected from the group consisting of Na, Sr, Ba and F. Represents a single element or group of elements including elements, 0.001 ≦ x ≦ 0.08, 0.001 ≦ y ≦ 0.08, 0 ≦ z ≦ 0.05, −0.05 ≦ m ≦ 0.05 And −0.05 ≦ n ≦ 0.05.

上記一般組成式(1)で表わされるリチウム・コバルト含有複合酸化物は、リチウム金属基準で4.6V以上の高電圧にさらされても、結晶構造が安定であり、高電圧下での充放電サイクル特性に優れている。   The lithium-cobalt-containing composite oxide represented by the general composition formula (1) has a stable crystal structure even when exposed to a high voltage of 4.6 V or more on the basis of lithium metal, and is charged and discharged under a high voltage. Excellent cycle characteristics.

特に、上記一般組成式(1)中のMgは、リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造の結晶格子中のLiサイトに配置されていることが好ましい。これにより上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造をより安定化でき、高電圧下での充放電サイクル特性をより向上できる。   In particular, Mg in the general composition formula (1) is preferably arranged at the Li site in the crystal lattice of the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide. Thereby, the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide can be further stabilized, and charge / discharge cycle characteristics under a high voltage can be further improved.

上記一般組成式(1)中のM1におけるMnは、リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造の結晶格子中のCoサイトに配置されていることが好ましい。LiサイトにMgが存在し、且つCoサイトにMnが存在することにより、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造内に、局所的にスピネル構造相を安定に存在させることができ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物が、その結晶構造内に局所的に上記スピネル構造相を有することにより、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の層状の結晶構造をより安定化できるとものと推定され、高電圧下での充放電サイクル特性をより向上できると考えられる。 Mn in M 1 in the general composition formula (1) is preferably arranged at the Co site in the crystal lattice of the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide. Since Mg is present at the Li site and Mn is present at the Co site, a spinel phase can be stably present locally in the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide. -It is estimated that the cobalt-containing composite oxide has the spinel structure phase locally in its crystal structure, so that the layered crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide can be further stabilized. It is considered that the charge / discharge cycle characteristics under voltage can be further improved.

上記M1には、Mn以外の元素が含まれていてもよい。M1に、Cr、Fe、Ni、Zr、Ti、Mo、V、Al、B及びGeからなる群より選択される少なくとも1種の元素が含まれる場合には、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造を更に安定化することが可能となる。特に、Niを含有することが望ましい。但し、Mnの作用を阻害しないために、その含有量はM1全体の50mol%以下とすることが望ましく、35mol%以下とすることがより望ましい。また、Mn、Cr、Fe、Ni、Zr、Ti、Mo、V、Al、B及びGe以外の元素については、上記置換元素の作用を阻害しないために、その含有量はM1全体の20mol%以下とすることが望ましい。 M 1 may contain an element other than Mn. In the case where M 1 contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Fe, Ni, Zr, Ti, Mo, V, Al, B, and Ge, the above lithium-cobalt-containing composite oxide It is possible to further stabilize the crystal structure. In particular, it is desirable to contain Ni. However, in order not to inhibit the action of Mn, the content is preferably 50 mol% or less of M 1 as a whole, and more preferably 35 mol% or less. Further, for elements other than Mn, Cr, Fe, Ni, Zr, Ti, Mo, V, Al, B, and Ge, the content thereof is 20 mol% of the entire M 1 so as not to inhibit the action of the above-mentioned substitution elements. The following is desirable.

なお、上記M1におけるMn以外の元素は、必ずしもCoサイトに配置されている必要はなく、元素の種類や含有量によっては、Liサイトに配置されていたり、粒界に偏析していることも考えられる。 It should be noted that elements other than Mn in M 1 are not necessarily arranged at the Co site, and depending on the type and content of the element, they may be arranged at the Li site or segregated at the grain boundaries. Conceivable.

また、上記一般組成式(1)において、xとyとの差が0.02以下であることが好ましく、更にx≧yであることがより好ましい。これにより、MgをLiサイトに、MnをCoサイトに確実に配置することができる。   In the general composition formula (1), the difference between x and y is preferably 0.02 or less, and more preferably x ≧ y. Thereby, Mg can be reliably arranged at the Li site and Mn can be arranged at the Co site.

また、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の層状の結晶構造におけるc軸の格子定数は、1.405〜1.408nmであることが好ましく、1.406nm以上であることがより好ましい。この範囲であれば上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造を更に安定化できる。   Further, the c-axis lattice constant in the layered crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide is preferably 1.405 to 1.408 nm, more preferably 1.406 nm or more. Within this range, the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide can be further stabilized.

上記一般組成式(1)中のMgの含有量を表すx、及び、M1の含有量を表すyは、大きすぎるとLi及びCoの含有量が低下して容量の低下につながることから、それぞれ0.08以下にする必要があり、Mg及びM1の添加の上記効果を得るために、それぞれ0.001以上にする必要がある。 In the general composition formula (1), x representing the content of Mg and y representing the content of M 1 are too large, because the contents of Li and Co are reduced, leading to a decrease in capacity. Each of them needs to be 0.08 or less, and in order to obtain the above effect of addition of Mg and M 1 , it is necessary to make each 0.001 or more.

また、上記一般組成式(1)中のM2は、必ずしも含有される必要はないが、Na、Fを含有することにより、他の含有元素の平均価数を調整することができ、また、アルカリ土類金属であるSr、Baを含有することにより、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶性が向上し、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の活性点が低減することにより、電池を構成した際に非水電解液との不可逆反応を抑制することができる。 Further, M 2 in the general composition formula (1) is not necessarily contained, but by containing Na and F, the average valence of other contained elements can be adjusted, By containing Sr and Ba, which are alkaline earth metals, the crystallinity of the lithium / cobalt-containing composite oxide is improved, and the active sites of the lithium / cobalt-containing composite oxide are reduced, thereby constituting a battery. In this case, irreversible reaction with the non-aqueous electrolyte can be suppressed.

上記M2には、Na、Sr、Ba及びF以外の元素が含まれていてもよいが、Na、Sr、Ba及びFの元素の作用を阻害しないために、その含有量はM2全体の20mol%以下とすることが望ましい。 The M 2 may contain elements other than Na, Sr, Ba and F. However, in order not to inhibit the action of the elements Na, Sr, Ba and F, the content thereof is the entire M 2 . It is desirable to make it 20 mol% or less.

上記M2に含まれる元素は、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物中に均一に分布していてもよく、また、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の粒子表面に偏析していてもよい。 The element contained in M 2 may be uniformly distributed in the lithium / cobalt-containing composite oxide, or may be segregated on the particle surface of the lithium / cobalt-containing composite oxide.

上記一般組成式(1)中のM2の含有量を表すzは、大きすぎると他の元素の含有量が低下することから、0.05以下にする必要がある。 Since z representing the content of M 2 in the general composition formula (1) is too large, the content of other elements decreases, so it is necessary to set it to 0.05 or less.

また、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物は、(Li1-xMgx)(Co1-y1 y)O2で表される組成を基本とするが、Li及びMgの原子比の合計と、Co及びM1の原子比の合計とは、1:1から多少ずれた値とすることも可能であり、上記一般組成式(1)において、−0.05≦m≦0.05、及び、−0.05≦n≦0.05の範囲であれば、良好な特性の得られる酸化物とすることができる。但し、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物をより優れた特性とするためには、mは0に近い値であることが望ましく、−0.02≦mであるのが望ましく、また、m≦0.02であるのが望ましい。一方、nについても、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物をより優れた特性とするためには、nは0に近い値であることが望ましく、−0.02≦nであるのが望ましく、また、n≦0.02であるのが望ましい。 The lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention is based on a composition represented by (Li 1-x Mg x ) (Co 1-y M 1 y ) O 2 , but the atomic ratio of Li and Mg And the total atomic ratio of Co and M 1 may be slightly deviated from 1: 1. In the above general composition formula (1), −0.05 ≦ m ≦ 0. In the range of 05 and −0.05 ≦ n ≦ 0.05, an oxide capable of obtaining good characteristics can be obtained. However, in order to make the lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention more excellent characteristics, m is preferably a value close to 0, preferably −0.02 ≦ m, and m It is desirable that ≦ 0.02. On the other hand, regarding n, in order to make the lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention more excellent, n is preferably a value close to 0, and preferably −0.02 ≦ n. In addition, it is desirable that n ≦ 0.02.

次に、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物の製造方法を説明する。本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物の製造方法は、CoとM1とを含む複合化合物と、Liを含む化合物と、Mgを含む化合物とを焼成する工程を備え、上記工程において、上記M1は、少なくともMnを含む単一元素又は元素群を表し、上記Mgを含む化合物に含まれるMgのモル数と、上記CoとM1とを含む複合化合物に含まれるM1のモル数とがほぼ等しく、且つ、上記Liを含む化合物に含まれるLiのモル数と、上記CoとM1とを含む複合化合物に含まれるCoのモル数とがほぼ等しいことを特徴とする。 Next, the manufacturing method of the lithium cobalt containing complex oxide of this invention is demonstrated. The method for producing a lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention includes a step of firing a composite compound containing Co and M 1 , a compound containing Li, and a compound containing Mg. 1 represents a single element or group of elements containing at least Mn, and the number of moles of Mg contained in the compound containing the above-Mg, and the number of moles of M 1 contained in the composite compound containing the Co and M 1 The number of moles of Li contained in the compound containing Li is approximately equal to the number of moles of Co contained in the composite compound containing Co and M 1 .

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の製造工程において、合成原料として、CoとM1とを含む複合化合物と、Liを含む化合物と、Mgを含む化合物とを用い、これらを焼成することにより、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶格子中のLiサイトにMgが配置しやすくなり、CoサイトにM1が配置しやすくなる。 In the production process of the lithium-cobalt-containing composite oxide, as a synthesis raw material, a composite compound containing Co and M 1 , a compound containing Li, and a compound containing Mg are used. Mg is likely to be arranged at the Li site in the crystal lattice of the lithium-cobalt-containing composite oxide, and M 1 is easily arranged at the Co site.

ここで、CoとM1とを含む複合化合物において、CoとM1との原子比は、およそ99.9:0.1〜92:8の範囲とすればよく、更に、リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造内に、微小なスピネル構造相を、より安定に存在させるためには、上記一般組成式(1)において、0.01≦yとなるよう上記複合化合物の組成比を調整するのが望ましく、0.015≦yとするのがより望ましく、また、y≦0.05となるよう上記複合化合物の組成比を調整するのが望ましく、y≦0.035とするのがより望ましい。 Here, in the composite compound containing Co and M 1, the atomic ratio of Co and M 1 is approximately 99.9: 0.1 to 92: may be the 8 range, further, lithium cobalt-containing complex In order to allow a fine spinel phase to exist more stably in the crystal structure of the oxide, the composition ratio of the composite compound is adjusted so that 0.01 ≦ y in the general composition formula (1). It is desirable that 0.015 ≦ y, and it is desirable to adjust the composition ratio of the composite compound so that y ≦ 0.05, and it is more desirable that y ≦ 0.035. .

また、Liを含む化合物と、Mgを含む化合物との割合は、Liのモル数とMgのモル数とが、およそ99.9:0.1〜92:8の範囲となるよう調整すればよく、更に、リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造内に、微小なスピネル構造相を、より安定に存在させるためには、上記一般組成式(1)において、0.01≦xとなるよう上記複合化合物の組成比を調整するのが望ましく、0.015≦xとするのがより望ましく、また、x≦0.05となるよう上記複合化合物の組成比を調整するのが望ましく、x≦0.035とするのがより望ましい。   The ratio of the compound containing Li and the compound containing Mg may be adjusted so that the number of moles of Li and the number of moles of Mg are in the range of approximately 99.9: 0.1 to 92: 8. Furthermore, in order to allow a fine spinel structure phase to exist more stably in the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide, in the above general composition formula (1), 0.01 ≦ x is satisfied. The composition ratio of the composite compound is preferably adjusted, more preferably 0.015 ≦ x, and the composition ratio of the composite compound is preferably adjusted so that x ≦ 0.05, and x ≦ 0. .035 is more desirable.

また、CoとM1とを含む複合化合物と、Liを含む化合物及びMgを含む化合物との割合については、上記一般組成式(1)におけるm及びnの範囲に応じて調整すればよい。具体的には、−0.05≦m≦0.05、及び、−0.05≦n≦0.05の範囲となり、xとyとの差が0.02以下となるよう、各合成原料の組成や割合を調整することが特に望ましい。即ち、上記Mgを含む化合物に含まれるMgのモル数と、上記CoとM1とを含む複合化合物に含まれるM1のモル数とがほぼ等しく、且つ、上記Liを含む化合物に含まれるLiのモル数と、上記CoとM1とを含む複合化合物に含まれるCoのモル数とがほぼ等しくなるよう製造条件を設定することにより、より安定性の高いリチウム・コバルト含有複合酸化物を合成することができる。 Also, a composite compound containing Co and M 1, the proportion of the compound containing compound and Mg containing Li, may be adjusted according to the range of m and n in the general formula (1). Specifically, each synthetic raw material is in the range of −0.05 ≦ m ≦ 0.05 and −0.05 ≦ n ≦ 0.05, and the difference between x and y is 0.02 or less. It is particularly desirable to adjust the composition and ratio. That is, the number of moles of Mg contained in the compound containing Mg is substantially equal to the number of moles of M 1 contained in the composite compound containing Co and M 1 , and Li contained in the compound containing Li. A more stable lithium / cobalt-containing composite oxide is synthesized by setting the production conditions so that the number of moles of Co and the number of moles of Co contained in the composite compound containing Co and M 1 are substantially equal. can do.

また、Liを含む化合物及びMgを含む化合物の一部又は全部を、LiとMgとを含む複合化合物に置き換えてもよく、この場合にも、それぞれの元素の原子比が所定の範囲となるよう、各合成原料の割合を調整すればよい。   In addition, a part or all of the compound containing Li and the compound containing Mg may be replaced with a composite compound containing Li and Mg, and in this case also, the atomic ratio of each element falls within a predetermined range. What is necessary is just to adjust the ratio of each synthetic raw material.

また、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物に、更にM2を添加する場合は、上記工程において、更にM2を含む化合物を加えて焼成することにより、(Li1-xMgx1+m(Co1-y1 y1+n2 z2で表わされる化合物を形成することができる。 In addition, when M 2 is further added to the lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention, (Li 1-x Mg x ) 1 is obtained by adding a compound containing M 2 and baking in the above step. A compound represented by + m (Co 1-y M 1 y ) 1 + n M 2 z O 2 can be formed.

上記製造方法で使用する各合成原料としては、例えば、各元素を含む水酸化物、酸化物、炭酸塩、酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩等を使用することができる。また、CoとM1とを含む複合化合物は、あらかじめ共沈法等により合成するか、あるいは、Coを含む化合物と、M1を含む化合物とを焼成、あるいはメカノケミカル反応により化合させることにより得ることができる。 As each synthetic raw material used by the said manufacturing method, the hydroxide, oxide, carbonate, acetate, sulfate, nitrate etc. which contain each element can be used, for example. In addition, a composite compound containing Co and M 1 is obtained by synthesizing in advance by a coprecipitation method or the like, or obtained by combining a compound containing Co and a compound containing M 1 by firing or mechanochemical reaction. be able to.

上記焼成条件は、例えば、800〜1050℃で1〜24時間とすることができるが、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましい。予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(即ち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素等)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気等とすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることが好ましい。   The firing conditions can be, for example, 800 to 1050 ° C. for 1 to 24 hours, but once heated to a temperature lower than the firing temperature (for example, 250 to 850 ° C.) and kept at that temperature, the preliminary firing condition is maintained. It is preferable to heat and then raise the temperature to the firing temperature to advance the reaction. Although there is no restriction | limiting in particular about the time of preheating, Usually, what is necessary is just to be about 0.5 to 30 hours. The atmosphere during firing may be an atmosphere containing oxygen (that is, in the air), a mixed atmosphere of an inert gas (argon, helium, nitrogen, etc.) and oxygen gas, an oxygen gas atmosphere, etc. The oxygen concentration (volume basis) is preferably 15% or more, and more preferably 18% or more.

上記焼成温度では、通常、スピネル構造の結晶相は、層状の結晶構造に変化し、層状の単一相のリチウム・コバルト含有複合酸化物が得られるが、本発明では、限られた組成範囲において、各元素が適切な配置をとることにより、リチウム・コバルト含有複合酸化物の層状の結晶構造内に、局所的に、微小なスピネル構造相を安定に存在させることができ、これにより、高電圧下でも、リチウム・コバルト含有複合酸化物の層状の結晶構造が安定に存在できるものと推定される。   At the above firing temperature, the crystal phase of the spinel structure usually changes to a layered crystal structure, and a layered single phase lithium-cobalt-containing composite oxide is obtained. However, in the present invention, the composition range is limited. By properly arranging each element, a minute spinel phase can be stably present locally in the layered crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide, thereby enabling high voltage It is presumed that the layered crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide can exist stably even below.

但し、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物の製造方法は、上記の製造方法に限定されず、他の製造方法で製造してもよい。   However, the method for producing the lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention is not limited to the above production method, and may be produced by other production methods.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成分析は、ICP(Inductive Coupled Plasma)法を用いて以下のように行うことができる。先ず、測定対象となるリチウム・コバルト含有複合酸化物を0.2g採取して100mL容器に入れる。その後、純水5mL、王水2mL、純水10mLを順に加えて加熱溶解し、冷却後、更に純水で25倍に希釈してJARRELASH社製のICP分析装置「ICP−757」を用いて、検量線法により組成を分析する。得られた結果から、組成式を導くことができる。   The composition analysis of the lithium-cobalt-containing composite oxide can be performed as follows using an ICP (Inductive Coupled Plasma) method. First, 0.2 g of a lithium-cobalt-containing composite oxide to be measured is collected and placed in a 100 mL container. Thereafter, 5 mL of pure water, 2 mL of aqua regia, and 10 mL of pure water were added in order and dissolved by heating. After cooling, the mixture was further diluted 25 times with pure water and an ICP analyzer “ICP-757” manufactured by JARRELASH was used. The composition is analyzed by a calibration curve method. The composition formula can be derived from the obtained results.

また、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の層状の結晶構造及びc軸の格子定数は、X線回折測定により確認できる。更に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造中の結晶格子中におけるLiサイトのMg及びCoサイトのMnの確認、並びに局所的なスピネル構造相の確認は、球面収差補正装置を備えた走査透過型電子顕微鏡(Cs−STEM)を用いて高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡(HAADF−STEM)像を得ることで、結晶格子中の原子の並びを直接観察することにより行うことができる。   The layered crystal structure and c-axis lattice constant of the lithium / cobalt-containing composite oxide can be confirmed by X-ray diffraction measurement. Furthermore, the confirmation of Mg of Li site and Mn of Co site in the crystal lattice in the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide, and confirmation of the local spinel structure phase are performed by scanning with a spherical aberration correction device. By obtaining a high-angle scattering annular dark-field scanning transmission microscope (HAADF-STEM) image using a transmission electron microscope (Cs-STEM), it can be performed by directly observing the arrangement of atoms in the crystal lattice.

詳しくは、HAADF−STEMは、格子振動による熱散漫散乱によって高角度に非弾性散乱された電子の強度を像として表示する手法であり、その像の強度は、原子番号のほぼ2乗に比例するため、原子の違いを反映したコントラストが得られ、走査像中の局所構造や元素種に関する情報を得ることができる。   Specifically, HAADF-STEM is a technique for displaying the intensity of electrons inelastically scattered at a high angle by thermal diffuse scattering due to lattice vibration as an image, and the intensity of the image is proportional to the square of the atomic number. Therefore, contrast reflecting the difference in atoms can be obtained, and information on the local structure and element type in the scanned image can be obtained.

即ち、空間群R3−m(但し、「−」は、3の上付き文字を表し、「R3バーm」を意味する。)のα−NaFeO2型の層状構造を有するコバルト酸リチウム(LiCoO2)において、Liサイトを構成するLiは原子番号が小さいため、HAADF−STEM像においてコントラストが弱くなり確認しにくいが、Liサイトがより大きな原子番号を有するMgで置換された場合、Liよりもコントラストが強くなるため、LiサイトにMgの存在を示す像が観察される。一方、Mgの原子番号はCoの原子番号よりも小さいため、Coサイトを構成するCoによる像よりもコントラストが弱く、Liサイトを構成する元素種を特定することができる。また、CoサイトがMnやNi等の元素で置換された場合は、これら元素の原子番号が近いため、CoサイトにMnやNiが位置することの確認は困難であるが、LiサイトにMn、Ni等の元素が認められなければ、上記置換元素はCoサイトに位置していると推定できる。 That is, lithium cobaltate (LiCoO 2 having a layered structure of α-NaFeO 2 type of space group R3-m (where “-” represents the superscript of 3 and means “R3 bar m”). ), The Li constituting the Li site has a small atomic number, so the contrast is weak in the HAADF-STEM image and difficult to confirm. However, when the Li site is substituted with Mg having a larger atomic number, the contrast is higher than that of Li. Therefore, an image indicating the presence of Mg at the Li site is observed. On the other hand, since the atomic number of Mg is smaller than the atomic number of Co, the contrast is weaker than the image of Co constituting the Co site, and the element species constituting the Li site can be specified. In addition, when the Co site is substituted with an element such as Mn or Ni, it is difficult to confirm that Mn or Ni is located at the Co site because the atomic numbers of these elements are close. If an element such as Ni is not recognized, it can be estimated that the substitution element is located at the Co site.

図1に、Liサイトの一部がMgで置換されたコバルト酸リチウムのHAADF−STEM像の模式図を示す。図1において、Liサイトに存在するLi原子による像は、コントラストが弱いため、バックグラウンドと明確に区別されていない。一方、Liサイトに存在するMg原子による像は、Li原子とCo原子のほぼ中間のコントラストとなり、LiサイトにMg原子が存在することが確認できる。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a HAADF-STEM image of lithium cobaltate in which a part of the Li site is substituted with Mg. In FIG. 1, the image of Li atoms present at the Li site is not clearly distinguished from the background because of its weak contrast. On the other hand, the image of Mg atoms present at the Li site has a contrast that is almost intermediate between the Li atoms and the Co atoms, and it can be confirmed that Mg atoms are present at the Li site.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物中でのスピネル構造相の存在割合は、X線回折測定によりスピネル構造に由来する回折ピークが明確に現れない程度であることが望ましい。本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物は、層状構造を有することが基本であり、形成されるスピネル構造相ができるだけ微少であることが望ましいためである。   The proportion of the spinel structure phase in the lithium-cobalt-containing composite oxide is preferably such that a diffraction peak derived from the spinel structure does not appear clearly by X-ray diffraction measurement. This is because the lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention basically has a layered structure, and it is desirable that the formed spinel structure phase be as small as possible.

(実施形態2)
次に、本発明の非水二次電池用電極について説明する。本発明の非水二次電池用電極は、実施形態1で説明した本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物を活物質として含むことを特徴とする。本発明の非水二次電池用電極は、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物を活物質として含むことにより、高容量で、高電圧下でも充放電サイクル特性に優れている。
(Embodiment 2)
Next, the electrode for nonaqueous secondary batteries of the present invention will be described. The electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention is characterized by including the lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention described in Embodiment 1 as an active material. The electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention includes a lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention as an active material, and thus has a high capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics even under a high voltage.

本発明の非水二次電池用電極は、通常、非水二次電池の正極として用いられ、例えば、上記本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物、バインダ及び導電助剤等を含む正極合剤層を、集電体の片面又は両面に有する構造のものが使用できる。   The electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention is usually used as a positive electrode of a non-aqueous secondary battery. For example, a positive electrode mixture containing the lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention, a binder, a conductive additive and the like. A structure having a layer on one side or both sides of a current collector can be used.

上記正極合剤層に用いる導電助剤としては、電池内で化学的に安定なものであればよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;アセチレンブラック、ケッチェンブラック(商品名)、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維;アルミニウム粉等の金属粉末;フッ化炭素;酸化亜鉛;チタン酸カリウム等からなる導電性ウィスカー;酸化チタン等の導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料;などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、導電性の高い黒鉛及び吸液性に優れたカーボンブラックが好ましい。   As a conductive support agent used for the said positive mix layer, what is chemically stable should just be in a battery. For example, graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black (trade name), channel black, furnace black, lamp black and thermal black; conductive fiber such as carbon fiber and metal fiber; aluminum Metal powder such as powder; Carbon dioxide; Zinc oxide; Conductive whisker made of potassium titanate and the like; Conductive metal oxide such as titanium oxide; Organic conductive material such as polyphenylene derivative; One species may be used alone, or two or more species may be used in combination. Among these, highly conductive graphite and carbon black excellent in liquid absorption are preferable.

上記正極合剤層に用いるバインダとしては、電池内で化学的に安定なものであれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリヘキサフルオロプロピレン(PHFP)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)等が使用できる。   As the binder used for the positive electrode mixture layer, any of a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be used as long as it is chemically stable in the battery. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyhexafluoropropylene (PHFP), styrene-butadiene rubber (SBR), tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene Copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), and the like can be used.

上記正極に用いる集電体としては、従来から知られている非水二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好ましい。   As the current collector used for the positive electrode, the same one as used for the positive electrode of a conventionally known non-aqueous secondary battery can be used. For example, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferable.

上記正極は、例えば、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物(正極活物質)、バインダ及び導電助剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤に分散させた正極合剤含有ペースト又はスラリーを調製し、これを集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダ処理を施す工程を経て製造することができる。正極の製造方法は、上記方法に制限されるわけではなく、他の製造方法で製造することもできる。   The positive electrode contains, for example, a positive electrode mixture in which the lithium / cobalt-containing composite oxide (positive electrode active material) of the present invention, a binder, and a conductive additive are dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A paste or slurry can be prepared, applied to one or both sides of a current collector, dried, and then subjected to a calendaring process as necessary. The manufacturing method of a positive electrode is not necessarily restricted to the said method, It can also manufacture with another manufacturing method.

上記正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が65〜98質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましく、導電助剤の量が1〜20質量%であることが好ましい。   As the composition of the positive electrode mixture layer, for example, the amount of the positive electrode active material is preferably 65 to 98% by mass, the amount of the binder is preferably 1 to 15% by mass, and the amount of the conductive auxiliary agent is It is preferable that it is 1-20 mass%.

(実施形態3)
次に、本発明の非水二次電池について説明する。本発明の非水二次電池は、実施形態2で説明した本発明の非水二次電池用電極を正極として備えていることを特徴とし、他に負極、非水電解液及びセパレータを備えている。本発明の非水二次電池は、本発明の非水二次電池用電極を備えているので、高容量で、高電圧下でも充放電サイクル特性に優れている。
(Embodiment 3)
Next, the nonaqueous secondary battery of the present invention will be described. The non-aqueous secondary battery of the present invention is characterized by comprising the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention described in Embodiment 2 as a positive electrode, and further comprising a negative electrode, a non-aqueous electrolyte and a separator. Yes. Since the nonaqueous secondary battery of the present invention includes the electrode for nonaqueous secondary battery of the present invention, it has a high capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics even under a high voltage.

以下、本発明の非水二次電池の正極以外の構成要素について説明する。   Hereinafter, components other than the positive electrode of the nonaqueous secondary battery of the present invention will be described.

〔負極〕
上記負極には、例えば、負極活物質、バインダ及び必要に応じて導電助剤等を含む負極合剤層を、集電体の片面又は両面に有する構造のもの、負極活物質を単独で使用して負極としたもの、又は負極活物質を単独で集電体上に負極剤層として積層したものが使用できる。
[Negative electrode]
For the negative electrode, for example, a negative electrode active material, a binder, and a negative electrode mixture layer containing a conductive auxiliary agent as necessary are provided on one or both sides of the current collector, and the negative electrode active material is used alone. Thus, a negative electrode or a negative electrode active material that is laminated as a negative electrode layer on a current collector can be used.

上記負極活物質には、従来から知られている非水二次電池に用いられている負極活物質、即ち、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料であれば特に制限はない。例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維等の、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料の1種又は2種以上の混合物が負極活物質として用いられる。また、シリコン(Si)、スズ(Sn)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、インジウム(In)等の元素及びその合金、リチウム含有窒化物又はリチウム含有酸化物等のリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。中でも、負極活物質としては、シリコンと酸素とを構成元素に含むSiOxで表される材料、又はSiOxと炭素材料との複合体(SiOx−C複合体)が好ましい。これらのSiOx系材料は高容量であり、SiOx系材料と、同じく高容量の本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物とを組み合わせると、高容量の電池を提供できる。更に、上記SiOx−C複合体と、負荷特性や充放電サイクル特性に優れる黒鉛質炭素材料との併用がより好ましい。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a negative electrode active material used in conventionally known non-aqueous secondary batteries, that is, a material capable of occluding and releasing lithium ions. For example, carbon-based materials that can occlude and release lithium ions, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers. One kind or a mixture of two or more kinds is used as the negative electrode active material. In addition, elements such as silicon (Si), tin (Sn), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), indium (In) and alloys thereof, lithium such as lithium-containing nitride or lithium-containing oxide A compound that can be charged and discharged at a low voltage close to that of a metal, or a lithium metal or lithium / aluminum alloy can also be used as the negative electrode active material. Among them, the negative electrode active material is preferably a material represented by SiO x containing silicon and oxygen as constituent elements, or a composite of SiO x and a carbon material (SiO x -C composite). These SiO x -based materials have a high capacity, and a high-capacity battery can be provided by combining the SiO x -based material with the same high-capacity lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention. Furthermore, the combined use of the SiO x -C composite and a graphitic carbon material excellent in load characteristics and charge / discharge cycle characteristics is more preferable.

上記SiOxは、Siの微結晶又は非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶又は非晶質相のSiを含めた比率となる。即ち、SiOxには、非晶質のSiO2マトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiO2と、その中に分散しているSiを合わせて、上記原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiO2マトリックス中に、Siが分散した構造で、SiO2とSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。 The SiO x may contain a microcrystalline or amorphous phase of Si. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystalline or amorphous phase Si. That is, SiO x includes a structure in which Si (for example, microcrystalline Si) is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix, and this amorphous SiO 2 is dispersed in the SiO 2 matrix. It is only necessary that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5. For example, in the case of a structure in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the molar ratio of SiO 2 to Si is 1: 1, x = 1, so that the structural formula is represented by SiO. The In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed.

上記負極合剤層に使用するバインダとしては、例えば、でんぷん、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース等の多糖類やそれらの変成体;ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドイミド、ポリアミド等の熱可塑性樹脂やそれらの変成体;ポリイミド;エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド等のゴム状弾性を有するポリマーやそれらの変成体;などが挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。   Examples of the binder used in the negative electrode mixture layer include polysaccharides such as starch, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, and diacetyl cellulose, and modified products thereof; polyvinyl chloride. , Polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyamide and other thermoplastic resins and their modified products; polyimide; ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene -Polymers having rubber-like elasticity such as butadiene rubber (SBR), butadiene rubber, polybutadiene, fluoro rubber, polyethylene oxide, and their modified products; May be used alone or two or more al.

上記負極合剤層には、更に導電助剤として導電性材料を添加してもよい。このような導電性材料としては、電池内において化学変化を起こさないものであれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック(サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック(商品名)、アセチレンブラック等)、炭素繊維、金属粉(銅、ニッケル、アルミニウム、銀等からなる粉末)、金属繊維、ポリフェニレン誘導体等の材料を、1種又は2種以上用いることができる。これらの中でも、カーボンブラックを用いることが好ましく、ケッチェンブラックやアセチレンブラックがより好ましい。   A conductive material may be further added to the negative electrode mixture layer as a conductive aid. Such a conductive material is not particularly limited as long as it does not cause a chemical change in the battery. For example, carbon black (thermal black, furnace black, channel black, ketjen black (trade name), acetylene black, etc. Etc.), carbon fiber, metal powder (powder made of copper, nickel, aluminum, silver, etc.), metal fiber, polyphenylene derivative and the like can be used alone or in combination. Among these, carbon black is preferably used, and ketjen black and acetylene black are more preferable.

上記負極に用いる集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル等を用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために厚みの下限は5μmであることが望ましい。   As the current collector used for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used. Usually, a copper foil is used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the whole negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit of the thickness is 5 μm in order to ensure mechanical strength. It is desirable to be.

上記負極は、例えば、前述した負極活物質及びバインダ、更には必要に応じて導電助剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)や水等の溶剤に分散させた負極合剤含有ペースト又はスラリーを調製し、これを集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダ処理を施す工程を経て製造される。負極の製造方法は、上記製法に制限されるわけではなく、他の製造方法で製造することもできる。   The negative electrode is, for example, a negative electrode mixture-containing paste in which the above-described negative electrode active material and binder, and further, if necessary, a conductive additive dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water, A slurry is prepared, applied to one or both sides of a current collector, dried, and then subjected to a calendaring process as necessary. The manufacturing method of a negative electrode is not necessarily restricted to the said manufacturing method, It can also manufacture with another manufacturing method.

上記負極合剤層においては、負極活物質の量を80〜99質量%とし、バインダの量を1〜20質量%とすることが好ましい。また、別途導電助剤として導電性材料を使用する場合には、負極合剤層におけるこれらの導電性材料は、負極活物質の量及びバインダ量が、上記好適値を満足する範囲で使用することが好ましい。負極合剤層の厚みは、例えば、10〜100μmとすることができる。   In the negative electrode mixture layer, it is preferable that the amount of the negative electrode active material is 80 to 99% by mass and the amount of the binder is 1 to 20% by mass. In addition, when a conductive material is separately used as a conductive auxiliary agent, these conductive materials in the negative electrode mixture layer should be used in such a range that the amount of the negative electrode active material and the amount of the binder satisfy the above preferable values. Is preferred. The thickness of the negative electrode mixture layer can be, for example, 10 to 100 μm.

〔非水電解液〕
上記非水電解液には、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液を使用することができる。
[Non-aqueous electrolyte]
As the non-aqueous electrolyte, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent can be used.

上記非水電解液に用いるリチウム塩としては、溶媒中で解離してリチウムイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解等の副反応を起こしにくいものであれば特に制限はない。例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6等の無機リチウム塩;LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li224(SO32、LiN(SO2F)2、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiCn2n+1SO3(2≦n≦7)、LiN(RfOSO22〔ここで、Rfはフルオロアルキル基〕等の有機リチウム塩;などを用いることができる。 The lithium salt used in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form lithium ions and does not easily cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (SO 2 F) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (2 ≦ n ≦ 7), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is fluoroalkyl Organolithium salts such as the group] and the like can be used.

上記リチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/Lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/Lとすることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / L, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / L.

上記非水電解液に用いる有機溶媒としては、上記リチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解等の副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状カーボネート;プロピオン酸メチル等の鎖状エステル;γ−ブチロラクトン等の環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等の鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル等のニトリル類;エチレングリコールサルファイト等の亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒等、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。   The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; dimethoxyethane, Chain ethers such as diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile; ethylene Sulfites such as glycol sulfite; and the like. These may be used in combination of two or more. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate.

〔セパレータ〕
上記セパレータには、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(即ち、シャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常の非水二次電池等で使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。更に、ポリアミドイミド、ポリイミド等の耐熱性の樹脂を用いたセパレータや、上記微多孔膜の表面に無機粒子を用いた多孔質層を形成して耐熱性を付与したセパレータを用いてもよい。
[Separator]
The separator preferably has a property of blocking its pores (that is, a shutdown function) at 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher) and 170 ° C. or lower (more preferably 150 ° C. or lower). A separator used in a normal non-aqueous secondary battery or the like, for example, a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. The microporous film constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using PP, or a laminate of a PE microporous film and a PP microporous film. There may be. Furthermore, a separator using a heat-resistant resin such as polyamideimide or polyimide, or a separator provided with heat resistance by forming a porous layer using inorganic particles on the surface of the microporous film may be used.

〔電池の形態〕
本発明の非水二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶等を外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形等)等が挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。
[Battery configuration]
Examples of the form of the nonaqueous secondary battery of the present invention include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can, an aluminum can, or the like as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

本発明の非水二次電池は、従来から知られている例えばリチウム二次電池が適用されている各種用途と同じ用途に用いることができる。   The non-aqueous secondary battery of this invention can be used for the same use as the various uses to which the lithium secondary battery known conventionally is applied, for example.

〔電池電圧〕
本発明の非水二次電池は、正極の充電電圧の上限をリチウム金属基準で4.6V以上として使用することができ、上記本発明の正極と上記従来の負極とを備えた電池の充電電圧の上限として4.5V以上の高電圧に設定しても、充放電サイクル特性を良好に維持できる。
[Battery voltage]
The non-aqueous secondary battery of the present invention can be used with the upper limit of the charging voltage of the positive electrode being 4.6 V or more on the basis of lithium metal, and the charging voltage of the battery comprising the positive electrode of the present invention and the conventional negative electrode Even if the upper limit is set to a high voltage of 4.5 V or more, the charge / discharge cycle characteristics can be maintained satisfactorily.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。但し、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

(実施例1)
<リチウム・コバルト含有複合酸化物の作製>
水酸化コバルト〔Co(OH)2〕2.960gと酢酸マンガン・四水和物〔(CH3COO)2Mn・4H2O〕0.150gとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で400℃にて5時間焼成して、Co・Mn含有酸化物ペレットを作製した。
Example 1
<Preparation of lithium-cobalt-containing composite oxide>
Cobalt hydroxide [Co (OH) 2 ] 2.960 g and manganese acetate tetrahydrate [(CH 3 COO) 2 Mn · 4H 2 O] 0.150 g were pulverized and mixed, and then pressurized to pellets Was made. This pellet was put in an electric furnace and fired at 400 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a Co · Mn-containing oxide pellet.

次に、水酸化リチウム・一水和物(LiOH・H2O)1.293gと水酸化マグネシウム〔Mg(OH)2〕0.036gと上記Co・Mn含有酸化物ペレットとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で950℃にて5時間焼成して、本実施例のリチウム・コバルト含有複合酸化物を作製した。 Next, 1.293 g of lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O), 0.036 g of magnesium hydroxide [Mg (OH) 2 ] and the above Co · Mn-containing oxide pellets were pulverized and mixed. And then pressurizing to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 950 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a lithium-cobalt-containing composite oxide of this example.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物について、その組成分析を前述したICP法を用いて以下のように行った。先ず、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物を0.2g採取して100mL容器に入れた。その後、純水5mL、王水2mL、純水10mLを順に加えて加熱溶解し、冷却後、更に純水で25倍に希釈してJARRELASH社製のICP分析装置「ICP−757」を用いて、検量線法により組成を分析した。得られた結果から、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成を導出したところ、Li0.98Mg0.02Co0.98Mn0.022で表される組成であることが判明した。 About the said lithium * cobalt containing complex oxide, the composition analysis was performed as follows using ICP method mentioned above. First, 0.2 g of the lithium / cobalt-containing composite oxide was sampled and placed in a 100 mL container. Thereafter, 5 mL of pure water, 2 mL of aqua regia, and 10 mL of pure water were added in order and dissolved by heating. After cooling, the mixture was further diluted 25 times with pure water and an ICP analyzer “ICP-757” manufactured by JARRELASH was used. The composition was analyzed by a calibration curve method. From the obtained results, the composition of the lithium-cobalt-containing composite oxide was derived and found to be a composition represented by Li 0.98 Mg 0.02 Co 0.98 Mn 0.02 O 2 .

次に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物について、X線回折測定を行ったところ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造は、空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造を有することが確認できた。また、(003)面の回折ピークの位置から求めたc軸の格子定数は、1.4067nmであり、スピネル構造に由来する回折ピークは確認されなかった。 Next, when the X-ray diffraction measurement was performed on the lithium-cobalt-containing composite oxide, the lithium-cobalt-containing composite oxide had an α-NaFeO 2 type layered structure of the space group R3-m. It was confirmed that it had. Further, the c-axis lattice constant determined from the position of the (003) plane diffraction peak was 1.4067 nm, and no diffraction peak derived from the spinel structure was confirmed.

続いて、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物について、前述したCs−STEMを用いてHAADF−STEM像を観察した。得られた画像を図2に示す。図2から、バックグラウンドのコントラストと、CoサイトのCo原子のコントラストとの中間的な強度のコントラストの部分がLiサイトに確認されたことから、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造の結晶格子中のLiサイトにMgが存在していることが確認された。一方、LiサイトにMg原子よりも強いコントラストの部分が確認されなかったことから、Mgよりも重い元素であるMnはCoサイトに存在することが推定された。更に、電子線回折により、上記層状構造の結晶構造内に局所的にスピネル構造相が存在することを確認した。   Subsequently, the HAADF-STEM image of the lithium / cobalt-containing composite oxide was observed using the Cs-STEM described above. The obtained image is shown in FIG. From FIG. 2, since a contrast portion having an intermediate intensity between the background contrast and the Co atom contrast of the Co site was confirmed at the Li site, the crystal of the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide was observed. It was confirmed that Mg was present at the Li site in the lattice. On the other hand, since a portion having a stronger contrast than Mg atoms was not confirmed at the Li site, it was estimated that Mn, which is an element heavier than Mg, is present at the Co site. Further, it was confirmed by electron beam diffraction that a spinel phase was locally present in the crystal structure of the layered structure.

なお、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物において、HAADF−STEMによる観察を行った範囲では、LiサイトにMnが配置されていると思われる箇所や、CoサイトにMgが配置されていると思われる箇所は、明確には認められなかったことから、添加されたほぼ全てのMgはLiサイトに配置され、添加されたほぼ全てのMnはCoサイトに配置されているものと推定される。   In the lithium-cobalt-containing composite oxide, in the range observed by HAADF-STEM, it seems that Mn is arranged at the Li site and Mg is arranged at the Co site. Since the location was not clearly recognized, it is presumed that almost all added Mg was arranged at the Li site, and almost all added Mn was arranged at the Co site.

<正極の作製>
上記で作製したリチウム・コバルト含有複合酸化物(正極活物質)62質量部と、バインダであるPVDF3質量部と、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)34質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック2質量部とを、ハイブリッドミキサを用いて混合し、正極合剤含有ペーストを調製した。
<Preparation of positive electrode>
62 parts by mass of the lithium-cobalt-containing composite oxide (positive electrode active material) prepared above, 3 parts by mass of PVDF as a binder, 34 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent, and a conductive additive 2 parts by mass of acetylene black was mixed using a hybrid mixer to prepare a positive electrode mixture-containing paste.

次に、上記正極合剤含有ペーストを、厚みが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の片面に塗布し、乾燥後に形成される正極合剤層の塗布量が16mg/cm2となるように加熱乾燥を行い、その後カレンダ処理を行って正極を作製した。更に、この正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。 Next, the positive electrode mixture-containing paste is applied to one surface of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, and the coating amount of the positive electrode mixture layer formed after drying is 16 mg / cm 2. Heat drying was performed, and then calendering was performed to produce a positive electrode. Further, a tab was welded to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode to form a lead portion.

<負極とセパレータの準備>
負極としては、Li金属を用い、そのLi金属にタブを溶接してリード部を形成した。セパレータとしては、ポリエチレン製の微多孔膜セパレータを準備した。
<Preparation of negative electrode and separator>
As the negative electrode, Li metal was used, and a lead was formed by welding a tab to the Li metal. As the separator, a polyethylene microporous membrane separator was prepared.

<実験用電池の作製>
上記正極と上記負極とを上記セパレータを介して積層し、実験用のハーフセルを準備した。また、非水電解液として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で1:2の割合で混合した溶媒に、LiPF6を1.0mol/Lの濃度になるよう溶解させた溶液を調製した。次に、上記ハーフセルに上記非水電解液を注入して、本実施例の実験用電池を作製した。
<Production of experimental battery>
The positive electrode and the negative electrode were stacked with the separator interposed therebetween to prepare an experimental half cell. Further, as a non-aqueous electrolyte, a solution was prepared by dissolving LiPF 6 to a concentration of 1.0 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 2. Next, the non-aqueous electrolyte solution was injected into the half cell to produce an experimental battery of this example.

(実施例2)
<リチウム・コバルト含有複合酸化物の作製>
水酸化コバルト〔Co(OH)2〕2.959gと水酸化ニッケル〔Ni(OH)2〕0.009gと酢酸マンガン・四水和物〔(CH3COO)2Mn・4H2O〕0.112gとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で400℃にて5時間焼成して、Co・Ni・Mn含有酸化物ペレットを作製した。
(Example 2)
<Preparation of lithium-cobalt-containing composite oxide>
2.959 g of cobalt hydroxide [Co (OH) 2 ], 0.009 g of nickel hydroxide [Ni (OH) 2 ] and manganese acetate tetrahydrate [(CH 3 COO) 2 Mn · 4H 2 O] 112 g was pulverized and mixed, and then pressed to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 400 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to prepare a Co · Ni · Mn-containing oxide pellet.

次に、水酸化リチウム・一水和物(LiOH・H2O)1.293gと水酸化マグネシウム〔Mg(OH)2〕0.036gと上記Co・Ni・Mn含有酸化物ペレットとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で950℃にて5時間焼成して、本実施例のリチウム・コバルト含有複合酸化物を作製した。 Next, 1.293 g of lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O), 0.036 g of magnesium hydroxide [Mg (OH) 2 ] and the above Co.Ni.Mn-containing oxide pellets were pulverized. And then pressed to prepare pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 950 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a lithium-cobalt-containing composite oxide of this example.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成分析を実施例1と同様にしてICP法を用いて行ったところ、Li0.98Mg0.02Co0.98Mn0.015Ni0.0052で表される組成であることが判明した。 When the composition analysis of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed using the ICP method in the same manner as in Example 1, it was found that the composition was represented by Li 0.98 Mg 0.02 Co 0.98 Mn 0.015 Ni 0.005 O 2. did.

次に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物のX線回折測定を実施例1と同様にして行ったところ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造は、空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造を有することが確認できた。また、(003)面の回折ピークの位置から求めたc軸の格子定数は、1.4062nmであり、スピネル構造に由来する回折ピークは確認されなかった。 Next, X-ray diffraction measurement of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide was α-NaFeO in the space group R3-m. It was confirmed to have a two- type layered structure. The c-axis lattice constant determined from the position of the (003) plane diffraction peak was 1.4062 nm, and no diffraction peak derived from the spinel structure was confirmed.

また、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物について、実施例1と同様にして、結晶格子中のLiサイトにMgが存在していることが確認され、更に、上記層状構造の結晶構造内に局所的にスピネル構造相が存在することを確認した。なお、実施例1と同様の理由で、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物において、添加されたほぼ全てのMgはLiサイトに配置されているものと推定される。   In addition, the lithium-cobalt-containing composite oxide was confirmed to contain Mg at the Li site in the crystal lattice in the same manner as in Example 1, and further, locally in the crystal structure of the layered structure. It was confirmed that a spinel structure phase was present in For the same reason as in Example 1, in the lithium-cobalt-containing composite oxide, it is presumed that almost all added Mg is arranged at the Li site.

<実験用電池の作製>
上記リチウム・コバルト含有複合酸化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験用電池を作製した。
<Production of experimental battery>
An experimental battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the lithium / cobalt-containing composite oxide was used.

(比較例1)
<リチウム・コバルト含有複合酸化物の作製>
水酸化コバルト〔Co(OH)2〕3.029gを粉砕して、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で400℃にて5時間焼成して、Co含有酸化物ペレットを作製した。
(Comparative Example 1)
<Preparation of lithium-cobalt-containing composite oxide>
3.029 g of cobalt hydroxide [Co (OH) 2 ] was pulverized and then pressurized to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 400 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to prepare a Co-containing oxide pellet.

次に、水酸化リチウム・一水和物(LiOH・H2O)1.322gと上記Co含有酸化物ペレットとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で950℃にて5時間焼成して、本比較例のリチウム・コバルト含有複合酸化物を作製した。 Next, 1.322 g of lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O) and the above Co-containing oxide pellets were pulverized and mixed, and then pressurized to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 950 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a lithium / cobalt-containing composite oxide of this comparative example.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成分析を実施例1と同様にしてICP法を用いて行ったところ、LiCoO2で表される組成であることが判明した。 When the composition analysis of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed using the ICP method in the same manner as in Example 1, it was found that the composition was represented by LiCoO 2 .

次に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物について、X線回折測定を行ったところ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造は、空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造を有することが確認できた。また、(003)面の回折ピークの位置から求めたc軸の格子定数は、1.4044nmであった。また、スピネル構造に由来する回折ピークは確認されなかった。上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の製造条件から考えると、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物は、層状の結晶構造の単一相が形成されているものと思われる。 Next, when the X-ray diffraction measurement was performed on the lithium-cobalt-containing composite oxide, the lithium-cobalt-containing composite oxide had an α-NaFeO 2 type layered structure of the space group R3-m. It was confirmed that it had. The c-axis lattice constant determined from the position of the diffraction peak on the (003) plane was 1.4044 nm. Moreover, the diffraction peak derived from a spinel structure was not confirmed. Considering the production conditions of the lithium-cobalt-containing composite oxide, it is considered that the lithium-cobalt-containing composite oxide has a single phase having a layered crystal structure.

<実験用電池の作製>
上記リチウム・コバルト含有複合酸化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験用電池を作製した。
<Production of experimental battery>
An experimental battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the lithium / cobalt-containing composite oxide was used.

(比較例2)
<リチウム・コバルト含有複合酸化物の作製>
水酸化コバルト〔Co(OH)2〕2.978gを粉砕して、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で400℃にて5時間焼成して、Co含有酸化物ペレットを作製した。
(Comparative Example 2)
<Preparation of lithium-cobalt-containing composite oxide>
2.978 g of cobalt hydroxide [Co (OH) 2 ] was pulverized and then pressurized to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 400 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to prepare a Co-containing oxide pellet.

次に、水酸化リチウム・一水和物(LiOH・H2O)1.301gと水酸化マグネシウム〔Mg(OH)2〕0.072gと上記Co含有酸化物ペレットとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で950℃にて5時間焼成して、本比較例のリチウム・コバルト含有複合酸化物を作製した。 Next, 1.301 g of lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O), 0.072 g of magnesium hydroxide [Mg (OH) 2 ] and the above Co-containing oxide pellets were pulverized and mixed, Thereafter, the mixture was pressurized to produce a pellet. This pellet was put in an electric furnace and fired at 950 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a lithium / cobalt-containing composite oxide of this comparative example.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成分析を実施例1と同様にしてICP法を用いて行ったところ、Li0.96Mg0.04CoO2で表される組成であることが判明した。 The composition analysis of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed using the ICP method in the same manner as in Example 1. As a result, it was found that the composition was represented by Li 0.96 Mg 0.04 CoO 2 .

次に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物のX線回折測定を実施例1と同様にして行ったところ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造は、空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造を有することが確認できた。また、(003)面の回折ピークの位置から求めたc軸の格子定数は、1.4068nmであった。 Next, X-ray diffraction measurement of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide was α-NaFeO in the space group R3-m. It was confirmed to have a two- type layered structure. Further, the c-axis lattice constant determined from the position of the diffraction peak on the (003) plane was 1.4068 nm.

また、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物について、実施例1と同様にして、結晶格子中のLiサイトにMgが存在していることが確認されたが、上記層状構造の結晶構造内にスピネル構造相が存在することは確認できなかった。   Further, the lithium-cobalt-containing composite oxide was confirmed to contain Mg at the Li site in the crystal lattice in the same manner as in Example 1, but the spinel structure was included in the crystal structure of the layered structure. The presence of a phase could not be confirmed.

<実験用電池の作製>
上記リチウム・コバルト含有複合酸化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験用電池を作製した。
<Production of experimental battery>
An experimental battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the lithium / cobalt-containing composite oxide was used.

(比較例3)
<リチウム・コバルト含有複合酸化物の作製>
水酸化コバルト〔Co(OH)2〕3.029gを粉砕して、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で400℃にて5時間焼成して、Co含有酸化物ペレットを作製した。
(Comparative Example 3)
<Preparation of lithium-cobalt-containing composite oxide>
3.029 g of cobalt hydroxide [Co (OH) 2 ] was pulverized and then pressurized to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 400 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to prepare a Co-containing oxide pellet.

次に、水酸化リチウム・一水和物(LiOH・H2O)1.292gと水酸化マグネシウム〔Mg(OH)2〕0.036gと上記Co含有酸化物ペレットとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で950℃にて5時間焼成して、本比較例のリチウム・コバルト含有複合酸化物を作製した。 Next, 1.292 g of lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O), 0.036 g of magnesium hydroxide [Mg (OH) 2 ] and the above Co-containing oxide pellets are pulverized and mixed, Thereafter, the mixture was pressurized to produce a pellet. This pellet was put in an electric furnace and fired at 950 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a lithium / cobalt-containing composite oxide of this comparative example.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成分析を実施例1と同様にしてICP法を用いて行ったところ、Li0.98Mg0.02CoO2で表される組成であることが判明した。 The composition analysis of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed using the ICP method in the same manner as in Example 1. As a result, it was found that the composition was represented by Li 0.98 Mg 0.02 CoO 2 .

次に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物のX線回折測定を実施例1と同様にして行ったところ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造は、空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造を有することが確認できた。また、(003)面の回折ピークの位置から求めたc軸の格子定数は、1.4059nmであった。 Next, X-ray diffraction measurement of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide was α-NaFeO in the space group R3-m. It was confirmed to have a two- type layered structure. The c-axis lattice constant determined from the position of the diffraction peak on the (003) plane was 1.4059 nm.

また、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物について、実施例1と同様にして、結晶格子中のLiサイトにMgが存在していることが確認されたが、上記層状構造の結晶構造内にスピネル構造相が存在することは確認できなかった。   Further, the lithium-cobalt-containing composite oxide was confirmed to contain Mg at the Li site in the crystal lattice in the same manner as in Example 1, but the spinel structure was included in the crystal structure of the layered structure. The presence of a phase could not be confirmed.

<実験用電池の作製>
上記リチウム・コバルト含有複合酸化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験用電池を作製した。
<Production of experimental battery>
An experimental battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the lithium / cobalt-containing composite oxide was used.

(比較例4)
<リチウム・コバルト含有複合酸化物の作製>
水酸化コバルト〔Co(OH)2〕2.989gを粉砕して、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で400℃にて5時間焼成して、Co含有酸化物ペレットを作製した。
(Comparative Example 4)
<Preparation of lithium-cobalt-containing composite oxide>
2.989 g of cobalt hydroxide [Co (OH) 2 ] was pulverized and then pressurized to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 400 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to prepare a Co-containing oxide pellet.

次に、水酸化リチウム・一水和物(LiOH・H2O)1.332gと水酸化マグネシウム〔Mg(OH)2〕0.036gと上記Co含有酸化物ペレットとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で950℃にて5時間焼成して、本比較例のリチウム・コバルト含有複合酸化物を作製した。 Next, 1.332 g of lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O), 0.036 g of magnesium hydroxide [Mg (OH) 2 ] and the above Co-containing oxide pellets were pulverized and mixed, Thereafter, the mixture was pressurized to produce a pellet. This pellet was put in an electric furnace and fired at 950 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a lithium / cobalt-containing composite oxide of this comparative example.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成分析を実施例1と同様にしてICP法を用いて行ったところ、Li1.00Co0.98Mg0.022で表される組成であることが判明した。 When the composition analysis of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed using the ICP method in the same manner as in Example 1, it was found that the composition was represented by Li 1.00 Co 0.98 Mg 0.02 O 2 .

次に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物のX線回折測定を実施例1と同様にして行ったところ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造は、空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造を有することが確認できた。また、(003)面の回折ピークの位置から求めたc軸の格子定数は、1.4050nmであり、スピネル構造に由来する回折ピークは確認されなかった。 Next, X-ray diffraction measurement of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide was α-NaFeO in the space group R3-m. It was confirmed to have a two- type layered structure. The c-axis lattice constant obtained from the position of the (003) plane diffraction peak was 1.4050 nm, and no diffraction peak derived from the spinel structure was confirmed.

<実験用電池の作製>
上記リチウム・コバルト含有複合酸化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験用電池を作製した。
<Production of experimental battery>
An experimental battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the lithium / cobalt-containing composite oxide was used.

(比較例5)
<リチウム・コバルト含有複合酸化物の作製>
水酸化コバルト〔Co(OH)2〕2.962gと水酸化クロム水和物〔Cr(OH)3・1.68H2O〕0.081gとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で400℃にて5時間焼成して、Co・Cr含有酸化物ペレットを作製した。
(Comparative Example 5)
<Preparation of lithium-cobalt-containing composite oxide>
Cobalt hydroxide [Co (OH) 2 ] 2.962 g and chromium hydroxide hydrate [Cr (OH) 3 · 1.68H 2 O] 0.081 g are pulverized and mixed, and then pressed to form pellets. Produced. This pellet was put in an electric furnace and fired at 400 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to prepare a Co · Cr-containing oxide pellet.

次に、水酸化リチウム・一水和物(LiOH・H2O)1.294gと水酸化マグネシウム〔Mg(OH)2〕0.036gと上記Co・Cr含有酸化物ペレットとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で950℃にて5時間焼成して、本比較例のリチウム・コバルト含有複合酸化物を作製した。 Next, 1.294 g of lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O), 0.036 g of magnesium hydroxide [Mg (OH) 2 ] and the above Co · Cr-containing oxide pellets were pulverized and mixed. And then pressurizing to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 950 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a lithium / cobalt-containing composite oxide of this comparative example.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成分析を実施例1と同様にしてICP法を用いて行ったところ、Li0.98Mg0.02Co0.98Cr0.022で表される組成であることが判明した。 The composition analysis of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed using the ICP method in the same manner as in Example 1. As a result, it was found that the composition was represented by Li 0.98 Mg 0.02 Co 0.98 Cr 0.02 O 2 .

次に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物のX線回折測定を実施例1と同様にして行ったところ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造は、空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造を有することが確認できた。また、(003)面の回折ピークの位置から求めたc軸の格子定数は、1.4057nmであり、スピネル構造に由来する回折ピークは確認されなかった。 Next, X-ray diffraction measurement of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide was α-NaFeO in the space group R3-m. It was confirmed to have a two- type layered structure. Further, the c-axis lattice constant determined from the position of the (003) plane diffraction peak was 1.4057 nm, and no diffraction peak derived from the spinel structure was confirmed.

<実験用電池の作製>
上記リチウム・コバルト含有複合酸化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験用電池を作製した。
<Production of experimental battery>
An experimental battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the lithium / cobalt-containing composite oxide was used.

(比較例6)
<リチウム・コバルト含有複合酸化物の作製>
水酸化コバルト〔Co(OH)2〕2.959gと炭酸化鉄・二水和物(FeC24・2H2O)0.110gとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で400℃にて5時間焼成して、Co・Fe含有酸化物ペレットを作製した。
(Comparative Example 6)
<Preparation of lithium-cobalt-containing composite oxide>
Cobalt hydroxide [Co (OH) 2 ] 2.959 g and iron carbonate dihydrate (FeC 2 O 4 .2H 2 O) 0.110 g are pulverized and mixed, and then pressed to produce pellets. did. This pellet was put in an electric furnace and fired at 400 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to prepare a Co · Fe-containing oxide pellet.

次に、水酸化リチウム・一水和物(LiOH・H2O)1.293gと水酸化マグネシウム〔Mg(OH)2〕0.036gと上記Co・Fe含有酸化物ペレットとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で950℃にて5時間焼成して、本比較例のリチウム・コバルト含有複合酸化物を作製した。 Next, 1.293 g of lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O), 0.036 g of magnesium hydroxide [Mg (OH) 2 ] and the above Co · Fe-containing oxide pellets were pulverized and mixed. And then pressurizing to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 950 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a lithium / cobalt-containing composite oxide of this comparative example.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成分析を実施例1と同様にしてICP法を用いて行ったところ、Li0.98Mg0.02Co0.98Fe0.022で表される組成であることが判明した。 When the composition analysis of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed using the ICP method in the same manner as in Example 1, it was found that the composition was represented by Li 0.98 Mg 0.02 Co 0.98 Fe 0.02 O 2 .

次に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物のX線回折測定を実施例1と同様にして行ったところ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造は、空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造を有することが確認できた。また、(003)面の回折ピークの位置から求めたc軸の格子定数は、1.4067nmであり、スピネル構造に由来する回折ピークは確認されなかった。 Next, X-ray diffraction measurement of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide was α-NaFeO in the space group R3-m. It was confirmed to have a two- type layered structure. Further, the c-axis lattice constant determined from the position of the (003) plane diffraction peak was 1.4067 nm, and no diffraction peak derived from the spinel structure was confirmed.

<実験用電池の作製>
上記リチウム・コバルト含有複合酸化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験用電池を作製した。
<Production of experimental battery>
An experimental battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the lithium / cobalt-containing composite oxide was used.

(比較例7)
<リチウム・コバルト含有複合酸化物の作製>
水酸化コバルト〔Co(OH)2〕2.958gと水酸化ニッケル〔Ni(OH)2〕0.057gとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で400℃にて5時間焼成して、Co・Ni含有酸化物ペレットを作製した。
(Comparative Example 7)
<Preparation of lithium-cobalt-containing composite oxide>
Cobalt hydroxide [Co (OH) 2 ] 2.958 g and nickel hydroxide [Ni (OH) 2 ] 0.057 g were pulverized and mixed, and then pressurized to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 400 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to prepare a Co · Ni-containing oxide pellet.

次に、水酸化リチウム・一水和物(LiOH・H2O)1.292gと水酸化マグネシウム〔Mg(OH)2〕0.036gと上記Co・Ni含有酸化物ペレットとを粉砕して混合し、その後加圧してペレットを作製した。このペレットを電気炉内に入れ、大気雰囲気下で4L/分のエアフロー中で950℃にて5時間焼成して、本比較例のリチウム・コバルト含有複合酸化物を作製した。 Next, 1.292 g of lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O), 0.036 g of magnesium hydroxide [Mg (OH) 2 ] and the above Co · Ni-containing oxide pellets were pulverized and mixed. And then pressurizing to produce pellets. This pellet was put in an electric furnace and fired at 950 ° C. for 5 hours in an air flow of 4 L / min in an air atmosphere to produce a lithium / cobalt-containing composite oxide of this comparative example.

上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の組成分析を実施例1と同様にしてICP法を用いて行ったところ、Li0.98Mg0.02Co0.98Ni0.022で表される組成であることが判明した。 When the composition analysis of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed using the ICP method in the same manner as in Example 1, it was found that the composition was represented by Li 0.98 Mg 0.02 Co 0.98 Ni 0.02 O 2 .

次に、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物のX線回折測定を実施例1と同様にして行ったところ、上記リチウム・コバルト含有複合酸化物の結晶構造は、空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造を有することが確認できた。また、(003)面の回折ピークの位置から求めたc軸の格子定数は、1.4059nmであり、スピネル構造に由来する回折ピークは確認されなかった。 Next, X-ray diffraction measurement of the lithium-cobalt-containing composite oxide was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal structure of the lithium-cobalt-containing composite oxide was α-NaFeO in the space group R3-m. It was confirmed to have a two- type layered structure. The c-axis lattice constant determined from the position of the (003) plane diffraction peak was 1.4059 nm, and no diffraction peak derived from the spinel structure was confirmed.

<実験用電池の作製>
上記リチウム・コバルト含有複合酸化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして実験用電池を作製した。
<Production of experimental battery>
An experimental battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the lithium / cobalt-containing composite oxide was used.

実施例1〜2及び比較例1〜7で作製した実験用電池について、下記手法により初回放電容量及び充放電サイクル特性(容量維持率)の測定を行った。   About the battery for experiment produced in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-7, the first time discharge capacity and the charge / discharge cycle characteristic (capacity maintenance factor) were measured with the following method.

<初回放電容量>
各電池を常温(25℃)で、0.1Cの定電流で4.6Vに達するまで充電し(即ち、正極の電位がリチウム金属基準で4.6Vになるまで充電し)、その後4.6Vの定電圧で充電する定電流−定電圧充電を電流値が0.01Cとなるまで行った後、0.1Cの定電流で2.5Vまで放電を行い、得られた放電容量(mAh)を使用した正極活物質の質量で割って単位質量当たりの初回放電容量(mAh/g)を得た。
<First discharge capacity>
Each battery is charged at normal temperature (25 ° C.) at a constant current of 0.1 C until it reaches 4.6 V (that is, charged until the potential of the positive electrode reaches 4.6 V based on lithium metal), and then 4.6 V. After performing constant current-constant voltage charging until the current value reaches 0.01 C, the battery is discharged to 2.5 V with a constant current of 0.1 C, and the resulting discharge capacity (mAh) is The initial discharge capacity per unit mass (mAh / g) was obtained by dividing by the mass of the positive electrode active material used.

更に、比較例1の電池については、次のとおり通常の充電電圧での初回放電容量をも測定した。充放電を行っていない比較例1の電池を常温(25℃)で、0.1Cの定電流で4.45Vに達するまで充電し、その後4.45Vの定電圧で充電する定電流−定電圧充電を電流値が0.01Cとなるまで行った後、0.1Cの定電流で2.5Vまで放電を行い、得られた放電容量(mAh)を使用した正極活物質の質量で割って単位質量当たりの初回放電容量(mAh/g)を得た。   Further, for the battery of Comparative Example 1, the initial discharge capacity at a normal charging voltage was also measured as follows. A constant current-constant voltage in which the battery of Comparative Example 1 that was not charged / discharged was charged at room temperature (25 ° C.) at a constant current of 0.1 C until reaching 4.45 V, and then charged at a constant voltage of 4.45 V. After charging until the current value reaches 0.01 C, discharge to 2.5 V with a constant current of 0.1 C, and the resulting discharge capacity (mAh) is divided by the mass of the positive electrode active material. The initial discharge capacity per mass (mAh / g) was obtained.

<充放電サイクル特性>
初回充放電後の各電池を、上記初回充放電と同じ条件で10サイクル繰り返し、10サイクル目に得られた放電容量を1サイクル目に得られた放電容量で割って得られた値を百分率で表わして容量維持率(%)とした。
<Charge / discharge cycle characteristics>
Each battery after the initial charge / discharge is repeated 10 cycles under the same conditions as the above initial charge / discharge, and the value obtained by dividing the discharge capacity obtained at the 10th cycle by the discharge capacity obtained at the 1st cycle is expressed as a percentage. Expressed as the capacity retention rate (%).

上記結果を表1に示す。また、表1では、使用した正極活物質の組成式も併記した。   The results are shown in Table 1. In Table 1, the composition formula of the positive electrode active material used is also shown.

表1から、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物を使用した実施例1〜2の電池は、高容量であり、高電圧下での容量維持率が高いことが分かる。特に、Coを置換する添加元素としてMnとNiを用いた実施例2の電池の容量維持率が非常に高いことが分かる。   From Table 1, it can be seen that the batteries of Examples 1 and 2 using the lithium-cobalt-containing composite oxide of the present invention have a high capacity and a high capacity retention rate under a high voltage. In particular, it can be seen that the capacity retention rate of the battery of Example 2 using Mn and Ni as additive elements replacing Co is very high.

一方、添加元素を含まないリチウム・コバルト含有複合酸化物を使用した比較例1の電池では、充電電圧が4.45Vでは高い容量維持率を確保することができるものの、充電電圧が4.6Vになると容量維持率が低下することが分かる。また、LiCoO2の組成において、Liの一部をMgで置換しただけの比較例2及び比較例3の電池では、実施例1及び実施例2の電池に比べて容量維持率が低くなっており、Mgの置換量が多い比較例2の電池では、初回放電容量も低下することが分かる。更に、LiCoO2の組成において、Coの一部をMgで置換しただけの比較例4の電池では、初回放電容量及び容量維持率ともに低いことが分かる。 On the other hand, in the battery of Comparative Example 1 using the lithium-cobalt-containing composite oxide containing no additive element, a high capacity retention rate can be secured at a charging voltage of 4.45V, but the charging voltage is reduced to 4.6V. Then, it can be seen that the capacity retention rate decreases. Moreover, in the composition of LiCoO 2 , the capacity retention rate of the batteries of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 in which only a part of Li was replaced with Mg was lower than that of the batteries of Example 1 and Example 2. It can be seen that in the battery of Comparative Example 2 in which the amount of substitution of Mg is large, the initial discharge capacity is also reduced. Furthermore, in the composition of LiCoO 2 , it can be seen that the battery of Comparative Example 4 in which only a part of Co is replaced with Mg has low initial discharge capacity and capacity retention rate.

また、Liの一部をMgで置換し、Coの一部をMn以外の元素(Cr、Fe及びNi)で置換した比較例5〜7の電池では、本発明のリチウム・コバルト含有複合酸化物を使用した電池に比べ、高電圧下での容量維持率の改善効果が低いことが分かる。   In the batteries of Comparative Examples 5 to 7 in which a part of Li is replaced with Mg and a part of Co is replaced with an element other than Mn (Cr, Fe and Ni), the lithium / cobalt-containing composite oxide of the present invention is used. It can be seen that the effect of improving the capacity retention rate under a high voltage is lower than the battery using the battery.

また、リチウム・コバルト含有複合酸化物に対し、放射光を用いたX線吸収微細構造測定を行い、EXAFS解析を行うことで、原子の配位数や結合距離といった局所構造の情報が得られることから、これに基づき、下記のとおり、リチウム・コバルト含有複合酸化物において最大頻度を示すCo−O間の結合距離を計算により求めた。   In addition, X-ray absorption fine structure measurement using synchrotron radiation is performed on lithium-cobalt-containing composite oxide, and EXAFS analysis is performed, so that local structure information such as atomic coordination number and bond distance can be obtained. Thus, based on this, the Co—O bond distance showing the maximum frequency in the lithium-cobalt-containing composite oxide was calculated as follows.

先ず、実施例1及び比較例1の電池について、電池の組み立て後に、0.05Cの定電流で2.5Vまで放電を行い(即ち、正極の電位がリチウム金属基準で2.5Vになるまで放電し)、放電後に正極を取り出し、X線吸収微細構造測定を行うことにより、リチウム・コバルト含有複合酸化物の充電前の状態でのCo−O間の結合距離を求めた。   First, the batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were discharged to 2.5 V at a constant current of 0.05 C after the batteries were assembled (that is, discharged until the positive electrode potential was 2.5 V on the basis of lithium metal). Then, the positive electrode was taken out after discharge, and the X-ray absorption fine structure measurement was performed to determine the Co—O bond distance in the state before charging of the lithium-cobalt-containing composite oxide.

次に、実施例1及び比較例1の別の電池について、電池の組み立て後に、0.05Cの定電流で4.6Vに達するまで充電し(即ち、正極の電位がリチウム金属基準で4.6Vになるまで充電し)、その後4.6Vの定電圧で充電する定電流−定電圧充電を電流値が0.005Cとなるまで行い、充電後に正極を取り出し、X線吸収微細構造測定を行うことにより、リチウム・コバルト含有複合酸化物の充電後の状態でのCo−O間の結合距離を求めた。   Next, for the other batteries of Example 1 and Comparative Example 1, after the battery was assembled, it was charged at a constant current of 0.05 C until it reached 4.6 V (that is, the positive electrode potential was 4.6 V on the lithium metal basis). Until the current value reaches 0.005C, and after the charging, the positive electrode is taken out and X-ray absorption fine structure measurement is performed. Thus, the bond distance between Co—O in the state after the lithium-cobalt-containing composite oxide was charged was determined.

上記充電前後でのCo−O間の結合距離の変化量〔(充電後の結合距離)−(充電前の結合距離)〕を計算したものを表2に示す。   Table 2 shows the calculated amount of change in Co—O bond distance before and after the charge [(bond distance after charge) − (bond distance before charge)].

充電前後でのCo−O間の結合距離の変化から、CoとOの結合エネルギーの変化を見積もることができる。充電後のCo−O間の結合距離の減少は、CoとOの結合エネルギーの増大を意味すると考えられ、結晶構造が安定化して充電によるコバルト酸リチウムからの脱酸素が抑制されるものと推定される。   From the change in the Co-O bond distance before and after charging, the change in Co and O bond energy can be estimated. The decrease in the Co-O bond distance after charging is thought to mean an increase in the Co and O bond energy, and it is estimated that the crystal structure is stabilized and deoxygenation from lithium cobalt oxide by charging is suppressed. Is done.

従って、充電後にCo−O間の結合距離の減少が認められた実施例1のリチウム・コバルト含有複合酸化物では、Liサイトの一部がMgで置換され、Coサイトの一部がMnで置換されたことにより、比較例1のLiCoO2よりも空間群R3−mのα−NaFeO2型の層状構造が安定化して、充放電サイクル特性が向上したものと考えられる。 Therefore, in the lithium-cobalt-containing composite oxide of Example 1 in which a decrease in the Co-O bond distance was observed after charging, a part of the Li site was replaced with Mg and a part of the Co site was replaced with Mn. Thus, it is considered that the α-NaFeO 2 type layered structure of the space group R3-m is more stabilized than the LiCoO 2 of Comparative Example 1 and the charge / discharge cycle characteristics are improved.

Claims (12)

層状の結晶構造を有し、下記一般組成式(1)で表されることを特徴とするリチウム・コバルト含有複合酸化物。
(Li1-xMgx1+m(Co1-y1 y1+n2 z2 (1)
但し、前記一般組成式(1)中、M1は、少なくともMnを含む単一元素又は元素群を表し、M2は、Na、Sr、Ba及びFからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む単一元素又は元素群を表し、0.015≦x≦0.08、0.015≦y≦0.08、0≦z≦0.05、−0.02≦m≦0.02、及び、−0.02≦n≦0.02である。
A lithium-cobalt-containing composite oxide having a layered crystal structure and represented by the following general composition formula (1):
(Li 1-x Mg x ) 1 + m (Co 1-y M 1 y ) 1 + n M 2 z O 2 (1)
However, the general composition formula (1), M 1 represents a single element or group of elements containing at least Mn, M 2 is Na, Sr, at least one selected from the group consisting of Ba and F represents a single element or element group including elemental, 0.015 ≦ x ≦ 0.08, 0.015 ≦ y ≦ 0.08,0 ≦ z ≦ 0.05, - 0.02 ≦ m ≦ 0.02 And -0.02 ≦ n ≦ 0.02 .
前記結晶構造の結晶格子中のLiサイトにMgを含む請求項1に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物。   The lithium / cobalt-containing composite oxide according to claim 1, wherein Mg is contained in Li sites in the crystal lattice of the crystal structure. 前記結晶構造の結晶格子中のCoサイトにMnを含む請求項1又は2に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物。   3. The lithium-cobalt-containing composite oxide according to claim 1, wherein Mn is contained in a Co site in the crystal lattice of the crystal structure. 前記結晶構造内に局所的にスピネル構造相を有する請求項2又は3に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物。   4. The lithium-cobalt-containing composite oxide according to claim 2, wherein the crystal structure has a local spinel phase. 前記一般組成式(1)において、xとyとの差が0.02以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物。   The lithium-cobalt-containing composite oxide according to any one of claims 1 to 4, wherein, in the general composition formula (1), a difference between x and y is 0.02 or less. 前記一般組成式(1)において、M1が、更に、Cr、Fe、Ni、Zr、Ti、Mo、V、Al、B及びGeからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物。 In the general composition formula (1), M 1 further contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Fe, Ni, Zr, Ti, Mo, V, Al, B, and Ge. The lithium-cobalt-containing composite oxide according to any one of 1 to 5. 前記一般組成式(1)において、M1が、Niを含む請求項6に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物。 The lithium / cobalt-containing composite oxide according to claim 6, wherein M 1 in the general composition formula (1) contains Ni. 前記一般組成式(1)において、x≦0.035である請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物。   The lithium-cobalt-containing composite oxide according to claim 1, wherein x ≦ 0.035 in the general composition formula (1). 前記結晶構造におけるc軸の格子定数が、1.405〜1.408nmである請求項1〜8のいずれか1項に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物。   The lithium-cobalt-containing composite oxide according to claim 1, wherein a c-axis lattice constant in the crystal structure is 1.405 to 1.408 nm. 請求項1〜9のいずれか1項に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物の製造方法であって、
コバルトとM1とを含む複合化合物と、リチウムを含む化合物と、マグネシウムを含む化合物とを焼成する工程を含み、
前記工程において、
前記M1は、少なくともMnを含む単一元素又は元素群を表し、
前記マグネシウムを含む化合物に含まれるマグネシウムのモル数と、前記コバルトとM1とを含む複合化合物に含まれるM1のモル数とがほぼ等しく、且つ、前記リチウムを含む化合物に含まれるリチウムのモル数と、前記コバルトとM1とを含む複合化合物に含まれるコバルトのモル数とがほぼ等しいことを特徴とするリチウム・コバルト含有複合酸化物の製造方法。
A method for producing a lithium-cobalt-containing composite oxide according to any one of claims 1 to 9,
Firing a composite compound containing cobalt and M 1 , a compound containing lithium, and a compound containing magnesium,
In the step,
M 1 represents a single element or element group containing at least Mn,
The number of moles of magnesium contained in the compound containing magnesium is substantially equal to the number of moles of M 1 contained in the composite compound containing cobalt and M 1 , and the mole of lithium contained in the compound containing lithium. And the number of moles of cobalt contained in the composite compound containing cobalt and M 1 is substantially equal.
請求項1〜9のいずれか1項に記載のリチウム・コバルト含有複合酸化物を活物質として含むことを特徴とする非水二次電池用電極。   An electrode for a non-aqueous secondary battery comprising the lithium-cobalt-containing composite oxide according to claim 1 as an active material. 請求項11に記載の非水二次電池用電極を正極として含むことを特徴とする非水二次電池。   A nonaqueous secondary battery comprising the electrode for a nonaqueous secondary battery according to claim 11 as a positive electrode.
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