JP7371186B2 - Positive electrode active material layer and secondary battery - Google Patents

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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

本発明の一様態は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、
マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。
本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置または電子機
器、またはそれらの製造方法に関する。特に、二次電池に用いることのできる正極活物質
、二次電池、および二次電池を有する電子機器に関する。
One aspect of the present invention relates to a product, a method, or a manufacturing method. Alternatively, the present invention provides a process,
It relates to machines, manufactures, or compositions of matter.
One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, a light emitting device, a power storage device, a lighting device, an electronic device, or a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a positive electrode active material that can be used in a secondary battery, a secondary battery, and an electronic device having a secondary battery.

なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すも
のである。例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電池(二次電池ともいう)、リチウ
ムイオンキャパシタ、及び電気二重層キャパシタなどを含む。
Note that in this specification, a power storage device refers to elements and devices in general that have a power storage function. Examples include storage batteries (also referred to as secondary batteries) such as lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, electric double layer capacitors, and the like.

また、本明細書中において電子機器とは、蓄電装置を有する装置全般を指し、蓄電装置を
有する電気光学装置、蓄電装置を有する情報端末装置などは全て電子機器である。
Further, in this specification, electronic equipment refers to all devices having a power storage device, and an electro-optical device having a power storage device, an information terminal device having a power storage device, etc. are all electronic devices.

近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等、種々の蓄電装
置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高エネルギー密度であるリチウムイオン二
次電池は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、もしくはノート型コンピュータ等の
携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、医療機器、又は、ハイブリッド車(
HEV)、電気自動車(EV)、もしくはプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次
世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し
、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。
In recent years, various power storage devices, such as lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, and air batteries, have been actively developed. In particular, lithium ion secondary batteries with high output and high energy density are used in mobile information terminals such as mobile phones, smartphones, tablets, and notebook computers, portable music players, digital cameras, medical equipment, and hybrid vehicles (
With the development of the semiconductor industry, the demand for next-generation clean energy vehicles such as HEV), electric vehicles (EV), and plug-in hybrid vehicles (PHEV) is rapidly expanding, and the demand for these vehicles is rapidly expanding as a source of rechargeable energy. It has become indispensable in the information society of Japan.

リチウムイオン二次電池に要求されている特性としては、さらなる高エネルギー密度化、
サイクル特性の向上及び様々な動作環境での安全性、長期信頼性の向上などがある。
The characteristics required of lithium-ion secondary batteries include higher energy density,
These include improvements in cycle characteristics, safety in various operating environments, and long-term reliability.

そこでリチウムイオン二次電池のサイクル特性の向上および高容量化を目指した、正極活
物質の改良が検討されている。(特許文献1および特許文献2)
Therefore, improvements to positive electrode active materials are being considered with the aim of improving cycle characteristics and increasing capacity of lithium ion secondary batteries. (Patent Document 1 and Patent Document 2)

特開2012-018914号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-018914 特開2015-201432号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-201432

リチウムイオン二次電池およびそれに用いられる正極活物質層には、充放電特性、サイク
ル特性、信頼性、安全性、又はコストといった様々な面で改善の余地が残されている。
Lithium ion secondary batteries and positive electrode active material layers used therein still have room for improvement in various aspects such as charge/discharge characteristics, cycle characteristics, reliability, safety, and cost.

リチウムイオン二次電池は、正極板の単位体積あたりの放電容量(体積容量密度とも言え
る)をさらに高める、高エネルギー密度化が求められている。高エネルギー密度のリチウ
ムイオン二次電池を得るための正極に対して、高い電極密度が要求されている。また、正
極活物質の平均粒径が大きい場合に、高い電極密度が得られる。さらに、高い電極密度と
するためにはプレス加工を行えばよい。高い電極密度は、活物質のタップ密度や圧縮密度
が指標とされ、特に圧縮密度は電極密度との相関が高い。本明細書において真密度とは、
物体の表面や内部の気孔の部分を除いた物体そのものの体積で質量を割った値であり、タ
ップ密度とは粉体を容器につめ、振動させ、充填させて測定した嵩密度であり、真密度以
下となる場合がある。
Lithium ion secondary batteries are required to have higher energy density, which further increases the discharge capacity (also referred to as volumetric capacity density) per unit volume of the positive electrode plate. High electrode density is required for positive electrodes to obtain high energy density lithium ion secondary batteries. Further, when the average particle size of the positive electrode active material is large, high electrode density can be obtained. Furthermore, in order to obtain a high electrode density, pressing may be performed. A high electrode density is determined by the tap density or compressed density of the active material, and the compressed density has a particularly high correlation with the electrode density. In this specification, true density means
It is the value obtained by dividing the mass by the volume of the object itself, excluding the surface and internal pores.Tapped density is the bulk density measured by packing powder into a container, vibrating it, and filling it. The density may be lower than that.

一方、プレスによって電極密度を高くすると、充放電サイクルにおける電池容量が低下し
やすい傾向があった。
On the other hand, when the electrode density was increased by pressing, the battery capacity during charge and discharge cycles tended to decrease.

本発明の一態様は、高い電極密度である正極活物質層を有する二次電池を提供することを
課題の一とする。
An object of one embodiment of the present invention is to provide a secondary battery having a positive electrode active material layer with high electrode density.

または、本発明の一態様は、充放電サイクルにおける電池容量の低下が抑制された二次電
池を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、高容量の二次電池を提
供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、充放電特性の優れた二次電池
を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、安全性又は信頼性の高い
二次電池を提供することを課題の一とする。
Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a secondary battery in which a decrease in battery capacity during charge/discharge cycles is suppressed. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a high-capacity secondary battery. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a secondary battery with excellent charge/discharge characteristics. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a secondary battery with high safety or reliability.

または、本発明の一態様は、新規な二次電池、又はそれらの作製方法を提供することを課
題の一とする。
Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a novel secondary battery or a method for manufacturing the same.

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、明細書、図面、請
求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
Note that the description of these issues does not preclude the existence of other issues. Note that one embodiment of the present invention does not need to solve all of these problems. Note that problems other than these can be extracted from the description, drawings, and claims.

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、リチウムを含む正極活物質と混合する導
電補助剤として比表面積が小さい炭素材料、具体的には60m/g未満の炭素繊維など
の繊維状の材料(例えばカーボンナノチューブ(CNTとも呼ぶ))を用いる。比表面積
が60m/g未満と小さいことから、凝集が少なく、自身や活物質との摩擦も小さいた
め、プレス加工後に均一な高い電極密度を得ることができる。また、炭素繊維(比表面積
が60m/g未満)に加えて、比表面積が60m/g以上のカーボンブラックを混合
した導電補助剤としてもよい。炭素繊維は、圧力を分散させ、強度を向上させることがで
きる。炭素繊維は少量でも効率よく導電パスを形成することができるため、活物質の担持
量を減らさずに済み、特に好ましい。
In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention uses a carbon material with a small specific surface area, specifically, fibers such as carbon fibers with a size of less than 60 m 2 /g as a conductive additive to be mixed with a positive electrode active material containing lithium. A shaped material (for example, carbon nanotube (also called CNT)) is used. Since the specific surface area is as small as less than 60 m 2 /g, there is little aggregation and friction with itself and the active material is small, so a uniform high electrode density can be obtained after press working. Further, in addition to carbon fiber (specific surface area of less than 60 m 2 /g), a conductive additive may be used as a mixture of carbon black having a specific surface area of 60 m 2 /g or more. Carbon fiber can disperse pressure and improve strength. Carbon fibers are particularly preferable because they can efficiently form conductive paths even in small amounts, so there is no need to reduce the amount of active material supported.

また、比表面積が60m/g未満の炭素繊維は正極活物質層の形状を維持する構造体で
あり、プレス工程において緩衝材としても機能する。正極活物質と比表面積が60m
g未満の炭素繊維を混合したスラリーを塗布して焼成後、1050kN/m以上の圧力で
プレスすることで正極活物質層の電極密度を4.0g/cm以上とすることができる。
Further, the carbon fiber having a specific surface area of less than 60 m 2 /g is a structure that maintains the shape of the positive electrode active material layer, and also functions as a buffer material in the pressing process. The specific surface area of the positive electrode active material is 60 m 2 /
The electrode density of the positive electrode active material layer can be made to be 4.0 g/cm 3 or more by applying a slurry containing carbon fibers of less than 3 g, firing, and pressing at a pressure of 1050 kN/m or more.

さらに、1450kN/m以上の圧力でプレスすることで正極活物質層の電極密度を4.
3g/cm以上とすることができる。
Furthermore, by pressing at a pressure of 1450 kN/m or more, the electrode density of the positive electrode active material layer was increased to 4.
It can be 3 g/cm 3 or more.

一方、カーボンブラック、代表的には、アセチレンブラックなどの微粒子のみを導電補助
剤として用いる場合には、微粒子同士の凝集が生じてしまい高いプレス圧力でプレスして
も均一な電極密度を得ることが困難である。微粒子は、比表面積が60m/g以上と大
きく、摩擦が大きい。従って。摩擦が大きいとプレスした際に詰まりにくくなる。そのた
め、導電補助剤として比表面積が60m/g未満であり、且つ、少なくとも中空を有す
る炭素材料を用いることが好ましい。中空を有する炭素材料であるため、1050kN/
m以上の高いプレス工程において緩衝材としても機能し、活物質粒子にクラックが生じる
ことを低減できる。なお、中空を有する材料は、炭素繊維に限定されず、カーボンナノチ
ューブとしては、単層カーボンナノチューブ(SWNT)や多層カーボンナノチューブ(
MWNT)を複数種類用いることができる。
On the other hand, when only fine particles such as carbon black, typically acetylene black, are used as a conductive additive, agglomeration of the fine particles occurs, making it difficult to obtain a uniform electrode density even when pressed at high press pressure. Have difficulty. The fine particles have a large specific surface area of 60 m 2 /g or more and have large friction. Therefore. If the friction is large, it will be less likely to get clogged when pressed. Therefore, it is preferable to use a carbon material having a specific surface area of less than 60 m 2 /g and at least a hollow space as the conductive auxiliary agent. 1050kN/
It also functions as a buffer material in the press process at a pressure of m or more, and can reduce the occurrence of cracks in the active material particles. Note that materials with hollow spaces are not limited to carbon fibers, and examples of carbon nanotubes include single-walled carbon nanotubes (SWNT) and multi-walled carbon nanotubes (
MWNT) can be used.

また、本発明の他の一態様は、上記正極活物質、または該正極活物質と接する導電補助剤
を有する正極と、負極と、を有する二次電池である。なお、正極は、正極集電体として機
能する金属箔の片面または両面に対して、導電補助剤またはバインダを含む活物質溶液を
塗布、乾燥させた後、プレスして電極密度を上げて作製する。なお、電極密度はプレス圧
下の線圧を同じにした時の達成密度である。また、線圧とは、プレスを行うロールの幅方
向の単位長さあたりの成形圧力を示す指標である。
Another embodiment of the present invention is a secondary battery including a positive electrode having the above-mentioned positive electrode active material or a conductive auxiliary agent in contact with the positive electrode active material, and a negative electrode. The positive electrode is manufactured by applying an active material solution containing a conductive additive or binder to one or both sides of a metal foil that functions as a positive electrode current collector, drying it, and then pressing it to increase the electrode density. . Note that the electrode density is the density achieved when the linear pressure under pressing is the same. Moreover, the linear pressure is an index indicating the forming pressure per unit length in the width direction of the roll that performs pressing.

また、二次電池は、使用されるデバイスに合わせて形状は様々なものを用いることができ
、例えば、円筒形形状、角型形状、コイン型形状、ラミネート型(平板)形状などが挙げ
られる。
Further, the secondary battery can have various shapes depending on the device used, such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a laminate shape (flat plate), and the like.

正極活物質と、比表面積が60m/g未満の炭素繊維を混合し、1050kN/m以上
の圧力でプレスすることで正極活物質層の電極密度を4.0g/cm以上とすることが
でき、充放電サイクルの測定において100回目での充放電サイクルの低下も15%未満
に抑えることが可能となっている。
By mixing a positive electrode active material and carbon fibers with a specific surface area of less than 60 m 2 /g and pressing at a pressure of 1050 kN/m or more, the electrode density of the positive electrode active material layer can be made 4.0 g/cm 3 or more. In the measurement of charge and discharge cycles, it is possible to suppress the decrease in charge and discharge cycles to less than 15% at the 100th charge and discharge cycle.

正極活物質層の電極密度を4.0g/cm以上、好ましくは4.3g/cm以上に高
密度とする高密度充填が可能となり、単位体積あたりの電池容量が増加し、高容量の二次
電池を実現できる。
High-density packing is possible to increase the electrode density of the positive electrode active material layer to 4.0 g/cm 3 or more, preferably 4.3 g/cm 3 or more, increasing the battery capacity per unit volume and increasing the battery capacity. A secondary battery can be realized.

または、充放電サイクルにおける電池容量の低下が抑制された二次電池を実現できる。ま
たは、本発明の一態様は、安全性又は信頼性の高い二次電池を実現できる。
Alternatively, it is possible to realize a secondary battery in which a decrease in battery capacity during charge/discharge cycles is suppressed. Alternatively, one embodiment of the present invention can realize a highly safe or reliable secondary battery.

本発明の一態様を示す正極活物質の周辺部を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a peripheral portion of a positive electrode active material showing one embodiment of the present invention. ゾルゲル法を説明する図。A diagram explaining the sol-gel method. 二次電池の充電方法を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a method of charging a secondary battery. 二次電池の充電方法を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a method of charging a secondary battery. 二次電池の放電方法を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a method of discharging a secondary battery. 電子機器の一例を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an electronic device. 電子機器の一例を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an electronic device. 電子機器の一例を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an electronic device. 断面SEM写真図。Cross-sectional SEM photograph. 電極密度とプレス圧の関係を示すグラフ。A graph showing the relationship between electrode density and press pressure. 充放電サイクル特性を示すデータ。Data showing charge/discharge cycle characteristics.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to the following description, and that its form and details can be changed in various ways. Further, the present invention is not to be interpreted as being limited to the contents described in the embodiments shown below.

なお、本明細書で説明する各図において、正極、負極、活物質層、セパレータ、外装体な
どの各構成要素の大きさや厚さ等は、個々に説明の明瞭化のために誇張されている場合が
ある。よって、必ずしも各構成要素はその大きさに限定されず、また各構成要素間での相
対的な大きさに限定されない。
In each figure described in this specification, the size and thickness of each component such as a positive electrode, a negative electrode, an active material layer, a separator, and an exterior body are exaggerated for clarity of explanation. There are cases. Therefore, each component is not necessarily limited to its size, nor is it limited to the relative size between each component.

(実施の形態1)
まず図1を用いて、本発明の一態様である正極活物質100a及びその周辺について説明
する。図1では、3つの正極活物質100a、100b、100cを示し、その間に炭素
繊維131a、131bや、バインダ130を図示している。
(Embodiment 1)
First, using FIG. 1, a positive electrode active material 100a, which is one embodiment of the present invention, and its surroundings will be described. In FIG. 1, three positive electrode active materials 100a, 100b, and 100c are shown, and carbon fibers 131a, 131b and a binder 130 are shown between them.

炭素繊維131a、131bは、中空を有する炭素材料であり、導電補助剤として機能す
るとともに緩衝材としても機能する。また、炭素材料の一つであるAB(アセチレンブラ
ック)と比べて比表面積が小さい事から、凝集が少なく、自身や活物質との摩擦も小さい
ため、プレス加工後に均一な密度を得ることができる。特に1050kN/m以上の高い
プレス圧とした場合にも緩衝材として機能するため、高密度電極を得ることができる。な
お、図1中に示す炭素繊維131aは繊維長1μm以上20μm以下であり、繊維径70
nm以上のものである。炭素繊維131aはさらに細い繊維径10nm以上40nm以下
のものを用いてもよいし、繊維長100μm以上のものを用いてもよい。なお、炭素繊維
131bは長さ方向の断面を示しており、炭素繊維131aは断面方向に切断し、円形の
径が図示されている。
The carbon fibers 131a and 131b are hollow carbon materials, and function as a conductive aid and also as a buffer material. In addition, since it has a smaller specific surface area than AB (acetylene black), which is a carbon material, there is less agglomeration and less friction with itself and the active material, making it possible to obtain a uniform density after pressing. . In particular, even when a high pressing pressure of 1050 kN/m or more is used, it functions as a buffer material, so a high-density electrode can be obtained. Note that the carbon fiber 131a shown in FIG. 1 has a fiber length of 1 μm or more and 20 μm or less, and a fiber diameter of 70 μm.
nm or more. The carbon fiber 131a may have a finer fiber diameter of 10 nm or more and 40 nm or less, or may have a fiber length of 100 μm or more. Note that the carbon fiber 131b is shown in a longitudinal section, and the carbon fiber 131a is cut in the cross-sectional direction, and a circular diameter is shown.

一つの正極活物質100aを例に構造を説明する。正極活物質100aは、内部に第1の
領域101を有し、表層部に第2の領域102および第3の領域103を有する。図1に
示すように、第2の領域102は、第1の領域101の全てを被覆していなくてもよい。
同様に、第3の領域103は、第2の領域102の全てを被覆していなくてもよい。また
第1の領域101に接して、第3の領域103が存在してもよい。
The structure will be explained using one positive electrode active material 100a as an example. The positive electrode active material 100a has a first region 101 inside, and a second region 102 and a third region 103 in the surface layer. As shown in FIG. 1, the second region 102 does not have to cover all of the first region 101.
Similarly, the third region 103 does not have to cover all of the second region 102. Further, a third region 103 may exist in contact with the first region 101.

さらに、第2の領域102および第3の領域103は、厚さが場所により異なっていても
よい。
Furthermore, the second region 102 and the third region 103 may have different thicknesses depending on their locations.

また、正極活物質100aの内部に第3の領域103が存在してもよい。たとえば第1の
領域101が多結晶であるとき、粒界近傍に第3の領域103が存在していてもよい。ま
た、正極活物質100aの結晶欠陥のある部分、クラック部、およびそれらの近傍に、第
3の領域103が存在していてもよい。図1では粒界の一部を点線で示す。なお本明細書
等において、結晶欠陥とはTEM像等で観察可能な欠陥、つまり結晶中に他の元素の入り
込んだ構造、空洞等をいうこととする。
Further, the third region 103 may exist inside the positive electrode active material 100a. For example, when the first region 101 is polycrystalline, the third region 103 may exist near the grain boundary. Further, the third region 103 may exist in a portion of the positive electrode active material 100a having a crystal defect, a crack portion, or in the vicinity thereof. In FIG. 1, some grain boundaries are shown by dotted lines. Note that in this specification and the like, a crystal defect refers to a defect that can be observed in a TEM image or the like, that is, a structure in which another element has entered the crystal, a cavity, etc.

同様に、図1に示すように、正極活物質100aの内部に第2の領域102が存在しても
よい。たとえば第1の領域101が多結晶であるとき、粒界近傍に第2の領域102が存
在していてもよい。また正極活物質100aの結晶欠陥のある部分、クラック部およびそ
れらの近傍に、第2の領域102が存在していてもよい。また正極活物質100aの内部
の第3の領域103と第2の領域102が、重なっていてもよい。
Similarly, as shown in FIG. 1, a second region 102 may exist inside the positive electrode active material 100a. For example, when the first region 101 is polycrystalline, the second region 102 may exist near the grain boundary. Further, the second region 102 may exist in a portion of the positive electrode active material 100a that has a crystal defect, a crack portion, or in the vicinity thereof. Further, the third region 103 and the second region 102 inside the positive electrode active material 100a may overlap.

<第1の領域101>
第1の領域101は、リチウムと第1の遷移金属の複合酸化物を有する。また第1の領域
101は、リチウムと、第1の遷移金属と、酸素と、を有するといってもよい。
<First area 101>
The first region 101 includes a composite oxide of lithium and a first transition metal. Further, the first region 101 can be said to include lithium, a first transition metal, and oxygen.

リチウムと第1の遷移金属の複合酸化物は、層状岩塩型の結晶構造を有することが好まし
い。
The composite oxide of lithium and the first transition metal preferably has a layered rock salt crystal structure.

第1の遷移金属としては、コバルトのみを用いてもよいし、第1の遷移金属としてコバル
トとマンガンの2種を用いてもよいし、コバルト、マンガン、ニッケルの3種を用いても
よい。
As the first transition metal, only cobalt may be used, two types of cobalt and manganese may be used as the first transition metal, or three types of cobalt, manganese, and nickel may be used as the first transition metal.

つまり、第1の領域は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム
、コバルトの一部がマンガンで置換されたコバルト酸リチウム、ニッケル-マンガン-コ
バルト酸リチウム等を有することができる。また第1の領域101は遷移金属に加えて、
アルミニウムをはじめとする遷移金属以外の金属を有していてもよい。
That is, the first region can include lithium cobalt oxide, lithium manganate, lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide in which part of cobalt is replaced with manganese, nickel-manganese-lithium cobalt oxide, and the like. In addition to the transition metal, the first region 101 contains
It may contain metals other than transition metals such as aluminum.

第1の領域101は、正極活物質100の中でも特に充放電反応に寄与する領域として機
能する。正極活物質100を二次電池に用いた際の容量を大きくするために、第1の領域
101は、第2の領域および第3の領域よりも体積が大きいことが好ましい。
The first region 101 functions as a region of the positive electrode active material 100 that particularly contributes to charge/discharge reactions. In order to increase the capacity when the positive electrode active material 100 is used in a secondary battery, the first region 101 preferably has a larger volume than the second region and the third region.

層状岩塩型の結晶構造を持つ材料は、放電容量が高い、リチウムが二次元的に拡散可能で
あるため抵抗が低い、などの特長があり、第1の領域101として好ましい。また、第1
の領域101が層状岩塩型の結晶構造を有する場合、意外にも後述するマグネシウム等の
典型元素の偏析が起こりやすい。
A material having a layered rock salt type crystal structure is preferable for the first region 101 because it has features such as high discharge capacity and low resistance because lithium can be diffused two-dimensionally. Also, the first
When the region 101 has a layered rock salt type crystal structure, segregation of typical elements such as magnesium, which will be described later, is surprisingly likely to occur.

なお、第1の領域101は単結晶でもよいし、多結晶でもよい。たとえば第1の領域10
1は、結晶子サイズの平均が280nm以上630nm以下の多結晶であってもよい。多
結晶である場合、TEM等で結晶粒界が観察できることがある。また結晶粒径の平均は、
XRDの半値幅から計算することができる。
Note that the first region 101 may be made of single crystal or polycrystal. For example, the first area 10
1 may be a polycrystal with an average crystallite size of 280 nm or more and 630 nm or less. If the material is polycrystalline, grain boundaries may be observed using a TEM or the like. Also, the average grain size is
It can be calculated from the half width of XRD.

多結晶は明瞭な結晶構造を有するため、リチウムイオンの二次元的な拡散のパスは十分に
確保される。加えて単結晶よりも生産が容易であるため、第1の領域101として好まし
い。
Since polycrystals have a clear crystal structure, a sufficient two-dimensional diffusion path for lithium ions is ensured. In addition, it is preferable as the first region 101 because it is easier to produce than single crystal.

また第1の領域101のすべてが層状岩塩型の結晶構造でなくともよい。たとえば、第1
の領域101の一部は非晶質であってもよいし、その他の結晶構造を有していてもよい。
Furthermore, the entire first region 101 does not have to have a layered rock salt type crystal structure. For example, the first
A part of the region 101 may be amorphous or may have another crystal structure.

<第2の領域102>
第2の領域102は、第2の遷移金属の酸化物を有する。第2の領域102は、第2の遷
移金属と、酸素と、を有するといってもよい。
<Second area 102>
The second region 102 includes an oxide of a second transition metal. The second region 102 can be said to include a second transition metal and oxygen.

第2の遷移金属としては、不定比性のある金属を用いることが好ましい。第2の領域10
2は不定比化合物を有することが好ましいといってもよい。たとえば、第2の遷移金属と
してチタン、バナジウム、マンガン、鉄、クロム、ニオブ、コバルト、亜鉛、ジルコニウ
ム、ニッケルなどの少なくとも一を用いることができる。ただし、第2の遷移金属は、第
1の遷移金属と異なる元素であることが好ましい。
As the second transition metal, it is preferable to use a non-stoichiometric metal. second area 10
It may be said that it is preferable that 2 has a non-stoichiometric compound. For example, at least one of titanium, vanadium, manganese, iron, chromium, niobium, cobalt, zinc, zirconium, nickel, etc. can be used as the second transition metal. However, it is preferable that the second transition metal is a different element from the first transition metal.

本明細書等において、不定比性のある金属とは、複数の原子価を取りうる金属をいう。ま
た不定比化合物とは、複数の原子価を取りうる金属と他の元素との化合物をいう。
In this specification and the like, a non-stoichiometric metal refers to a metal that can have multiple valences. Furthermore, a non-stoichiometric compound refers to a compound of a metal and another element that can have multiple valences.

また第2の領域102は、岩塩型の結晶構造を有することが好ましい。 Further, the second region 102 preferably has a rock salt crystal structure.

第2の領域102は、第1の領域101と、後述する第3の領域103を繋ぐバッファ領
域として機能する。不定比化合物は、不定比化合物が有する金属の価数の変化によって、
原子間距離が変化しうる。また、不定比化合物はしばしば陽イオンまたは陰イオンの欠損
や、転位(いわゆるマグネリ相)を形成する。そのため、第2の領域102はバッファ領
域として、第1の領域101と第3の領域103の間に生じたひずみを吸収できる。
The second area 102 functions as a buffer area that connects the first area 101 and a third area 103, which will be described later. A non-stoichiometric compound is caused by a change in the valence of the metal that the non-stoichiometric compound has.
Interatomic distances can vary. Furthermore, non-stoichiometric compounds often form cation or anion deficiencies or dislocations (so-called Magnelli phase). Therefore, the second region 102 can absorb the strain generated between the first region 101 and the third region 103 as a buffer region.

また、第2の領域102は、第2の遷移金属と酸素に加えて、リチウムを有してもよい。
たとえば、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウムなどを有してもよい。さらに、第2の
領域102は、後述する第3の領域103が有する典型元素を有していてもよい。第2の
領域102が、リチウムをはじめとする第1の領域101が有する元素、および第3の領
域103が有する元素を含むことは、バッファ領域として好ましい。
Further, the second region 102 may contain lithium in addition to the second transition metal and oxygen.
For example, it may contain lithium titanate, lithium manganate, or the like. Furthermore, the second region 102 may have the typical element that the third region 103, which will be described later, has. As a buffer region, it is preferable that the second region 102 contains an element such as lithium that the first region 101 has and an element that the third region 103 has.

つまり第2の領域102は、チタン酸リチウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化マン
ガン、酸化鉄、酸化銅、酸化クロム、酸化ニオブ、酸化コバルト、酸化亜鉛等を有するこ
とができる。
That is, the second region 102 can contain lithium titanate, titanium oxide, vanadium oxide, manganese oxide, iron oxide, copper oxide, chromium oxide, niobium oxide, cobalt oxide, zinc oxide, or the like.

また第2の領域102は、第1の遷移金属を有していてもよい。たとえば、第1の遷移金
属を有する複合酸化物の第1の遷移金属サイトの一部に、第2の遷移金属が存在してもよ
い。
Further, the second region 102 may include the first transition metal. For example, the second transition metal may be present in some of the first transition metal sites of the composite oxide containing the first transition metal.

さらに第2の領域102は、フッ素を有していてもよい。 Furthermore, the second region 102 may contain fluorine.

なお、第2の領域102は岩塩型の結晶構造を有することが好ましいが、第2の領域10
2のすべてが岩塩型の結晶構造でなくともよい。たとえば第2の領域102はスピネル型
結晶構造、オリビン型結晶構造、コランダム型結晶構造、ルチル型結晶構造をはじめとす
るその他の結晶構造を有していてもよい。
Note that the second region 102 preferably has a rock salt crystal structure;
All of 2 does not need to have a rock salt type crystal structure. For example, the second region 102 may have other crystal structures including a spinel crystal structure, an olivine crystal structure, a corundum crystal structure, and a rutile crystal structure.

また、陽イオンに6個の酸素原子が隣接する構造が維持されていれば、結晶構造にひずみ
があってもよい。また、第2の領域102の一部には陽イオンの欠損があってもよい。
Further, as long as a structure in which six oxygen atoms are adjacent to a cation is maintained, the crystal structure may be distorted. Further, a portion of the second region 102 may have cation deficiencies.

また第2の領域102の一部は非晶質であってもよい。 Further, a portion of the second region 102 may be amorphous.

第2の領域102は、薄すぎるとバッファ領域としての機能が低下するが、厚くなりすぎ
ても容量の低下を招く恐れがある。そのため、第2の領域102は、正極活物質100の
表面から深さ方向に20nm、より好ましくは10nmまでに存在することが好ましい。
また第2の遷移金属は、濃度勾配を有していてもよい。
If the second region 102 is too thin, its function as a buffer region will be degraded, but if it is too thick, it may lead to a decrease in capacity. Therefore, it is preferable that the second region 102 exists within a depth of 20 nm, more preferably 10 nm from the surface of the positive electrode active material 100.
Further, the second transition metal may have a concentration gradient.

<第3の領域103>
第3の領域103は、典型元素の化合物を有する。典型元素の化合物は定比性のある化合
物である。典型元素の化合物としては、たとえば酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸
化ベリリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウムの少なくとも一を用いることができる
<Third area 103>
The third region 103 has a compound of typical elements. Compounds of typical elements are stoichiometric compounds. As the compound of typical elements, for example, at least one of magnesium oxide, calcium oxide, beryllium oxide, lithium fluoride, and sodium fluoride can be used.

第3の領域103は、正極活物質100を二次電池に用いた際に、電解液と接触する領域
である。そのため、第3の領域103に用いる材料は、充放電の過程で電気化学的な変化
が少なく、電解液との接触で変質しにくい材料であることが好ましい。定比化合物である
ため電気化学的に安定な典型元素の化合物は、第3の領域103として好ましい。正極活
物質100は、表層部に第3の領域103を有することで、二次電池の充放電における安
定性を向上させることができる。ここで二次電池の安定性が高いとは、例えば第1の領域
101が有するリチウムと第1の遷移金属を含む複合酸化物の結晶構造がより安定である
ことをいう。あるいは、充放電を繰り返しても二次電池の容量の変化が小さいことをいう
。あるいは、充放電を繰り返した後でも、正極活物質100が有する金属の価数変化が抑
制されることをいう。
The third region 103 is a region that comes into contact with an electrolyte when the positive electrode active material 100 is used in a secondary battery. Therefore, the material used for the third region 103 is preferably a material that undergoes little electrochemical change during the charging and discharging process and is not easily altered by contact with the electrolytic solution. A compound of typical elements that is electrochemically stable because it is a stoichiometric compound is preferable as the third region 103 . By having the third region 103 in the surface layer of the positive electrode active material 100, stability in charging and discharging the secondary battery can be improved. Here, the high stability of the secondary battery means that, for example, the crystal structure of the composite oxide containing lithium and the first transition metal included in the first region 101 is more stable. Alternatively, it means that the change in capacity of the secondary battery is small even after repeated charging and discharging. Alternatively, it means that a change in the valence of the metal included in the positive electrode active material 100 is suppressed even after repeated charging and discharging.

また、第3の領域103は、フッ素を有していてもよい。第3の領域103がフッ素を有
する場合、典型元素の化合物中の陰イオンの一部がフッ素で置換されていてもよい。
Furthermore, the third region 103 may contain fluorine. When the third region 103 contains fluorine, some of the anions in the compound of the typical element may be substituted with fluorine.

典型元素の化合物中の陰イオンが部分的にフッ素により置換されることで、例えばリチウ
ムの拡散性を高めることができる。そのため第3の領域103が存在しても充放電を妨げ
にくくなる。また、正極活物質粒子の表層部にフッ素が存在することで、電解液が分解し
て生じたフッ酸に対する耐食性が向上する場合がある。
By partially replacing anions in a compound of a typical element with fluorine, for example, the diffusivity of lithium can be improved. Therefore, even if the third region 103 exists, charging and discharging are hardly hindered. Further, the presence of fluorine in the surface layer of the positive electrode active material particles may improve corrosion resistance against hydrofluoric acid produced by decomposition of the electrolytic solution.

さらに、第3の領域103は、リチウム、第1の遷移金属および第2の遷移金属を有して
いてもよい。
Furthermore, the third region 103 may include lithium, a first transition metal, and a second transition metal.

また第3の領域103が有する典型元素の化合物は、岩塩型の結晶構造を有することが好
ましい。第3の領域103が岩塩型の結晶構造を有すると、第2の領域102と結晶の配
向が一致しやすい。第1の領域101、第2の領域102および第3の領域103の結晶
の配向が概略一致すると、第2の領域102および第3の領域103はより安定した被覆
層として機能することができる。
Further, it is preferable that the compound of the typical element included in the third region 103 has a rock salt type crystal structure. When the third region 103 has a rock salt crystal structure, the crystal orientation tends to match that of the second region 102 . When the crystal orientations of the first region 101, the second region 102, and the third region 103 roughly match, the second region 102 and the third region 103 can function as a more stable covering layer.

しかし、第3の領域103のすべてが岩塩型の結晶構造でなくてもよい。たとえば第3の
領域103はスピネル型結晶構造、オリビン型結晶構造、コランダム型結晶構造、ルチル
型結晶構造をはじめとするその他の結晶構造を有していてもよい。
However, all of the third region 103 does not have to have a rock salt crystal structure. For example, the third region 103 may have other crystal structures such as a spinel crystal structure, an olivine crystal structure, a corundum crystal structure, and a rutile crystal structure.

また、陽イオンに6個の酸素が隣接する構造が維持されていれば、結晶構造にひずみがあ
ってもよい。また、第3の領域103の一部には陽イオンの欠損があってもよい。
Further, as long as a structure in which six oxygen atoms are adjacent to a cation is maintained, the crystal structure may be distorted. Further, a portion of the third region 103 may have cation deficiencies.

また第3の領域103の一部は非晶質であってもよい。 Further, a portion of the third region 103 may be amorphous.

第3の領域103は、薄すぎると充放電における安定性を向上させる機能が低下するが、
厚くなりすぎても容量の低下を招く。そのため、第3の領域の厚さは0.5nm以上50
nm以下が好ましく、0.5nm以上2nm以下がより好ましい。
If the third region 103 is too thin, the function of improving stability during charging and discharging will be reduced;
If it becomes too thick, the capacity will decrease. Therefore, the thickness of the third region is 0.5 nm or more.
The thickness is preferably 0.5 nm or more and 2 nm or less, more preferably 0.5 nm or more and 2 nm or less.

また第3の領域103がフッ素を有する場合、フッ素はフッ化マグネシウム(MgF
、フッ化リチウム(LiF)、フッ化コバルト(CoF)以外の結合状態で存在してい
ることが好ましい。具体的には、正極活物質100の表面近傍をXPS分析したとき、フ
ッ素の結合エネルギーのピーク位置は682eV以上685eV以下であることが好まし
く、684.3eV程度であることがより好ましい。これはMgF、LiF、CoF
のいずれとも一致しない結合エネルギーである。
Further, when the third region 103 contains fluorine, the fluorine is magnesium fluoride (MgF 2 ).
, lithium fluoride (LiF), and cobalt fluoride (CoF 2 ). Specifically, when the vicinity of the surface of the positive electrode active material 100 is analyzed by XPS, the peak position of the binding energy of fluorine is preferably 682 eV or more and 685 eV or less, and more preferably about 684.3 eV. This is MgF 2 , LiF, CoF 2
This is a binding energy that does not match any of the following.

なお本明細書等において、XPS分析したときのある元素の結合エネルギーのピーク位置
とは、その元素の結合エネルギーに該当する範囲で、エネルギースペクトルの強度が極大
となる結合エネルギーの値をいうこととする。
In this specification, etc., the peak position of the binding energy of a certain element when subjected to XPS analysis refers to the value of the binding energy at which the intensity of the energy spectrum is maximum within the range corresponding to the binding energy of that element. do.

一般的に、正極活物質は、充放電を繰り返すにつれ、マンガン、コバルト、ニッケル等の
第1の遷移金属が電解液に溶出する、酸素が離脱する、結晶構造が不安定になる、といっ
た副反応が生じ、劣化が進んでゆく。しかし本発明の一態様である正極活物質100は、
バッファ領域として機能する第2の領域102と、電気化学的に安定な第3の領域103
の両方を有する。そのため、第1の遷移金属の溶出を効果的に抑制し、第1の領域101
が有するリチウムと遷移金属を含む複合酸化物の結晶構造をより安定にすることが可能で
ある。そのため正極活物質100を有する二次電池のサイクル特性を大幅に向上させるこ
とができる。また4.3V(vs. LiLi+)を超えるような電圧、特に4.5V(
vs. LiLi+)以上の高電圧で充放電を行う場合に、本発明の一態様の構成は顕著
な効果を発揮する。
Generally, as positive electrode active materials are repeatedly charged and discharged, side reactions such as first transition metals such as manganese, cobalt, and nickel are eluted into the electrolyte, oxygen is released, and the crystal structure becomes unstable. occurs and deterioration progresses. However, the positive electrode active material 100, which is one embodiment of the present invention,
A second region 102 functioning as a buffer region and an electrochemically stable third region 103
have both. Therefore, elution of the first transition metal is effectively suppressed, and the first region 101
It is possible to make the crystal structure of a composite oxide containing lithium and a transition metal more stable. Therefore, the cycle characteristics of a secondary battery having the positive electrode active material 100 can be significantly improved. Also, voltages exceeding 4.3V (vs. LiLi+), especially 4.5V (
vs. When charging and discharging is performed at a high voltage of LiLi+) or higher, the structure of one embodiment of the present invention exhibits a remarkable effect.

[粒径]
正極活物質100a、100b、100cの粒径は、大きすぎるとリチウムの拡散が難し
くなり、小さすぎると後述する結晶構造を維持することが難しくなる。そのため、D50
(メディアン径ともいう)が、5μm以上100μm以下が好ましく、10μm以上70
μm以下であることがより好ましい。
[Particle size]
If the particle size of the positive electrode active materials 100a, 100b, and 100c is too large, it will be difficult to diffuse lithium, and if it is too small, it will be difficult to maintain the crystal structure described below. Therefore, D50
(also referred to as median diameter) is preferably 5 μm or more and 100 μm or less, and 10 μm or more and 70 μm or more.
More preferably, it is not more than μm.

また正極活物質層を高密度化するためには、大きな粒子(最も長い部分が20μm程度以
上40μm程度以下)と小さな粒子(最も長い部分が3μm程度)を混合し、大きな粒子
の間隙を小さな粒子で埋めることも有効である。そのため粒度分布のピークは2つ以上あ
ってもよい。
In addition, in order to increase the density of the positive electrode active material layer, large particles (longest part of about 20 μm or more and about 40 μm or less) and small particles (longest part of about 3 μm) are mixed, and the gaps between the large particles are filled with small particles. It is also effective to fill it with Therefore, the particle size distribution may have two or more peaks.

なお正極活物質の粒径は、出発原料の粒径だけでなく、出発原料に含まれるリチウムと、
第1の遷移金属の比(以下、Liと第1の遷移金属比と表す)の影響を受ける。
The particle size of the positive electrode active material depends not only on the particle size of the starting material, but also on the lithium contained in the starting material,
It is affected by the ratio of the first transition metal (hereinafter referred to as Li and first transition metal ratio).

出発原料の粒径が小さい場合、正極活物質の粒径を上記の好ましい範囲にするには、焼成
する際に粒成長させる必要がある。
When the particle size of the starting material is small, it is necessary to cause grain growth during firing in order to bring the particle size of the positive electrode active material into the above-mentioned preferred range.

焼成の際の粒成長を促進するには、出発原料のLiと第1の遷移金属比を1より大きくす
る、つまりリチウムをやや過剰にすることが有効である。たとえばLiと第1の遷移金属
比を1.06程度とするとD50が15μm以上の正極活物質を得られやすい。なお、後
述するが正極活物質を作製する工程中にリチウムが系外に失われることがあるため、出来
上がった正極活物質のリチウムと第1の遷移金属の比は、出発原料のリチウムと第1の遷
移金属の比と一致しないことがある。
In order to promote grain growth during firing, it is effective to make the ratio of the starting material Li to the first transition metal greater than 1, that is, to make the lithium content slightly excessive. For example, when the ratio of Li to the first transition metal is about 1.06, it is easy to obtain a positive electrode active material with a D50 of 15 μm or more. As will be described later, lithium may be lost out of the system during the process of producing the positive electrode active material, so the ratio of lithium to the first transition metal in the finished positive electrode active material is the same as that of the starting material lithium and the first transition metal. may not match the ratio of transition metals.

ところが、粒径を好ましい範囲にするためにリチウム量が過剰になりすぎると、二次電池
に用いた際の容量維持率が低下するおそれが生じる。
However, if the amount of lithium is too excessive in order to keep the particle size within a preferable range, there is a risk that the capacity retention rate will decrease when used in a secondary battery.

しかしながら、表層部に第2の遷移金属を有する第2の領域102を設けることで、Li
と第1の遷移金属比のコントロールにより粒径を好ましい範囲にしつつ、高い容量維持率
を有する正極活物質を作製できる。
However, by providing the second region 102 containing the second transition metal in the surface layer, Li
By controlling the first transition metal ratio, a positive electrode active material having a high capacity retention rate can be produced while keeping the particle size within a preferable range.

表層部に第2の遷移金属を有する領域を設ける正極活物質の場合、出発原料のLiと第1
の遷移金属比は1.00以上1.07以下であることが好ましく、1.03以上1.06
以下であることがより好ましい。
In the case of a positive electrode active material in which a region containing a second transition metal is provided in the surface layer, the starting material Li and the first
The transition metal ratio is preferably 1.00 or more and 1.07 or less, and 1.03 or more and 1.06 or less.
It is more preferable that it is below.

[第2の領域の形成]
第2の領域102は、リチウムと第1の遷移金属を有する複合酸化物の粒子に、第2の遷
移金属を有する材料を被覆することで形成することができる。
[Formation of second region]
The second region 102 can be formed by coating particles of a composite oxide containing lithium and a first transition metal with a material containing a second transition metal.

第2の遷移金属を有する材料を被覆する方法としては、ゾルゲル法をはじめとする液相法
、固相法、スパッタリング法、蒸着法、CVD(化学気相成長)法、PLD(パルスレー
ザデポジション)法等の方法を適用することができる。本実施の形態では、均一な被覆が
期待でき、大気圧で処理が可能なゾルゲル法を適用する場合について説明する。
Methods for coating the material containing the second transition metal include liquid phase methods including the sol-gel method, solid phase methods, sputtering methods, vapor deposition methods, CVD (chemical vapor deposition) methods, and PLD (pulsed laser deposition) methods. ) method can be applied. In this embodiment, a case will be described in which a sol-gel method is applied, which can be expected to provide uniform coating and can be processed at atmospheric pressure.

<ゾルゲル法>
ゾルゲル法を適用して第2の遷移金属を有する材料を被覆する方法について、図2を用い
て説明する。
<Sol-gel method>
A method of coating a material containing a second transition metal by applying the sol-gel method will be explained using FIG. 2.

まず、第2の遷移金属のアルコキシドをアルコールに溶解する。 First, a second transition metal alkoxide is dissolved in alcohol.

図2(A-1)に、第2の遷移金属のアルコキシドの一般式を示す。図2(A-1)の式
中のM2は第2の遷移金属のアルコキシドを示す。Rは、炭素数が1乃至18のアルキル
基、または置換もしくは無置換の炭素数が6~13のアリール基を示す。また、図2(A
-1)では第2の遷移金属が4価の場合の一般式を示したが、本発明の一態様はこれに限
らない。第2の遷移金属は、2価、3価、5価、6価または7価であってもよい。この場
合、第2の遷移金属のアルコキシドは第2の遷移金属の価数に応じたアルコキシ基を有す
る。
FIG. 2(A-1) shows the general formula of the second transition metal alkoxide. M2 in the formula of FIG. 2(A-1) represents a second transition metal alkoxide. R represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 13 carbon atoms. In addition, Figure 2 (A
-1) shows the general formula when the second transition metal is tetravalent, but one embodiment of the present invention is not limited to this. The second transition metal may be divalent, trivalent, pentavalent, hexavalent or heptavalent. In this case, the alkoxide of the second transition metal has an alkoxy group depending on the valence of the second transition metal.

図2(A-2)に、第2の遷移金属としてチタンを適用した場合に用いる、チタンアルコ
キシドの一般式を示す。図2(A-2)のRは炭素数が1乃至18のアルキル基、または
置換もしくは無置換の炭素数が6~13のアリール基を示す。
FIG. 2 (A-2) shows the general formula of titanium alkoxide used when titanium is used as the second transition metal. R in FIG. 2 (A-2) represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 13 carbon atoms.

たとえばチタンアルコキシドとして、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テ
トラ-n-プロポキシチタン、テトラ-i-プロポキシチタン(オルトチタン酸テトライ
ソプロピル、チタン(IV)イソプロポキシド、Titanium tetraisop
ropoxide(IV)、TTIP等と表記することもある)、テトラ-n-ブトキシ
チタン、テトラ-i-ブトキシチタン、テトラ-sec-ブトキシチタン、テトラ-t-
ブトキシチタン等を用いることができる。
For example, titanium alkoxides include tetramethoxytitanium, tetraethoxytitanium, tetra-n-propoxytitanium, tetra-i-propoxytitanium (tetraisopropyl orthotitanate, titanium (IV) isopropoxide, titanium tetrasop
ropoxide (IV), TTIP, etc.), tetra-n-butoxytitanium, tetra-i-butoxytitanium, tetra-sec-butoxytitanium, tetra-t-
Butoxytitanium or the like can be used.

図2(A-3)に、後述する作製方法で述べるチタンアルコキシドの1種である、チタン
(IV)イソプロポキシド(TTIP)の化学式を示す。
FIG. 2(A-3) shows the chemical formula of titanium (IV) isopropoxide (TTIP), which is a type of titanium alkoxide described in the production method described later.

第2の遷移金属のアルコキシドを溶解させる溶媒としてはアルコール類が好ましく、例え
ばメタノール、エタノール、プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、2-ブタノ
ール等を用いることができる。
As the solvent for dissolving the second transition metal alkoxide, alcohols are preferable, and for example, methanol, ethanol, propanol, 2-propanol, butanol, 2-butanol, etc. can be used.

次に第2の遷移金属のアルコキシドのアルコール溶液に、リチウム、遷移金属、マグネシ
ウムおよびフッ素を有する複合酸化物の粒子を混合し、水蒸気を含む雰囲気中で撹拌する
Next, particles of a composite oxide containing lithium, a transition metal, magnesium, and fluorine are mixed into an alcoholic solution of a second transition metal alkoxide, and the mixture is stirred in an atmosphere containing water vapor.

Oを含む雰囲気中に置くことで、図2(B)のように水と第2の遷移金属のアルコキ
シドの加水分解が起こる。続いて図2(B)の生成物同士で図2(C)のように脱水縮合
が起こる。図2(B)に示す加水分解と図2(C)に示す縮合反応が繰り返し生じること
で、第2の遷移金属の酸化物のゾルが生成される。この反応が図2(D-1)および図2
(D-2)のように複合酸化物の粒子110上でも生じ、粒子110の表面に第2の遷移
金属を含む層が形成される。
By placing it in an atmosphere containing H 2 O, water and the alkoxide of the second transition metal undergo hydrolysis as shown in FIG. 2(B). Subsequently, dehydration condensation occurs between the products in FIG. 2(B) as shown in FIG. 2(C). By repeating the hydrolysis shown in FIG. 2(B) and the condensation reaction shown in FIG. 2(C), a sol of the second transition metal oxide is generated. This reaction is shown in Figure 2 (D-1) and Figure 2.
As shown in (D-2), this also occurs on the particles 110 of the composite oxide, and a layer containing the second transition metal is formed on the surface of the particles 110.

その後、粒子110を回収し、アルコールを気化させる。作製方法の詳細については後述
する。
Thereafter, the particles 110 are collected and the alcohol is vaporized. Details of the manufacturing method will be described later.

なお本実施の形態では、リチウム、第1の遷移金属、典型元素およびフッ素を有する複合
酸化物の粒子を正極集電体に塗工する前に、第2の遷移金属を有する材料を被覆する例に
ついて説明するが、本発明の一態様はこれに限らない。正極集電体上に、リチウム、第1
の遷移金属、典型元素およびフッ素を有する複合酸化物の粒子を含む正極活物質層を形成
してから、正極集電体と正極活物質層を共に第2の遷移金属のアルコキシド溶液に浸し、
第2の遷移金属を有する材料を被覆してもよい。
Note that in this embodiment, an example is described in which a material containing a second transition metal is coated before coating the positive electrode current collector with particles of a composite oxide containing lithium, a first transition metal, a typical element, and fluorine. However, one embodiment of the present invention is not limited to this. On the positive electrode current collector, lithium, the first
After forming a positive electrode active material layer containing particles of a composite oxide having a transition metal, a typical element, and fluorine, immersing both the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer in a second transition metal alkoxide solution,
A material having a second transition metal may be coated.

[第3の領域の偏析]
第3の領域103は、スパッタリング法、固相法、ゾルゲル法をはじめとする液相法、等
の方法でも形成することができる。特に、マグネシウム等の典型元素源とフッ素源を第1
の領域101の材料と混合した後、加熱すると、典型元素が正極活物質粒子の表層部に偏
析し、第3の領域103を形成することができる。またこのようにして形成された第3の
領域103を有すると、サイクル特性の優れた正極活物質100a、100b、100c
となる。
[Segregation in the third region]
The third region 103 can also be formed by a sputtering method, a solid phase method, a liquid phase method including a sol-gel method, or the like. In particular, typical element sources such as magnesium and fluorine sources are the first
When heated after mixing with the material of the region 101, typical elements are segregated on the surface layer of the positive electrode active material particles, and the third region 103 can be formed. Further, with the third region 103 formed in this manner, the positive electrode active materials 100a, 100b, 100c have excellent cycle characteristics.
becomes.

上記のように加熱を経て第3の領域103を形成する場合、加熱は、複合酸化物の粒子に
第2の遷移金属を含む材料を被覆した後に行うことが好ましい。意外にも第2の遷移金属
を含む材料を被覆した後でも、加熱を行うとマグネシウム等の典型元素が粒子の表面に偏
析するためである。
When forming the third region 103 through heating as described above, the heating is preferably performed after the composite oxide particles are coated with the material containing the second transition metal. Surprisingly, even after coating with the material containing the second transition metal, typical elements such as magnesium segregate on the surface of the particles when heated.

なお加熱により典型元素を偏析させる場合、第1の領域101が有するリチウムと第1の
遷移金属を含む複合酸化物が多結晶であるときや結晶欠陥が存在するとき、表層部だけで
なく、リチウムと第1の遷移金属を含む複合酸化物の粒界近傍や結晶欠陥近傍にも典型元
素が偏析しうる。粒界近傍や結晶欠陥近傍に偏析した典型元素は、第1の領域101が有
するリチウムと第1の遷移金属を含む複合酸化物の結晶構造のさらなる安定化に寄与しう
る。
Note that when the typical elements are segregated by heating, when the composite oxide containing lithium and the first transition metal that the first region 101 has is polycrystalline or has crystal defects, lithium Typical elements may also segregate near grain boundaries and near crystal defects of the composite oxide containing the first transition metal and the first transition metal. The typical elements segregated near grain boundaries and near crystal defects can contribute to further stabilizing the crystal structure of the composite oxide containing lithium and the first transition metal, which the first region 101 has.

また第1の領域101が有するリチウムと第1の遷移金属を含む複合酸化物がクラック部
を有するとき、加熱によりクラック部にも典型元素が偏析しうる。また典型元素だけでな
く、第2の遷移金属も偏析しうる。クラック部は、粒子表面と同様、電解液と接する領域
である。そのため、クラック部に典型元素および第2の遷移金属が偏析し、第3の領域1
03および第2の領域102が生じることで、電解液と接触する領域を、化学的に安定し
た材料とすることができる。そのため、サイクル特性の優れた二次電池とすることができ
る。
Furthermore, when the composite oxide containing lithium and the first transition metal included in the first region 101 has cracks, typical elements may also segregate in the cracks due to heating. Furthermore, not only the typical elements but also the second transition metal can be segregated. The crack portion, like the particle surface, is a region in contact with the electrolyte. Therefore, the typical elements and the second transition metal segregate in the crack, and the third region 1
03 and the second region 102, the region that comes into contact with the electrolyte can be made of a chemically stable material. Therefore, a secondary battery with excellent cycle characteristics can be obtained.

出発原料の典型元素(T)とフッ素(F)の比がT:F=1:x(1.5≦x≦4)(原
子数比)の範囲であると、効果的に典型元素の偏析が起こるため好ましい。またT:F=
1:2(原子数比)程度であることがさらに好ましい。
When the ratio of the typical element (T) and fluorine (F) in the starting material is within the range of T:F=1:x (1.5≦x≦4) (atomic ratio), the segregation of the typical element can be effectively prevented. This is preferable because it occurs. Also T:F=
More preferably, the ratio is about 1:2 (atomic ratio).

偏析により形成された第3の領域103は、エピタキシャル成長により形成されているた
め、第2の領域102と第3の領域103の結晶の配向は、一部で概略一致することがあ
る。つまり第2の領域102と第3の領域103がトポタキシとなることがある。第2の
領域102と第3の領域103の結晶の配向が概略一致していると、これらはより良好な
被覆層として機能しうる。
Since the third region 103 formed by segregation is formed by epitaxial growth, the crystal orientations of the second region 102 and the third region 103 may partially match. In other words, the second region 102 and the third region 103 may form a topography. When the crystal orientations of the second region 102 and the third region 103 are approximately the same, they can function as a better covering layer.

ただし、出発原料として添加したマグネシウム等の典型元素のすべてが、第3の領域10
3に偏析していなくてもよい。たとえば第1の領域101がマグネシウム等の典型元素を
わずかに含んでいてもよい。
However, all of the typical elements such as magnesium added as starting materials are in the third region 10.
It is not necessary to segregate into 3. For example, the first region 101 may contain a small amount of a typical element such as magnesium.

[正極活物質の作製方法]
次に、正極活物質100a、100b、100cの作製方法の一例について説明する。
[Method for producing positive electrode active material]
Next, an example of a method for manufacturing the positive electrode active materials 100a, 100b, and 100c will be described.

<ステップ11:出発原料の準備>
はじめに、出発原料を準備する。この工程で用意する原料から、最終的に第1の領域10
1および第3の領域103が形成される。
<Step 11: Preparation of starting materials>
First, starting materials are prepared. From the raw materials prepared in this step, the first area 10 is finally
First and third regions 103 are formed.

第1の領域101が有するリチウムと第1の遷移金属の原料として、リチウム源と、第1
の遷移金属源を用意する。また第3の領域103が有する典型元素の化合物の原料として
、典型元素源を用意する。
As raw materials for lithium and the first transition metal that the first region 101 has, a lithium source and a first
A transition metal source is prepared. Further, a typical element source is prepared as a raw material for the compound of the typical element that the third region 103 has.

これらに加えて、フッ素源を用意することが好ましい。フッ素は、原料に加えることで、
後の工程で第3の領域103が有する典型元素が正極活物質100a、100b、100
cの表面に偏析することを助長する効果がある。
In addition to these, it is preferable to prepare a fluorine source. By adding fluorine to raw materials,
In a later step, the typical elements of the third region 103 are changed to positive electrode active materials 100a, 100b, 100.
This has the effect of promoting segregation on the surface of c.

リチウム源としては、例えば炭酸リチウム、フッ化リチウムを用いることができる。第1
の遷移金属源としては、例えば第1の遷移金属の酸化物を用いることができる。典型元素
源としては、例えば第3の領域が有する典型元素の酸化物、第3の領域が有する典型元素
のフッ化物等を用いることができる。
As the lithium source, for example, lithium carbonate or lithium fluoride can be used. 1st
As the transition metal source, for example, an oxide of the first transition metal can be used. As the typical element source, for example, an oxide of a typical element included in the third region, a fluoride of a typical element included in the third region, etc. can be used.

フッ素源としては、例えばフッ化リチウム、第3の領域が有する典型元素のフッ化物等を
用いることができる。つまり、フッ化リチウムはリチウム源としてもフッ素源としても用
いることができる。
As the fluorine source, for example, lithium fluoride, a fluoride of a typical element included in the third region, or the like can be used. That is, lithium fluoride can be used both as a lithium source and as a fluorine source.

フッ素源に含まれるフッ素は、典型元素源に含まれる典型元素の、1.0倍以上4倍以下
(原子数比)であることが好ましく、1.5倍以上3倍以下(原子数比)であることがさ
らに好ましい。
The fluorine contained in the fluorine source is preferably 1.0 times or more and 4 times or less (atomic ratio), and 1.5 times or more and 3 times or less (atomic ratio) of the typical element contained in the typical element source. It is more preferable that

<ステップ12:出発材料の混合>
次に、リチウム源、第1の遷移金属源、典型元素源を混合する。さらにフッ素源を加える
ことが好ましい。混合には例えばボールミル、ビーズミルを用いることができる。
<Step 12: Mixing of starting materials>
Next, the lithium source, the first transition metal source, and the typical element source are mixed. It is preferable to further add a fluorine source. For example, a ball mill or a bead mill can be used for mixing.

<ステップ13:第1の加熱>
次に、ステップ12で混合した材料を加熱する。本ステップは、焼成、または第1の加熱
という場合がある。加熱は800℃以上1100℃以下で行うことが好ましく、900℃
以上1000℃以下で行うことがより好ましい。加熱時間は、2時間以上20時間以下と
することが好ましい。焼成は、乾燥空気などの乾燥した雰囲気で行うことが好ましい。乾
燥した雰囲気は、たとえば露点が-50℃以下が好ましく、-100℃以下の雰囲気がさ
らに好ましい。本実施の形態では1000℃で10時間加熱することとし、昇温は200
℃/h、露点が-109℃の乾燥空気を10L/minで流すこととする。その後加熱し
た材料を室温まで冷却する。
<Step 13: First heating>
Next, in step 12, the mixed materials are heated. This step may be called firing or first heating. Heating is preferably performed at a temperature of 800°C or more and 1100°C or less, and 900°C
It is more preferable to carry out the heating at a temperature of 1000° C. or lower. The heating time is preferably 2 hours or more and 20 hours or less. The firing is preferably performed in a dry atmosphere such as dry air. The dry atmosphere preferably has a dew point of, for example, -50°C or lower, more preferably -100°C or lower. In this embodiment, heating is performed at 1000°C for 10 hours, and the temperature rise is 200°C.
℃/h, and dry air with a dew point of -109℃ is flowed at 10 L/min. The heated material is then cooled to room temperature.

ステップ13の加熱により、層状岩塩型の結晶構造を有する、リチウムと第1の遷移金属
の複合酸化物を合成することができる。この時点では、出発材料に含まれた典型元素とフ
ッ素は、複合酸化物中に固溶している。ただし、すでに典型元素の一部が、複合酸化物の
表面に偏在している場合もある。
By heating in step 13, a composite oxide of lithium and the first transition metal having a layered rock salt type crystal structure can be synthesized. At this point, the typical elements and fluorine contained in the starting material are in solid solution in the composite oxide. However, some of the typical elements may already be unevenly distributed on the surface of the composite oxide.

また、出発原料としてあらかじめ合成されたリチウム、コバルト、フッ素、マグネシウム
を含む複合酸化物の粒子を用いてもよい。この場合、ステップ12およびステップ13を
省略することができる。たとえば、日本化学工業株式会社製の、コバルト酸リチウム粒子
(商品名:C-20F)を出発原料の一として用いることができる。これは粒径が約20
μmであり、表面からXPSで分析可能な領域にフッ素、マグネシウム、カルシウム、ナ
トリウム、シリコン、硫黄、リンを含むコバルト酸リチウム粒子である。
Furthermore, particles of a composite oxide containing lithium, cobalt, fluorine, and magnesium synthesized in advance may be used as a starting material. In this case, steps 12 and 13 can be omitted. For example, lithium cobalt oxide particles (trade name: C-20F) manufactured by Nihon Kagaku Kogyo Co., Ltd. can be used as one of the starting materials. This particle size is about 20
It is a lithium cobalt oxide particle that has a particle size of μm and contains fluorine, magnesium, calcium, sodium, silicon, sulfur, and phosphorus in a region that can be analyzed by XPS from the surface.

<ステップ14:第2の遷移金属で被覆>
次に、リチウムと第1の遷移金属の複合酸化物を室温まで冷却する。そしてリチウムと第
1の遷移金属の複合酸化物粒子の表面を、第2の遷移金属を有する材料で被覆する。本作
製方法例では、ゾルゲル法を適用することとする。
<Step 14: Coating with second transition metal>
Next, the composite oxide of lithium and the first transition metal is cooled to room temperature. Then, the surface of the composite oxide particles of lithium and the first transition metal is coated with a material containing the second transition metal. In this production method example, a sol-gel method is applied.

まずアルコールに溶解させた第2の遷移金属のアルコキシドと、リチウムと第1の遷移金
属の複合酸化物粒子と、を混合する。
First, a second transition metal alkoxide dissolved in alcohol and composite oxide particles of lithium and the first transition metal are mixed.

たとえば第2の遷移金属としてチタンを用いる場合、第2の遷移金属のアルコキシドとし
てはたとえばTTIPを用いることができる。またアルコールとしては、たとえばイソプ
ロパノールを用いることができる。
For example, when titanium is used as the second transition metal, TTIP can be used as the alkoxide of the second transition metal. Further, as the alcohol, for example, isopropanol can be used.

次に、上記混合液を、水蒸気を含む雰囲気下で撹拌する。撹拌はたとえばマグネチックス
ターラーで行うことができる。撹拌時間は、雰囲気中の水とTTIPが加水分解および重
縮合反応を起こすのに十分な時間であればよく、例えば4時間、25℃、湿度90%RH
(Relative Humidity、相対湿度)の条件下で行うことができる。
Next, the liquid mixture is stirred in an atmosphere containing water vapor. Stirring can be performed, for example, with a magnetic stirrer. The stirring time may be sufficient as long as the water in the atmosphere and TTIP undergo hydrolysis and polycondensation reactions, for example, 4 hours at 25°C and 90% RH.
(Relative Humidity).

上記のように、雰囲気中の水とTTIPを反応させることで、液体の水を加える場合より
もゆっくりとゾルゲル反応を進めることができる。また常温でチタンアルコキシドと水を
反応させることで、たとえば溶媒のアルコールの沸点を超える温度で加熱を行う場合より
もゆっくりとゾルゲル反応を進めることができる。ゆっくりとゾルゲル反応を進めること
で、厚さが均一で良質なチタンを含む被覆層を形成することができる。
As described above, by reacting water in the atmosphere with TTIP, the sol-gel reaction can proceed more slowly than when adding liquid water. Furthermore, by reacting titanium alkoxide and water at room temperature, the sol-gel reaction can proceed more slowly than, for example, when heating is performed at a temperature exceeding the boiling point of alcohol as a solvent. By proceeding with the sol-gel reaction slowly, a coating layer containing titanium with a uniform thickness and high quality can be formed.

上記の処理を終えた混合液から、沈殿物を回収する。回収方法としては、ろ過、遠心分離
、蒸発乾固等を適用することができる。本実施の形態ではろ過により回収することとする
。ろ過には紙フィルターを用い、残渣はチタンアルコキシドを溶解させた溶媒と同じアル
コールで洗浄することとする。
A precipitate is collected from the mixed liquid after the above treatment. As a recovery method, filtration, centrifugation, evaporation to dryness, etc. can be applied. In this embodiment, recovery is performed by filtration. A paper filter will be used for filtration, and the residue will be washed with the same alcohol as the solvent in which the titanium alkoxide was dissolved.

次に、回収した残渣を乾燥する。本実施の形態では、70℃で1時間、真空乾燥すること
とする。
Next, the collected residue is dried. In this embodiment, vacuum drying is performed at 70° C. for 1 hour.

<ステップ15:第2の加熱>
次に、ステップ14で作製した、第2の遷移金属を有する材料で被覆された、複合酸化物
粒子を加熱する。本ステップは、第2の加熱という場合がある。加熱時間は、規定温度の
範囲内での保持時間を50時間以下とすることが好ましく、2時間以上10時間以下とす
ることがより好ましく、1時間以上3時間以下で行うことがさらに好ましい。加熱時間が
短すぎると典型元素の偏析が起こらない恐れがあるが、長すぎると、第2の遷移金属の拡
散が進みすぎて良好な第2の領域102が形成できない恐れがある。
<Step 15: Second heating>
Next, the composite oxide particles prepared in step 14 and coated with the material containing the second transition metal are heated. This step may be referred to as second heating. The heating time is preferably 50 hours or less, more preferably 2 hours or more and 10 hours or less, and even more preferably 1 hour or more and 3 hours or less. If the heating time is too short, segregation of typical elements may not occur, but if it is too long, the second transition metal may diffuse too much and a good second region 102 may not be formed.

規定温度としては500℃以上1200℃以下が好ましく、800℃以上1000℃以下
がより好ましい。規定温度が低すぎると典型元素および第2の遷移金属の偏析が起こらな
い恐れがある。しかし高すぎても複合酸化物粒子中の第1の遷移金属が還元され、複合酸
化物粒子が分解してしまう、複合酸化物粒子中のリチウムと第1の遷移金属の層状構造が
保てない、等のおそれがある。
The specified temperature is preferably 500°C or more and 1200°C or less, more preferably 800°C or more and 1000°C or less. If the specified temperature is too low, segregation of the typical element and the second transition metal may not occur. However, if the temperature is too high, the first transition metal in the composite oxide particles will be reduced and the composite oxide particles will decompose, and the layered structure of lithium and the first transition metal in the composite oxide particles will not be maintained. , etc.

本実施の形態では、規定温度を800℃として2時間保持することとし、昇温は200℃
/h、乾燥空気の流量は10L/minとする。
In this embodiment, the specified temperature is set to 800°C and held for 2 hours, and the temperature is increased to 200°C.
/h, and the flow rate of dry air is 10 L/min.

ステップ15の加熱によって、リチウムと第1の遷移金属の複合酸化物と、その上に被覆
された第2の遷移金属の酸化物がトポタキシとなる。つまり第1の領域101と第2の領
域102がトポタキシとなる。
By heating in step 15, the composite oxide of lithium and the first transition metal and the oxide of the second transition metal coated thereon become topotoxy. In other words, the first region 101 and the second region 102 form a topography.

またステップ15の加熱によって、リチウムと第1の遷移金属の複合酸化物粒子の内部に
固溶していた典型元素が表面に偏在して固溶、つまり偏析し、典型元素の化合物となり、
第3の領域103を形成する。このとき典型元素の化合物は、第2の領域102からヘテ
ロエピタキシャル成長する。つまり第2の領域102と第3の領域103がトポタキシと
なる。
Further, by heating in step 15, the typical elements that were solidly dissolved inside the composite oxide particles of lithium and the first transition metal are unevenly distributed on the surface and become solid solution, that is, segregated, and become a compound of the typical elements.
A third region 103 is formed. At this time, the compound of the typical element grows heteroepitaxially from the second region 102. In other words, the second region 102 and the third region 103 become topotaxies.

第2の領域102および第3の領域103の結晶の配向が概略一致し、第1の領域101
と安定した結合を有するため、正極活物質100a、100b、100cを二次電池に用
いた際、充放電によって生じる第1の領域101の結晶構造の変化を効果的に抑制できる
。また、充電によって第1の領域101からリチウムが抜けた状態となっても、安定した
結合を有する表層部によって第1の領域101からコバルト等の第1の遷移金属や酸素が
離脱するのを抑制することができる。さらに、電解液と接触する領域を、化学的に安定し
た材料とすることができる。そのため、サイクル特性の優れた二次電池とすることができ
る。
The crystal orientations of the second region 102 and the third region 103 approximately match, and the crystal orientation of the first region 101
Therefore, when the positive electrode active materials 100a, 100b, and 100c are used in a secondary battery, changes in the crystal structure of the first region 101 caused by charging and discharging can be effectively suppressed. Furthermore, even if lithium is removed from the first region 101 due to charging, the surface layer portion with stable bonds suppresses the release of the first transition metal such as cobalt and oxygen from the first region 101. can do. Furthermore, the area in contact with the electrolyte can be made of a chemically stable material. Therefore, a secondary battery with excellent cycle characteristics can be obtained.

なお、第1の領域101と第2の領域102は一部がトポタキシであればよく、第1の領
域101と第2の領域102のすべてがトポタキシである必要はない。また、第2の領域
102と第3の領域103は一部がトポタキシであればよく、第2の領域102と第3の
領域103のすべてがトポタキシである必要はない。
Note that a portion of the first region 101 and the second region 102 only need to be topotaxy, and it is not necessary that all of the first region 101 and the second region 102 be topotaxy. Furthermore, it is sufficient that a portion of the second region 102 and the third region 103 are topotaxy, and it is not necessary that all of the second region 102 and the third region 103 are topotaxy.

また、第3の領域が有する典型元素の化合物が、酸素を有する場合は、酸素を含む雰囲気
でステップ15の加熱を行うことが好ましい。酸素を含む雰囲気で加熱することで、第3
の領域103の形成が促進される。
Further, when the compound of the typical element included in the third region contains oxygen, it is preferable to perform the heating in step 15 in an atmosphere containing oxygen. By heating in an atmosphere containing oxygen, the third
The formation of the region 103 is promoted.

また、出発原料に含まれたフッ素により、典型元素の偏析が促進される。 Furthermore, fluorine contained in the starting material promotes segregation of typical elements.

このように、本発明の一態様である正極活物質の作製方法では、第2の領域102を形成
する元素を被覆した後、加熱を行うことで第3の領域103を形成し、正極活物質100
a、100b、100cの表面に2種の領域を形成することが可能となる。つまり通常な
らば、表層部に2種の領域を設けるためには2回の被覆工程が必要であるところ、本発明
の一態様である正極活物質の作製方法は1回の被覆工程(ゾルゲル工程)のみでよいため
、生産性のよい作製方法である。
As described above, in the method for manufacturing a positive electrode active material that is one embodiment of the present invention, after coating the element forming the second region 102, heating is performed to form the third region 103, and the positive electrode active material 100
It becomes possible to form two types of regions on the surfaces of a, 100b, and 100c. In other words, normally two coating steps are required to provide two types of regions on the surface layer, but the method for producing a positive electrode active material, which is an embodiment of the present invention, requires one coating step (sol-gel process). ), it is a highly productive manufacturing method.

<ステップ16:冷却>
次に、ステップ15で加熱した粒子を、室温まで冷却する。降温時間は長くとると、トポ
タキシとさせやすく好ましい。たとえば、保持温度から室温までの降温時間は、昇温と同
じかそれ以上の時間、具体的には10時間以上50時間以下とすることが好ましい。
<Step 16: Cooling>
Next, the particles heated in step 15 are cooled to room temperature. It is preferable to take a long time to cool down the temperature because it facilitates topotaxy. For example, it is preferable that the time for lowering the temperature from the holding temperature to the room temperature is the same as or longer than the time for raising the temperature, specifically, 10 hours or more and 50 hours or less.

<ステップ17:回収>
次に、冷却された粒子を回収する。さらに、粒子をふるいにかけることが好ましい。上記
の工程で、第1の領域101、第2の領域102および第3の領域103を有する正極活
物質100a、100b、100cを作製することができる。
<Step 17: Collection>
The cooled particles are then collected. Furthermore, it is preferred to sieve the particles. Through the above steps, positive electrode active materials 100a, 100b, and 100c having the first region 101, the second region 102, and the third region 103 can be manufactured.

そして、得られた正極活物質100a、100b、100cと、導電補助剤である気相成
長炭素繊維131a、131bと、バインダ130とを含む活物質層を正極集電体上に形
成する。正極活物質100a、100b、100c、気相成長炭素繊維131a、131
b、及びバインダ130を含む正極用ペーストを作製し、正極集電体に塗布した後、乾燥
させ、ロールなどで加圧成形する。高密度の電極密度を得るため、1050kN/m以上
の圧力でプレスすることで電極密度を4.0g/cm以上とすることができる。図1は
、正極集電体(図示しない)上に形成された活物質層の断面の一例を示している。
Then, an active material layer containing the obtained positive electrode active materials 100a, 100b, and 100c, vapor-grown carbon fibers 131a and 131b as conductive aids, and a binder 130 is formed on the positive electrode current collector. Positive electrode active materials 100a, 100b, 100c, vapor grown carbon fibers 131a, 131
A positive electrode paste containing 1.b and a binder 130 is prepared, applied to a positive electrode current collector, dried, and pressure-molded using a roll or the like. In order to obtain a high electrode density, the electrode density can be increased to 4.0 g/cm 3 or more by pressing at a pressure of 1050 kN/m or more. FIG. 1 shows an example of a cross section of an active material layer formed on a positive electrode current collector (not shown).

なお、バインダ130としては、例えば、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、スチレ
ン-イソプレン-スチレンゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、
エチレン-プロピレン-ジエン共重合体などのゴム材料を用いることが好ましい。またバ
インダとして、フッ素ゴムを用いることができる。
Note that examples of the binder 130 include styrene-butadiene rubber (SBR), styrene-isoprene-styrene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, butadiene rubber,
It is preferable to use a rubber material such as an ethylene-propylene-diene copolymer. Furthermore, fluororubber can be used as the binder.

また、バインダとしては、例えば水溶性の高分子を用いることが好ましい。水溶性の高分
子としては、例えば多糖類などを用いることができる。多糖類としては、カルボキシメチ
ルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセ
ルロース、ジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉など
を用いることができる。また、これらの水溶性の高分子を、前述のゴム材料と併用して用
いると、さらに好ましい。
Further, as the binder, it is preferable to use, for example, a water-soluble polymer. As the water-soluble polymer, for example, polysaccharides can be used. As the polysaccharide, cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, and regenerated cellulose, starch, and the like can be used. Further, it is more preferable to use these water-soluble polymers in combination with the above-mentioned rubber material.

または、バインダとしては、ポリスチレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メ
チル(PMMA)、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ
エチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、
ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリ
エチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロ
ニトリル(PAN)、エチレンプロピレンジエンポリマー、ポリ酢酸ビニル、ニトロセル
ロース等の材料を用いることが好ましい。
Or, as a binder, polystyrene, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate (PMMA), sodium polyacrylate, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide, polyimide, polyvinyl chloride,
It is preferable to use materials such as polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyethylene terephthalate, nylon, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), ethylene propylene diene polymer, polyvinyl acetate, and nitrocellulose.

バインダは上記のうち複数を組み合わせて使用してもよい。 The binder may be used in combination of two or more of the above binders.

<正極集電体>
正極集電体としては、ステンレス、金、白金、アルミニウム、チタン等の金属、及びこれ
らの合金など、導電性が高い材料をもちいることができる。また正極集電体に用いる材料
は、正極の電位で溶出しないことが好ましい。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカ
ンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用
いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成して
もよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チ
タン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン
、コバルト、ニッケル等がある。集電体は、箔状、板状(シート状)、網状、パンチング
メタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。集電体は、厚みが
5μm以上30μm以下のものを用いるとよい。
<Positive electrode current collector>
As the positive electrode current collector, highly conductive materials such as metals such as stainless steel, gold, platinum, aluminum, and titanium, and alloys thereof can be used. Further, it is preferable that the material used for the positive electrode current collector does not elute at the potential of the positive electrode. Furthermore, an aluminum alloy to which an element that improves heat resistance, such as silicon, titanium, neodymium, scandium, or molybdenum is added, can be used. Alternatively, it may be formed of a metal element that reacts with silicon to form silicide. Examples of metal elements that react with silicon to form silicide include zirconium, titanium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, and nickel. The current collector may have a foil shape, a plate shape (sheet shape), a net shape, a punched metal shape, an expanded metal shape, or the like as appropriate. The current collector preferably has a thickness of 5 μm or more and 30 μm or less.

(実施の形態2)
実施の形態1では、正極の作製例を示したが、本実施の形態では、正極、負極および電解
液が、外装体に包まれている二次電池を例にとって説明する。
(Embodiment 2)
In Embodiment 1, an example of manufacturing a positive electrode was shown, but in this embodiment, a secondary battery in which a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte are wrapped in an exterior body will be described as an example.

[負極]
負極は、負極活物質層および負極集電体を有する。また、負極活物質層は、導電助剤およ
びバインダを有していてもよい。
[Negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material layer and a negative electrode current collector. Further, the negative electrode active material layer may include a conductive additive and a binder.

<負極活物質>
負極活物質としては、例えば合金系材料や炭素系材料等を用いることができる。
<Negative electrode active material>
As the negative electrode active material, for example, alloy-based materials, carbon-based materials, etc. can be used.

負極活物質として、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可
能な元素を用いることができる。例えば、シリコン、スズ、ガリウム、アルミニウム、ゲ
ルマニウム、鉛、アンチモン、ビスマス、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム等のうち少
なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大
きく、特にシリコンは理論容量が4200mAh/gと高い。このため、負極活物質にシ
リコンを用いることが好ましい。また、これらの元素を有する化合物を用いてもよい。例
えば、SiO、MgSi、MgGe、SnO、SnO、MgSn、SnS、V
Sn、FeSn、CoSn、NiSn、CuSn、AgSn、Ag
Sb、NiMnSb、CeSb、LaSn、LaCoSn、CoSb、I
nSb、SbSn等がある。ここで、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反
応を行うことが可能な元素、および該元素を有する化合物等を合金系材料と呼ぶ場合があ
る。
As the negative electrode active material, an element capable of performing a charge/discharge reaction through an alloying/dealloying reaction with lithium can be used. For example, a material containing at least one of silicon, tin, gallium, aluminum, germanium, lead, antimony, bismuth, silver, zinc, cadmium, indium, etc. can be used. These elements have a larger capacity than carbon, and silicon in particular has a high theoretical capacity of 4200 mAh/g. For this reason, it is preferable to use silicon as the negative electrode active material. Further, compounds having these elements may also be used. For example, SiO, Mg2Si , Mg2Ge , SnO, SnO2 , Mg2Sn , SnS2 , V
2Sn3 , FeSn2 , CoSn2 , Ni3Sn2 , Cu6Sn5 , Ag3Sn , Ag3
Sb , Ni2MnSb , CeSb3 , LaSn3 , La3Co2Sn7 , CoSb3 , I
There are nSb, SbSn, etc. Here, an element that can perform a charge/discharge reaction by alloying/dealloying reaction with lithium, a compound having the element, etc. may be referred to as an alloy-based material.

本明細書等において、SiOは例えば一酸化シリコンを指す。あるいはSiOは、SiO
と表すこともできる。ここでxは1近傍の値を有することが好ましい。例えばxは、0
.2以上1.5以下が好ましく、0.3以上1.2以下がより好ましい。
In this specification and the like, SiO refers to silicon monoxide, for example. Or SiO is SiO
It can also be expressed as x . Here, x preferably has a value near 1. For example, x is 0
.. It is preferably 2 or more and 1.5 or less, more preferably 0.3 or more and 1.2 or less.

炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハー
ドカーボン)、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等を用いればよい
As the carbon-based material, graphite, graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon), carbon nanotubes, graphene, carbon black, etc. may be used.

黒鉛としては、人造黒鉛や、天然黒鉛等が挙げられる。人造黒鉛としては例えば、メソカ
ーボンマイクロビーズ(MCMB)、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等が挙げら
れる。ここで人造黒鉛として、球状の形状を有する球状黒鉛を用いることができる。例え
ば、MCMBは球状の形状を有する場合があり、好ましい。また、MCMBはその表面積
を小さくすることが比較的容易であり、好ましい場合がある。天然黒鉛としては例えば、
鱗片状黒鉛、球状化天然黒鉛等が挙げられる。
Examples of graphite include artificial graphite and natural graphite. Examples of the artificial graphite include mesocarbon microbeads (MCMB), coke-based artificial graphite, and pitch-based artificial graphite. Here, spherical graphite having a spherical shape can be used as the artificial graphite. For example, MCMB may have a spherical shape, which is preferred. Furthermore, it is relatively easy to reduce the surface area of MCMB, which may be preferable. Examples of natural graphite include:
Examples include flaky graphite and spheroidized natural graphite.

黒鉛はリチウムイオンが黒鉛に挿入されたとき(リチウム-黒鉛層間化合物の生成時)に
リチウム金属と同程度に低い電位を示す(0.05V以上0.3V以下 vs.Li/L
)。これにより、リチウムイオン二次電池は高い作動電圧を示すことができる。さら
に、黒鉛は、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が比較的小さい、安価である
、リチウム金属に比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。
Graphite exhibits a potential as low as that of lithium metal when lithium ions are inserted into graphite (when a lithium-graphite intercalation compound is formed) (0.05V or more and 0.3V or less vs. Li/L)
i + ). This allows the lithium ion secondary battery to exhibit a high operating voltage. Furthermore, graphite is preferable because it has advantages such as a relatively high capacity per unit volume, a relatively small volumetric expansion, low cost, and higher safety than lithium metal.

また、負極活物質として、二酸化チタン(TiO)、リチウムチタン酸化物(Li
12)、リチウム-黒鉛層間化合物(Li)、五酸化ニオブ(Nb
、酸化タングステン(WO)、酸化モリブデン(MoO)等の酸化物を用いることが
できる。
Further, as negative electrode active materials, titanium dioxide (TiO 2 ), lithium titanium oxide (Li 4 T
i 5 O 12 ), lithium-graphite intercalation compound (Li x C 6 ), niobium pentoxide (Nb 2 O 5 )
, tungsten oxide (WO 2 ), molybdenum oxide (MoO 2 ), and other oxides can be used.

また、負極活物質として、リチウムと遷移金属の複窒化物である、LiN型構造をもつ
Li3-xN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.6
Co0.4は大きな充放電容量(900mAh/g、1890mAh/cm)を示
し好ましい。
Further, as the negative electrode active material, Li 3-x M x N (M=Co, Ni, Cu) having a Li 3 N type structure, which is a double nitride of lithium and a transition metal, can be used. For example, Li 2.6
Co 0.4 N 3 is preferable because it exhibits a large charge/discharge capacity (900 mAh/g, 1890 mAh/cm 3 ).

リチウムと遷移金属の複窒化物を用いると、負極活物質中にリチウムイオンを含むため、
正極活物質としてリチウムイオンを含まないV、Cr等の材料と組み合わせ
ることができ好ましい。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも
、あらかじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させることで、負極活物質とし
てリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。
When a double nitride of lithium and a transition metal is used, since the negative electrode active material contains lithium ions,
It is preferable that it can be combined with materials such as V 2 O 5 and Cr 3 O 8 that do not contain lithium ions as the positive electrode active material. Note that even when a material containing lithium ions is used as the positive electrode active material, a double nitride of lithium and a transition metal can be used as the negative electrode active material by removing the lithium ions contained in the positive electrode active material in advance.

また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質として用いることもできる。例えば
、酸化コバルト(CoO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化鉄(FeO)等の、リチウム
との合金を作らない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反応が
生じる材料としては、さらに、Fe、CuO、CuO、RuO、Cr
の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn、CuN、Ge
等の窒化物、NiP、FeP、CoP等のリン化物、FeF、BiF等の
フッ化物でも起こる。
Furthermore, a material that causes a conversion reaction can also be used as the negative electrode active material. For example, transition metal oxides that do not form an alloy with lithium, such as cobalt oxide (CoO), nickel oxide (NiO), and iron oxide (FeO), may be used as the negative electrode active material. Materials that cause conversion reactions include oxides such as Fe 2 O 3 , CuO, Cu 2 O, RuO 2 , and Cr 2 O 3 , sulfides such as CoS 0.89 , NiS, and CuS, and Zn 3 N 2 , Cu3N , Ge3
It also occurs with nitrides such as N4 , phosphides such as NiP2 , FeP2 , CoP3 , and fluorides such as FeF3 , BiF3 .

負極活物質層が有することのできる導電助剤およびバインダとしては、正極活物質層が有
することのできる導電助剤およびバインダと同様の材料を用いることができる。
As the conductive agent and binder that the negative electrode active material layer can have, the same materials as the conductive agent and binder that the positive electrode active material layer can have can be used.

<負極集電体>
負極集電体には、正極集電体と同様の材料を用いることができる。なお負極集電体は、リ
チウム等のキャリアイオンと合金化しない材料を用いることが好ましい。
<Negative electrode current collector>
The same material as the positive electrode current collector can be used for the negative electrode current collector. Note that it is preferable to use a material that does not form an alloy with carrier ions such as lithium for the negative electrode current collector.

[電解液]
電解液は、溶媒と電解質を有する。電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ま
しく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC
)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネ
ート、ビニレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、ジメチルカー
ボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(E
MC)、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチ
ル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、ジ
メトキシエタン(DME)、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、メチルジグライ
ム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン、スルトン等の
1種、又はこれらのうちの2種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる
[Electrolyte]
The electrolytic solution includes a solvent and an electrolyte. As the solvent for the electrolytic solution, an aprotic organic solvent is preferable, such as ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), etc.
), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, chloroethylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (E
MC), methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl butyrate, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, dimethoxyethane (DME), dimethyl sulfoxide, diethyl ether , methyl diglyme, acetonitrile, benzonitrile, tetrahydrofuran, sulfolane, sultone, etc., or two or more of these may be used in any combination and ratio.

また、電解液の溶媒として、難燃性および難揮発性であるイオン液体(常温溶融塩)を一
つ又は複数用いることで、二次電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇して
も、二次電池の破裂や発火などを防ぐことができる。イオン液体は、カチオンとアニオン
からなり、有機カチオンとアニオンとを含む。電解液に用いる有機カチオンとして、四級
アンモニウムカチオン、三級スルホニウムカチオン、および四級ホスホニウムカチオン等
の脂肪族オニウムカチオンや、イミダゾリウムカチオンおよびピリジニウムカチオン等の
芳香族カチオンが挙げられる。また、電解液に用いるアニオンとして、1価のアミド系ア
ニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、パーフルオロアルキル
スルホン酸アニオン、テトラフルオロボレートアニオン、パーフルオロアルキルボレート
アニオン、ヘキサフルオロホスフェートアニオン、またはパーフルオロアルキルホスフェ
ートアニオン等が挙げられる。
In addition, by using one or more flame-retardant and non-volatile ionic liquids (room-temperature molten salts) as a solvent for the electrolyte, the internal temperature of the secondary battery will not rise due to internal short circuits or overcharging. This can prevent the secondary battery from exploding or catching fire. Ionic liquids are composed of cations and anions, and include organic cations and anions. Examples of the organic cation used in the electrolytic solution include aliphatic onium cations such as quaternary ammonium cations, tertiary sulfonium cations, and quaternary phosphonium cations, and aromatic cations such as imidazolium cations and pyridinium cations. In addition, examples of anions used in the electrolytic solution include monovalent amide anions, monovalent methide anions, fluorosulfonic acid anions, perfluoroalkylsulfonic acid anions, tetrafluoroborate anions, perfluoroalkylborate anions, and hexafluorophosphate anions. , or perfluoroalkyl phosphate anion.

また、上記の溶媒に溶解させる電解質としては、例えばLiPF、LiClO、Li
AsF、LiBF、LiAlCl、LiSCN、LiBr、LiI、LiSO
、Li10Cl10、Li12Cl12、LiCFSO、LiCSO
、LiC(CFSO、LiC(CSO、LiN(CFSO
、LiN(CSO)(CFSO)、LiN(CSO等のリチ
ウム塩を一種、又はこれらのうちの二種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いること
ができる。
Further, as the electrolyte to be dissolved in the above solvent, for example, LiPF 6 , LiClO 4 , Li
AsF 6 , LiBF 4 , LiAlCl 4 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4
, Li 2 B 10 Cl 10 , Li 2 B 12 Cl 12 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO
3 , LiC ( CF3SO2 ) 3 , LiC( C2F5SO2 ) 3 , LiN( CF3SO2 )
2 , one type of lithium salt such as LiN( C4F9SO2 ) ( CF3SO2 ) , LiN( C2F5SO2 ) 2 , or two or more of these in any combination and ratio . Can be used.

二次電池に用いる電解液は、粒状のごみや電解液の構成元素以外の元素(以下、単に「不
純物」ともいう。)の含有量が少ない高純度化された電解液を用いることが好ましい。具
体的には、電解液に対する不純物の重量比を1%以下、好ましくは0.1%以下、より好
ましくは0.01%以下とすることが好ましい。
As the electrolytic solution used in the secondary battery, it is preferable to use a highly purified electrolytic solution that has a low content of particulate dust and elements other than the constituent elements of the electrolytic solution (hereinafter also simply referred to as "impurities"). Specifically, it is preferable that the weight ratio of impurities to the electrolytic solution is 1% or less, preferably 0.1% or less, and more preferably 0.01% or less.

また、電解液にビニレンカーボネート、プロパンスルトン(PS)、tert-ブチルベ
ンゼン(TBB)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、LiBOB、またスクシ
ノニトリル、アジポニトリル等のジニトリル化合物などの添加剤を添加してもよい。添加
する材料の濃度は、例えば溶媒全体に対して0.1wt%以上5wt%以下とすればよい
Additionally, additives such as vinylene carbonate, propane sultone (PS), tert-butylbenzene (TBB), fluoroethylene carbonate (FEC), LiBOB, and dinitrile compounds such as succinonitrile and adiponitrile may be added to the electrolyte. good. The concentration of the added material may be, for example, 0.1 wt% or more and 5 wt% or less based on the entire solvent.

また、ポリマーを電解液で膨潤させたポリマーゲル電解質を用いてもよい。 Alternatively, a polymer gel electrolyte in which a polymer is swollen with an electrolytic solution may be used.

ポリマーゲル電解質を用いることで、漏液性等に対する安全性が高まる。また、二次電池
の薄型化および軽量化が可能である。
By using a polymer gel electrolyte, safety against leakage and the like is increased. Further, it is possible to make the secondary battery thinner and lighter.

ゲル化されるポリマーとして、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、
ポリエチレンオキサイド系ゲル、ポリプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系ポリマーの
ゲル等を用いることができる。
Polymers to be gelled include silicone gel, acrylic gel, acrylonitrile gel,
Polyethylene oxide gel, polypropylene oxide gel, fluoropolymer gel, etc. can be used.

ポリマーとしては、例えばポリエチレンオキシド(PEO)などのポリアルキレンオキシ
ド構造を有するポリマーや、PVDF、およびポリアクリロニトリル等、およびそれらを
含む共重合体等を用いることができる。例えばPVDFとヘキサフルオロプロピレン(H
FP)の共重合体であるPVDF-HFPを用いることができる。また、形成されるポリ
マーは、多孔質形状を有してもよい。
As the polymer, for example, a polymer having a polyalkylene oxide structure such as polyethylene oxide (PEO), PVDF, polyacrylonitrile, and copolymers containing them can be used. For example, PVDF and hexafluoropropylene (H
PVDF-HFP, which is a copolymer of FP), can be used. The polymer formed may also have a porous shape.

また、電解液の代わりに、硫化物系や酸化物系等の無機物材料を有する固体電解質や、P
EO(ポリエチレンオキシド)系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができ
る。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電
池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。
In addition, instead of an electrolyte, solid electrolytes containing inorganic materials such as sulfides and oxides, and P
A solid electrolyte containing a polymeric material such as EO (polyethylene oxide) can be used. When using a solid electrolyte, there is no need to install separators or spacers. Additionally, since the entire battery can be solidified, there is no risk of leakage, dramatically improving safety.

[セパレータ]
また二次電池は、セパレータを有することが好ましい。セパレータとしては、例えば、紙
、不織布、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン(ポリアミド)、ビニロン(ポリ
ビニルアルコール系繊維)、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを
用いた合成繊維等で形成されたものを用いることができる。セパレータはエンベロープ状
に加工し、正極または負極のいずれか一方を包むように配置することが好ましい。
[Separator]
Moreover, it is preferable that the secondary battery has a separator. As the separator, for example, one made of paper, nonwoven fabric, glass fiber, ceramics, or synthetic fibers using nylon (polyamide), vinylon (polyvinyl alcohol fiber), polyester, acrylic, polyolefin, polyurethane, etc. can be used. I can do it. It is preferable that the separator is processed into an envelope shape and arranged so as to surround either the positive electrode or the negative electrode.

セパレータは多層構造であってもよい。たとえばポリプロピレン、ポリエチレン等の有機
材料フィルムに、セラミック系材料、フッ素系材料、ポリアミド系材料、またはこれらを
混合したもの等をコートすることができる。セラミック系材料としては、たとえば酸化ア
ルミニウム粒子、酸化シリコン粒子等を用いることができる。フッ素系材料としては、た
とえばPVDF、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。ポリアミド系材
料としては、たとえばナイロン、アラミド(メタ系アラミド、パラ系アラミド)等を用い
ることができる。
The separator may have a multilayer structure. For example, a film of an organic material such as polypropylene or polyethylene can be coated with a ceramic material, a fluorine material, a polyamide material, or a mixture thereof. As the ceramic material, for example, aluminum oxide particles, silicon oxide particles, etc. can be used. As the fluorine-based material, for example, PVDF, polytetrafluoroethylene, etc. can be used. As the polyamide material, for example, nylon, aramid (meta-aramid, para-aramid), etc. can be used.

セラミック系材料をコートすると耐酸化性が向上するため、高電圧充放電の際のセパレー
タの劣化を抑制し、二次電池の信頼性を向上させることができる。またフッ素系材料をコ
ートするとセパレータと電極が密着しやすくなり、出力特性を向上させることができる。
ポリアミド系材料、特にアラミドをコートすると、耐熱性が向上するため、二次電池の安
全性を向上させることができる。
Coating with a ceramic material improves oxidation resistance, so it is possible to suppress deterioration of the separator during high voltage charging and discharging and improve the reliability of the secondary battery. Furthermore, coating with a fluorine-based material makes it easier for the separator and electrode to come into close contact with each other, thereby improving output characteristics.
Coating with a polyamide-based material, especially aramid, improves heat resistance, thereby improving the safety of the secondary battery.

たとえばポリプロピレンのフィルムの両面に酸化アルミニウムとアラミドの混合材料をコ
ートしてもよい。また、ポリプロピレンのフィルムの、正極と接する面に酸化アルミニウ
ムとアラミドの混合材料をコートし、負極と接する面にフッ素系材料をコートしてもよい
For example, a polypropylene film may be coated on both sides with a mixed material of aluminum oxide and aramid. Alternatively, the surface of the polypropylene film in contact with the positive electrode may be coated with a mixed material of aluminum oxide and aramid, and the surface in contact with the negative electrode may be coated with a fluorine-based material.

多層構造のセパレータを用いると、セパレータ全体の厚さが薄くても二次電池の安全性を
保つことができるため、二次電池の体積あたりの容量を大きくすることができる。
When a separator with a multilayer structure is used, the safety of the secondary battery can be maintained even if the overall thickness of the separator is thin, so that the capacity per volume of the secondary battery can be increased.

[外装体]
二次電池が有する外装体としては、例えばアルミニウムなどの金属材料や樹脂材料を用い
ることができる。また、フィルム状の外装体を用いることもできる。フィルムとしては、
例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等
の材料からなる膜上に、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金
属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステ
ル系樹脂等の絶縁性合成樹脂膜を設けた三層構造のフィルムを用いることができる。
[Exterior body]
As the exterior body of the secondary battery, a metal material such as aluminum or a resin material can be used, for example. Moreover, a film-like exterior body can also be used. As a film,
For example, a highly flexible metal thin film such as aluminum, stainless steel, copper, or nickel is provided on a film made of a material such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, ionomer, or polyamide, and then the outer surface of the exterior body is formed on the thin metal film. A three-layered film provided with an insulating synthetic resin film such as polyamide resin or polyester resin can be used.

上記に示した負極、負極活物質、負極集電体、電解液、セパレータ、外装体と、実施の形
態1に示した正極、正極活物質、正極集電体とを用いて二次電池を組み立てることができ
る。例えば、外装体が金属缶であり円形のものを用いれば、コイン型(単層偏平型)の二
次電池を公知の作製方法により作製することができる。
A secondary battery is assembled using the negative electrode, negative electrode active material, negative electrode current collector, electrolyte, separator, and exterior body shown above, and the positive electrode, positive electrode active material, and positive electrode current collector shown in Embodiment 1. be able to. For example, if the exterior body is a metal can and is circular, a coin-shaped (single-layer flat type) secondary battery can be manufactured by a known manufacturing method.

また、外装体が中空円柱状の金属缶を用いれば、円筒型の二次電池を公知の作製方法によ
り作製することができる。
Furthermore, if a metal can with a hollow cylindrical exterior body is used, a cylindrical secondary battery can be manufactured by a known manufacturing method.

また、フィルム状の外装体と、凹部を有するフィルムとを熱圧着などにより貼り合わせて
形成される空間に上述した捲回体を収納することで、ラミネート型の二次電池を公知の作
製方法により作製することができる。
In addition, by storing the above-mentioned wound body in a space formed by bonding a film-like exterior body and a film having recesses together by thermocompression bonding, etc., a laminate type secondary battery can be manufactured by a known manufacturing method. It can be made.

[充放電方法]
なお、二次電池の充放電は、たとえば下記のように行うことができる。
[Charging and discharging method]
Note that charging and discharging of the secondary battery can be performed, for example, as follows.

≪CC充電≫
まず、充電方法の1つとしてCC充電について説明する。CC充電は、充電期間のすべて
で一定の電流を二次電池に流し、所定の電圧になったときに充電を停止する充電方法であ
る。二次電池を、図3(A)に示すように内部抵抗Rと二次電池容量Cの等価回路と仮定
する。この場合、二次電池電圧Vは、内部抵抗Rにかかる電圧Vと二次電池容量Cに
かかる電圧Vの和である。
≪CC charging≫
First, CC charging will be explained as one of the charging methods. CC charging is a charging method in which a constant current is passed through the secondary battery during the entire charging period, and charging is stopped when a predetermined voltage is reached. The secondary battery is assumed to be an equivalent circuit of internal resistance R and secondary battery capacity C as shown in FIG. 3(A). In this case, the secondary battery voltage V B is the sum of the voltage V R applied to the internal resistance R and the voltage V C applied to the secondary battery capacity C.

CC充電を行っている間は、図3(A)に示すように、スイッチがオンになり、一定の電
流Iが二次電池に流れる。この間、電流Iが一定であるため、V=R×Iのオームの法
則により、内部抵抗Rにかかる電圧Vも一定である。一方、二次電池容量Cにかかる電
圧Vは、時間の経過とともに上昇する。そのため、二次電池電圧Vは、時間の経過と
ともに上昇する。
During CC charging, as shown in FIG. 3(A), the switch is turned on and a constant current I flows through the secondary battery. During this time, since the current I is constant, the voltage V R applied to the internal resistance R is also constant according to Ohm's law of V R =R×I. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with the passage of time. Therefore, the secondary battery voltage VB increases over time.

そして二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば4.3Vになったときに、充電を停止する
。CC充電を停止すると、図3(B)に示すように、スイッチがオフになり、電流I=0
となる。そのため、内部抵抗Rにかかる電圧Vが0Vとなる。そのため、内部抵抗Rで
の電圧降下がなくなった分、二次電池電圧Vが下降する。
Then, when the secondary battery voltage VB reaches a predetermined voltage, for example 4.3V, charging is stopped. When CC charging is stopped, the switch is turned off and the current I = 0, as shown in Figure 3(B).
becomes. Therefore, the voltage VR applied to the internal resistance R becomes 0V. Therefore, the secondary battery voltage VB decreases by the amount that the voltage drop across the internal resistance R disappears.

CC充電を行っている間と、CC充電を停止してからの、二次電池電圧Vと充電電流の
例を図3(C)に示す。CC充電を行っている間は上昇していた二次電池電圧Vが、C
C充電を停止してから若干低下する様子が示されている。
FIG. 3C shows an example of the secondary battery voltage VB and charging current during CC charging and after CC charging is stopped. The secondary battery voltage VB, which had increased while CC charging was being performed, is now C
It is shown that the voltage decreases slightly after C charging is stopped.

≪CCCV充電≫
次に、上記と異なる充電方法であるCCCV充電について説明する。CCCV充電は、ま
ずCC充電にて所定の電圧まで充電を行い、その後CV(定電圧)充電にて流れる電流が
少なくなるまで、具体的には終止電流値になるまで充電を行う充電方法である。
≪CCCV charging≫
Next, CCCV charging, which is a charging method different from the above, will be explained. CCCV charging is a charging method in which the battery is first charged to a predetermined voltage by CC charging, and then charged by CV (constant voltage) charging until the current flowing decreases, specifically, until the final current value is reached. .

CC充電を行っている間は、図4(A)に示すように、定電流電源のスイッチがオン、定
電圧電源のスイッチがオフになり、一定の電流Iが二次電池に流れる。この間、電流Iが
一定であるため、V=R×Iのオームの法則により、内部抵抗Rにかかる電圧Vも一
定である。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。そ
のため、二次電池電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。
During CC charging, as shown in FIG. 4A, the constant current power source is switched on, the constant voltage power source is switched off, and a constant current I flows through the secondary battery. During this time, since the current I is constant, the voltage V R applied to the internal resistance R is also constant according to Ohm's law of V R =R×I. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with the passage of time. Therefore, the secondary battery voltage VB increases over time.

そして二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば4.3Vになったときに、CC充電からC
V充電に切り替える。CV充電を行っている間は、図4(B)に示すように、定電圧電源
のスイッチがオン、定電流電源のスイッチがオフになり、二次電池電圧Vが一定となる
。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。V=V
+Vであるため、内部抵抗Rにかかる電圧Vは、時間の経過とともに小さくなる。内
部抵抗Rにかかる電圧Vが小さくなるに従い、V=R×Iのオームの法則により、二
次電池に流れる電流Iも小さくなる。
Then, when the secondary battery voltage VB reaches a predetermined voltage, for example 4.3V, the
Switch to V charging. During CV charging, as shown in FIG. 4(B), the constant voltage power source is switched on, the constant current power source is switched off, and the secondary battery voltage VB remains constant. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with the passage of time. VB = VR
+V C , the voltage V R applied to the internal resistance R decreases over time. As the voltage V R applied to the internal resistance R decreases, the current I flowing through the secondary battery also decreases according to Ohm's law of V R =R×I.

そして二次電池に流れる電流Iが所定の電流、例えば0.01C相当の電流となったとき
、充電を停止する。CCCV充電を停止すると、図4(C)に示すように、全てのスイッ
チがオフになり、電流I=0となる。そのため、内部抵抗Rにかかる電圧Vが0Vとな
る。しかし、CV充電により内部抵抗Rにかかる電圧Vが十分に小さくなっているため
、内部抵抗Rでの電圧降下がなくなっても、二次電池電圧Vはほとんど降下しない。
When the current I flowing through the secondary battery reaches a predetermined current, for example, a current equivalent to 0.01C, charging is stopped. When CCCV charging is stopped, all the switches are turned off and the current I becomes 0, as shown in FIG. 4(C). Therefore, the voltage VR applied to the internal resistance R becomes 0V. However, since the voltage V R applied to the internal resistor R has become sufficiently small due to CV charging, even if the voltage drop across the internal resistor R disappears, the secondary battery voltage V B hardly drops.

CCCV充電を行っている間と、CCCV充電を停止してからの、二次電池電圧Vと充
電電流の例を図4(D)に示す。CCCV充電を停止しても、二次電池電圧Vがほとん
ど降下しない様子が示されている。
FIG. 4(D) shows an example of the secondary battery voltage VB and charging current during CCCV charging and after CCCV charging is stopped. It is shown that even if CCCV charging is stopped, the secondary battery voltage VB hardly drops.

≪CC放電≫
次に、放電方法の1つであるCC放電について説明する。CC放電は、放電期間のすべて
で一定の電流を二次電池から流し、二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば2.5Vにな
ったときに放電を停止する放電方法である。
≪CC discharge≫
Next, CC discharge, which is one of the discharge methods, will be explained. CC discharge is a discharging method in which a constant current flows from the secondary battery throughout the discharge period, and discharging is stopped when the secondary battery voltage VB reaches a predetermined voltage, for example, 2.5V.

CC放電を行っている間の二次電池電圧Vと放電電流の例を図5に示す。放電が進むに
従い、二次電池電圧Vが降下していく様子が示されている。
FIG. 5 shows an example of the secondary battery voltage VB and discharge current during CC discharge. It is shown that the secondary battery voltage VB decreases as the discharge progresses.

次に、放電レート及び充電レートについて説明する。放電レートとは、電池容量に対する
放電時の電流の相対的な比率であり、単位Cで表される。定格容量X(Ah)の電池にお
いて、1C相当の電流は、X(A)である。2X(A)の電流で放電させた場合は、2C
で放電させたといい、X/5(A)の電流で放電させた場合は、0.2Cで放電させたと
いう。また、充電レートも同様であり、2X(A)の電流で充電させた場合は、2Cで充
電させたといい、X/5(A)の電流で充電させた場合は、0.2Cで充電させたという
Next, the discharge rate and charge rate will be explained. The discharge rate is the relative ratio of current during discharge to battery capacity, and is expressed in units of C. In a battery with a rated capacity of X (Ah), the current equivalent to 1C is X (A). When discharging with a current of 2X (A), 2C
It is said that when the battery was discharged at a current of X/5 (A), it was discharged at 0.2C. Also, the charging rate is the same; when charging with a current of 2X (A), it is said to be charged at 2C, and when charging with a current of X/5 (A), it is said to be charged at 0.2C. It is said that

(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様である二次電池を電子機器に実装する例について説明
する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example in which a secondary battery, which is one embodiment of the present invention, is mounted in an electronic device will be described.

日用電子機器に二次電池として本発明の一態様の二次電池を用いることで、長寿命な製品
を提供できる。例えば、日用電子機器として、電動歯ブラシ、電気シェーバー、電動美容
機器などが挙げられ、それらの製品の二次電池としては、使用者の持ちやすさを考え、形
状をスティック状とし、小型、軽量、且つ、大容量の二次電池が望まれている。
By using the secondary battery of one embodiment of the present invention as a secondary battery in everyday electronic devices, a product with a long life can be provided. For example, everyday electronic devices include electric toothbrushes, electric shavers, electric beauty devices, etc., and the secondary batteries for these products are small, lightweight, and stick-shaped to make them easier for users to hold. , and a high capacity secondary battery is desired.

図6(A)および図6(B)に、2つ折り可能なタブレット型端末の一例を示す。図6(
A)および図6(B)に示すタブレット型端末9600は、筐体9630a、筐体963
0b、筐体9630aと筐体9630bを接続する可動部9640、表示部9631aと
表示部9631bを有する表示部9631、表示モード切り替えスイッチ9626、電源
スイッチ9627、省電力モード切り替えスイッチ9625、留め具9629、操作スイ
ッチ9628、を有する。表示部9631には、可撓性を有するパネルを用いることで、
より広い表示部を有するタブレット端末とすることができる。図6(A)は、タブレット
型端末9600を開いた状態を示し、図6(B)は、タブレット型端末9600を閉じた
状態を示している。
FIGS. 6(A) and 6(B) show an example of a tablet-type terminal that can be folded into two. Figure 6 (
The tablet terminal 9600 shown in FIG. 6A) and FIG. 6B includes a housing 9630a and a housing 963.
0b, a movable part 9640 that connects the housings 9630a and 9630b, a display part 9631 having a display part 9631a and a display part 9631b, a display mode changeover switch 9626, a power switch 9627, a power saving mode changeover switch 9625, a fastener 9629, It has an operation switch 9628. By using a flexible panel for the display portion 9631,
The tablet terminal can have a wider display area. 6(A) shows the tablet terminal 9600 in an open state, and FIG. 6(B) shows the tablet terminal 9600 in a closed state.

また、タブレット型端末9600は、筐体9630aおよび筐体9630bの内部に蓄電
体9635を有する。蓄電体9635は、可動部9640を通り、筐体9630aと筐体
9630bに渡って設けられている。
Furthermore, the tablet terminal 9600 has a power storage body 9635 inside the housing 9630a and the housing 9630b. The power storage body 9635 is provided passing through the movable part 9640 and spanning the housings 9630a and 9630b.

表示部9631aは、一部をタッチパネルの領域9632aとすることができ、表示され
た操作キー9638にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部963
1aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域
がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部963
1aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部96
31aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表示
画面として用いることができる。
A portion of the display portion 9631a can be a touch panel area 9632a, and data can be input by touching the displayed operation keys 9638. Note that the display section 963
1a shows, as an example, a configuration in which half of the area has a display-only function and the other half has a touch panel function, but the configuration is not limited to this. Display section 963
The entire area of 1a may have a touch panel function. For example, the display section 96
The entire surface of 31a can be used as a touch panel by displaying keyboard buttons, and the display section 9631b can be used as a display screen.

また、表示部9631bにおいても表示部9631aと同様に、表示部9631bの一部
をタッチパネルの領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボード
表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで
表示部9631bにキーボードボタン表示することができる。
Further, in the display portion 9631b, a part of the display portion 9631b can be used as a touch panel area 9632b, similarly to the display portion 9631a. Further, by touching the position where the keyboard display switching button 9639 of the touch panel is displayed with a finger, stylus, etc., the keyboard button can be displayed on the display portion 9631b.

また、タッチパネルの領域9632aとタッチパネルの領域9632bに対して同時にタ
ッチ入力することもできる。
Further, touch input can be performed simultaneously on the touch panel area 9632a and the touch panel area 9632b.

また、表示モード切り替えスイッチ9626は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切
り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイ
ッチ9625は、タブレット型端末9600に内蔵している光センサで検出される使用時
の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は
光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出
装置を内蔵させてもよい。
Further, a display mode changeover switch 9626 can switch the display orientation such as portrait display or landscape display, and can select switching between black and white display or color display. The power saving mode changeover switch 9625 can optimize the display brightness according to the amount of external light during use, which is detected by an optical sensor built into the tablet terminal 9600. The tablet terminal may include not only a light sensor but also other detection devices such as a sensor that detects tilt, such as a gyro or an acceleration sensor.

また、図6(A)では表示部9631bと表示部9631aの表示面積が同じ例を示して
いるが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の
品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルと
してもよい。
Further, although FIG. 6A shows an example in which the display area of the display portion 9631b and the display portion 9631a are the same, this is not particularly limited, and the size of one and the other may be different, and the quality of the display may also be affected. May be different. For example, one display panel may be capable of displaying higher definition than the other.

図6(B)は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、太陽電池963
3、DCDCコンバータ9636を含む充放電制御回路9634有する。また、蓄電体9
635として、本発明の一態様に係る蓄電体を用いる。
FIG. 6(B) shows a closed state, and the tablet terminal has a housing 9630, a solar battery 963,
3. It has a charge/discharge control circuit 9634 including a DCDC converter 9636. In addition, the power storage body 9
As 635, a power storage body according to one embodiment of the present invention is used.

なお、タブレット型端末9600は2つ折り可能なため、未使用時に筐体9630aおよ
び筐体9630bを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより、
表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、タブレット型端末9600の耐
久性を高めることができる。また、本発明の一態様の二次電池を用いた蓄電体9635は
高容量、良好なサイクル特性を有するため、長期間に渡って長時間の使用ができるタブレ
ット型端末9600を提供できる。
Note that since the tablet terminal 9600 can be folded into two, it can be folded so that the housing 9630a and the housing 9630b are overlapped when not in use. By folding,
Since the display portions 9631a and 9631b can be protected, the durability of the tablet terminal 9600 can be increased. Further, since the power storage body 9635 using the secondary battery of one embodiment of the present invention has high capacity and good cycle characteristics, it is possible to provide the tablet terminal 9600 that can be used for a long time.

また、この他にも図6(A)および図6(B)に示したタブレット型端末は、様々な情報
(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを
表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力
機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有すること
ができる。
In addition, the tablet terminals shown in Figures 6(A) and 6(B) have the ability to display various information (still images, videos, text images, etc.), calendars, dates, and times, etc. It can have a function of displaying on the display, a touch input function of performing a touch input operation or editing the information displayed on the display, a function of controlling processing by various software (programs), and the like.

タブレット型端末の表面に装着された太陽電池9633によって、電力をタッチパネル、
表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、筐
体9630の片面又は両面に設けることができ、蓄電体9635の充電を効率的に行う構
成とすることができる。なお蓄電体9635としては、リチウムイオン電池を用いると、
小型化を図れる等の利点がある。
The solar cell 9633 attached to the surface of the tablet device provides power to the touch panel,
It can be supplied to a display unit, a video signal processing unit, or the like. Note that the solar cell 9633 can be provided on one or both sides of the housing 9630, and a configuration can be provided in which the power storage body 9635 is efficiently charged. Note that if a lithium ion battery is used as the power storage body 9635,
It has advantages such as being able to be made smaller.

また、図6(B)に示す充放電制御回路9634の構成、および動作について図6(C)
にブロック図を示し説明する。図6(C)には、太陽電池9633、蓄電体9635、D
CDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、表示部9
631について示しており、蓄電体9635、DCDCコンバータ9636、コンバータ
9637、スイッチSW1乃至SW3が、図6(B)に示す充放電制御回路9634に対
応する箇所となる。
Further, FIG. 6(C) shows the configuration and operation of the charge/discharge control circuit 9634 shown in FIG. 6(B).
A block diagram is shown and explained below. In FIG. 6(C), a solar cell 9633, a power storage body 9635, and a D
CDC converter 9636, converter 9637, switches SW1 to SW3, display section 9
631, and a power storage body 9635, a DC/DC converter 9636, a converter 9637, and switches SW1 to SW3 correspond to the charging/discharging control circuit 9634 shown in FIG. 6(B).

まず外光により太陽電池9633により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、蓄電体9635を充電するための電圧となるようDCDCコ
ンバータ9636で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池
9633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ9637
で表示部9631に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部9631
での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにして蓄電体9635の充
電を行う構成とすればよい。
First, an example of the operation when the solar cell 9633 generates power using external light will be described.
The power generated by the solar cell is boosted or stepped down by a DC/DC converter 9636 so that it becomes a voltage for charging the power storage body 9635. When the power from the solar cell 9633 is used to operate the display section 9631, the switch SW1 is turned on and the converter 9637
Then, the voltage required for the display portion 9631 is increased or decreased. In addition, the display section 9631
When the display is not performed, SW1 may be turned off and SW2 may be turned on to charge the power storage body 9635.

なお太陽電池9633については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧
電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段による蓄電
体9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送受信し
て充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成とし
てもよい。
Although the solar cell 9633 is shown as an example of a power generation means, it is not particularly limited, and the power storage body 9635 may be charged by other power generation means such as a piezoelectric element (piezo element) or a thermoelectric conversion element (Peltier element). It may be. For example, a non-contact power transmission module that wirelessly (contactlessly) transmits and receives power for charging, or a combination of other charging means may be used.

図7に、他の電子機器の例を示す。図7において、表示装置8000は、本発明の一態様
に係る二次電池8004を用いた電子機器の一例である。具体的に、表示装置8000は
、TV放送受信用の表示装置に相当し、筐体8001、表示部8002、スピーカ部80
03、二次電池8004等を有する。本発明の一態様に係る二次電池8004は、筐体8
001の内部に設けられている。表示装置8000は、商用電源から電力の供給を受ける
こともできるし、二次電池8004に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停
電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る二次
電池8004を無停電電源として用いることで、表示装置8000の利用が可能となる。
FIG. 7 shows an example of another electronic device. In FIG. 7, a display device 8000 is an example of an electronic device using a secondary battery 8004 according to one embodiment of the present invention. Specifically, the display device 8000 corresponds to a display device for receiving TV broadcasting, and includes a housing 8001, a display section 8002, and a speaker section 80.
03, has a secondary battery 8004, etc. A secondary battery 8004 according to one embodiment of the present invention has a housing 8
It is provided inside 001. The display device 8000 can receive power from a commercial power source, or can use power stored in the secondary battery 8004. Therefore, even when power cannot be supplied from a commercial power source due to a power outage or the like, the display device 8000 can be used by using the secondary battery 8004 according to one embodiment of the present invention as an uninterruptible power source.

表示部8002には、液晶表示装置、有機EL素子などの発光素子を各画素に備えた発光
装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Devi
ce)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field
Emission Display)などの、半導体表示装置を用いることができる。
The display portion 8002 includes a liquid crystal display device, a light emitting device in which each pixel is equipped with a light emitting element such as an organic EL element, an electrophoretic display device, and a DMD (Digital Micromirror Device).
ce), PDP (Plasma Display Panel), FED (Field
A semiconductor display device such as an emission display (emission display) can be used.

なお、表示装置には、TV放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など
、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
Note that display devices include all information display devices, such as those for receiving TV broadcasts, personal computers, and advertisement display.

図7において、据え付け型の照明装置8100は、本発明の一態様に係る二次電池810
3を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置8100は、筐体8101、光源
8102、二次電池8103等を有する。図7では、二次電池8103が、筐体8101
及び光源8102が据え付けられた天井8104の内部に設けられている場合を例示して
いるが、二次電池8103は、筐体8101の内部に設けられていても良い。照明装置8
100は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8103に蓄積さ
れた電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受け
られない時でも、本発明の一態様に係る二次電池8103を無停電電源として用いること
で、照明装置8100の利用が可能となる。
In FIG. 7, a stationary lighting device 8100 includes a secondary battery 810 according to one embodiment of the present invention.
This is an example of an electronic device using 3. Specifically, the lighting device 8100 includes a housing 8101, a light source 8102, a secondary battery 8103, and the like. In FIG. 7, a secondary battery 8103 is housed in a housing 8101.
Although a case is illustrated in which the light source 8102 is provided inside the ceiling 8104, the secondary battery 8103 may be provided inside the housing 8101. Lighting device 8
100 can receive power from a commercial power source or can use power stored in the secondary battery 8103. Therefore, even when power cannot be supplied from a commercial power source due to a power outage or the like, the lighting device 8100 can be used by using the secondary battery 8103 according to one embodiment of the present invention as an uninterruptible power source.

なお、図7では天井8104に設けられた据え付け型の照明装置8100を例示している
が、本発明の一態様に係る二次電池は、天井8104以外、例えば側壁8105、床81
06、窓8107等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型
の照明装置などに用いることもできる。
Note that although FIG. 7 illustrates a fixed lighting device 8100 provided on a ceiling 8104, a secondary battery according to one embodiment of the present invention can be installed on a wall other than the ceiling 8104, for example, a side wall 8105, a floor 81
06, it can be used for a stationary lighting device installed in a window 8107, etc., or it can be used for a tabletop lighting device, etc.

また、光源8102には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができ
る。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、LEDや有機EL素子などの発光
素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
Further, as the light source 8102, an artificial light source that obtains light artificially using electric power can be used. Specifically, examples of the artificial light source include discharge lamps such as incandescent lamps and fluorescent lamps, and light emitting elements such as LEDs and organic EL elements.

図7において、室内機8200及び室外機8204を有するエアコンディショナーは、本
発明の一態様に係る二次電池8203を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内機
8200は、筐体8201、送風口8202、二次電池8203等を有する。図7では、
二次電池8203が、室内機8200に設けられている場合を例示しているが、二次電池
8203は室外機8204に設けられていても良い。或いは、室内機8200と室外機8
204の両方に、二次電池8203が設けられていても良い。エアコンディショナーは、
商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8203に蓄積された電力を
用いることもできる。特に、室内機8200と室外機8204の両方に二次電池8203
が設けられている場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、
本発明の一態様に係る二次電池8203を無停電電源として用いることで、エアコンディ
ショナーの利用が可能となる。
In FIG. 7, an air conditioner having an indoor unit 8200 and an outdoor unit 8204 is an example of an electronic device using a secondary battery 8203 according to one embodiment of the present invention. Specifically, the indoor unit 8200 includes a housing 8201, an air outlet 8202, a secondary battery 8203, and the like. In Figure 7,
Although the case where the secondary battery 8203 is provided in the indoor unit 8200 is illustrated, the secondary battery 8203 may be provided in the outdoor unit 8204. Or the indoor unit 8200 and the outdoor unit 8
204 may be provided with a secondary battery 8203. The air conditioner is
Power can be supplied from a commercial power source, or power stored in the secondary battery 8203 can be used. In particular, the secondary battery 8203 is installed in both the indoor unit 8200 and the outdoor unit 8204.
is installed, even when power cannot be supplied from the commercial power source due to a power outage, etc.
By using the secondary battery 8203 according to one embodiment of the present invention as an uninterruptible power source, it is possible to use an air conditioner.

なお、図7では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例
示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを1つの筐体に有する一体型のエアコンデ
ィショナーに、本発明の一態様に係る二次電池を用いることもできる。
Although Fig. 7 shows an example of a separate air conditioner consisting of an indoor unit and an outdoor unit, it is possible to create an integrated air conditioner that has the functions of an indoor unit and an outdoor unit in one housing. , a secondary battery according to one embodiment of the present invention can also be used.

図7において、電気冷凍冷蔵庫8300は、本発明の一態様に係る二次電池8304を用
いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫8300は、筐体8301、冷蔵
室用扉8302、冷凍室用扉8303、二次電池8304等を有する。図7では、二次電
池8304が、筐体8301の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫8300は、商用
電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8304に蓄積された電力を用い
ることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも
、本発明の一態様に係る二次電池8304を無停電電源として用いることで、電気冷凍冷
蔵庫8300の利用が可能となる。
In FIG. 7, an electric refrigerator-freezer 8300 is an example of an electronic device using a secondary battery 8304 according to one embodiment of the present invention. Specifically, the electric refrigerator-freezer 8300 includes a housing 8301, a refrigerator door 8302, a freezer door 8303, a secondary battery 8304, and the like. In FIG. 7, a secondary battery 8304 is provided inside a housing 8301. The electric refrigerator-freezer 8300 can receive power from a commercial power source, or can use power stored in the secondary battery 8304. Therefore, even when power cannot be supplied from a commercial power source due to a power outage or the like, the electric refrigerator-freezer 8300 can be used by using the secondary battery 8304 according to one embodiment of the present invention as an uninterruptible power source.

なお、上述した電子機器のうち、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器などの電子
機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補助
するための補助電源として、本発明の一態様に係る二次電池を用いることで、電子機器の
使用時に商用電源のブレーカーが落ちるのを防ぐことができる。
Note that among the above-mentioned electronic devices, electronic devices such as high-frequency heating devices such as microwave ovens and electric rice cookers require high power for a short time. Therefore, by using the secondary battery according to one embodiment of the present invention as an auxiliary power source to supplement power that cannot be supplied by the commercial power source, it is possible to prevent the breaker of the commercial power source from tripping when using electronic equipment. .

また、電子機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量の
うち、実際に使用される電力量の割合(電力使用率と呼ぶ)が低い時間帯において、二次
電池に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑える
ことができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫8300の場合、気温が低く、冷蔵室用扉830
2、冷凍室用扉8303の開閉が行われない夜間において、二次電池8304に電力を蓄
える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303の開閉が行わ
れる昼間において、二次電池8304を補助電源として用いることで、昼間の電力使用率
を低く抑えることができる。
In addition, during times when electronic devices are not in use, especially during times when the proportion of the amount of electricity actually used (referred to as the power usage rate) out of the total amount of electricity that can be supplied by the commercial power supply source is low, By storing power in the secondary battery, it is possible to suppress an increase in the power usage rate outside of the above-mentioned time period. For example, in the case of the electric refrigerator-freezer 8300, the temperature is low and the refrigerator compartment door 830
2. Power is stored in the secondary battery 8304 at night when the freezer door 8303 is not opened or closed. By using the secondary battery 8304 as an auxiliary power source during the daytime when the temperature is high and the refrigerator compartment door 8302 and the freezer compartment door 8303 are opened and closed, the power usage rate during the daytime can be kept low.

本発明の一態様により、二次電池のサイクル特性が良好となり、信頼性を向上させること
ができる。また、本発明の一態様によれば、高容量の二次電池とすることができ、よって
、二次電池の特性を向上することができ、よって、二次電池自体を小型軽量化することが
できる。そのため本発明の一態様である二次電池を、本実施の形態で説明した電子機器に
搭載することで、より長寿命で、より軽量な電子機器とすることができる。本実施の形態
は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
According to one embodiment of the present invention, the cycle characteristics of a secondary battery can be improved, and reliability can be improved. Further, according to one aspect of the present invention, a high-capacity secondary battery can be obtained, the characteristics of the secondary battery can be improved, and the secondary battery itself can be made smaller and lighter. can. Therefore, by mounting a secondary battery, which is one embodiment of the present invention, in the electronic device described in this embodiment, the electronic device can have a longer life and be lighter. This embodiment can be implemented in combination with other embodiments as appropriate.

(実施の形態4)
本実施の形態では、車両に本発明の一態様である二次電池を搭載する例を示す。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example is shown in which a secondary battery, which is one embodiment of the present invention, is mounted on a vehicle.

二次電池を車両に搭載すると、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、又はプ
ラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる
When a secondary battery is installed in a vehicle, next-generation clean energy vehicles such as hybrid vehicles (HEVs), electric vehicles (EVs), or plug-in hybrid vehicles (PHEVs) can be realized.

図8において、本発明の一態様である二次電池を用いた車両を例示する。図8(A)に示
す自動車8400は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である
。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いること
が可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車
両を実現することができる。また、自動車8400は二次電池を有する。二次電池は、車
内の床部分に対して、複数の二次電池のモジュールを並べて使用すればよい。また、二次
電池を複数組み合わせた電池パックを車内の床部分に対して設置してもよい。二次電池は
電気モーター8406を駆動するだけでなく、ヘッドライト8401やルームライト(図
示せず)などの発光装置に電力を供給することができる。
FIG. 8 illustrates a vehicle using a secondary battery, which is one embodiment of the present invention. A car 8400 shown in FIG. 8A is an electric car that uses an electric motor as a power source for driving. Alternatively, it is a hybrid vehicle that can appropriately select and use an electric motor and an engine as a power source for driving. By using one embodiment of the present invention, a vehicle with a long cruising distance can be realized. Further, the automobile 8400 has a secondary battery. A plurality of secondary battery modules may be used by arranging them on the floor of the vehicle. Further, a battery pack including a plurality of secondary batteries may be installed on the floor of the vehicle. The secondary battery not only drives the electric motor 8406 but also can supply power to light emitting devices such as the headlight 8401 and a room light (not shown).

また、二次電池は、自動車8400が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示
装置に電力を供給することができる。また、二次電池は、自動車8400が有するナビゲ
ーションシステムなどの半導体装置に電力を供給することができる。
Further, the secondary battery can supply power to display devices such as a speedometer and a tachometer that the automobile 8400 has. Further, the secondary battery can supply power to a semiconductor device such as a navigation system included in the automobile 8400.

図8(B)に示す自動車8500は、自動車8500が有する二次電池にプラグイン方式
や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる
。図8(B)に、地上設置型の充電装置8021から自動車8500に搭載された二次電
池8024に、ケーブル8022を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては
、充電方法やコネクターの規格等はCHAdeMO(登録商標)やコンボ等の所定の方式
で適宜行えばよい。充電装置8021は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよ
く、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力
供給により自動車8500に搭載された二次電池8024を充電することができる。充電
は、ACDCコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うこと
ができる。
The automobile 8500 shown in FIG. 8(B) can be charged by receiving power from an external charging facility using a plug-in method, a non-contact power supply method, or the like to a secondary battery of the automobile 8500. FIG. 8B shows a state in which a ground-mounted charging device 8021 is charging a secondary battery 8024 mounted on an automobile 8500 via a cable 8022. When charging, a predetermined method such as CHAdeMO (registered trademark) or Combo may be used for the charging method and the connector standard. The charging device 8021 may be a charging station provided at a commercial facility, or may be a home power source. For example, using plug-in technology, the secondary battery 8024 mounted on the automobile 8500 can be charged by external power supply. Charging can be performed by converting AC power into DC power via a conversion device such as an ACDC converter.

また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給
して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組
み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電
の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に
太陽電池を設け、停車時や走行時に二次電池の充電を行ってもよい。このような非接触で
の電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。
Although not shown, a power receiving device can be mounted on a vehicle and electrical power can be supplied from a ground power transmitting device in a non-contact manner for charging. In the case of this contactless power supply method, by incorporating a power transmission device into the road or outside wall, charging can be performed not only while the vehicle is stopped but also while the vehicle is running. Further, electric power may be transmitted and received between vehicles using this non-contact power supply method. Furthermore, a solar cell may be provided on the exterior of the vehicle to charge the secondary battery when the vehicle is stopped or traveling. For such non-contact power supply, an electromagnetic induction method or a magnetic resonance method can be used.

また、図8(C)は、本発明の一態様の二次電池を用いた二輪車の一例である。図8(C
)に示すスクータ8600は、二次電池8602、サイドミラー8601、方向指示灯8
603を備える。二次電池8602は、方向指示灯8603に電気を供給することができ
る。
Further, FIG. 8(C) is an example of a two-wheeled vehicle using the secondary battery of one embodiment of the present invention. Figure 8 (C
) is equipped with a secondary battery 8602, a side mirror 8601, and a direction indicator light 8.
603. The secondary battery 8602 can supply electricity to the direction indicator light 8603.

また、図8(C)に示すスクータ8600は、座席下収納8604に、二次電池8602
を収納することができる。二次電池8602は、座席下収納8604が小型であっても、
座席下収納8604に収納することができる。二次電池8602は、取り外し可能となっ
ており、充電時には二次電池8602を屋内に持って運び、充電し、走行する前に収納す
ればよい。
In addition, the scooter 8600 shown in FIG. 8(C) has a secondary battery 8602 in the under-seat storage 8604.
can be stored. Even if the under-seat storage 8604 is small, the secondary battery 8602 is
It can be stored in the under-seat storage 8604. The secondary battery 8602 is removable, and when charging, the secondary battery 8602 can be carried indoors, charged, and stored before driving.

本発明の一態様によれば、二次電池のサイクル特性が良好となり、二次電池の容量を大き
くすることができる。よって、二次電池自体を小型軽量化することができる。二次電池自
体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与するため、航続距離を向上させることがで
きる。また、車両に搭載した二次電池を車両以外の電力供給源として用いることもできる
According to one aspect of the present invention, the cycle characteristics of a secondary battery are improved, and the capacity of the secondary battery can be increased. Therefore, the secondary battery itself can be made smaller and lighter. If the secondary battery itself can be made smaller and lighter, it will contribute to reducing the weight of the vehicle and improve its cruising distance. Further, a secondary battery mounted on a vehicle can also be used as a power supply source other than the vehicle.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in combination with other embodiments as appropriate.

本実施例では、本発明の一態様である正極活物質を含む正極を作製し、該正極活物質周辺
について断面を観察した結果について説明する。また、該正極活物質を含む正極を用いた
二次電池の特性を評価した結果について説明する。
In this example, a positive electrode containing a positive electrode active material that is one embodiment of the present invention was manufactured, and the results of observing a cross section around the positive electrode active material will be described. Furthermore, the results of evaluating the characteristics of a secondary battery using a positive electrode containing the positive electrode active material will be explained.

[正極活物質の作製]
≪サンプル01≫
本実施例では、サンプルの正極活物質として、第1の領域が有するリチウムと第1の遷移
金属の複合酸化物として、コバルト酸リチウムを有し、第2の領域が有する、第2の遷移
金属の酸化物として、チタン酸リチウムを有し、第3の領域が有する、典型元素の酸化物
として、酸化マグネシウムを有するものを作製した。
[Preparation of positive electrode active material]
≪Sample 01≫
In this example, as the positive electrode active material of the sample, the first region has lithium cobalt oxide as a composite oxide of lithium and the first transition metal, and the second region has lithium cobalt oxide. An oxide having lithium titanate as an oxide and having magnesium oxide as an oxide of a typical element included in the third region were prepared.

本実施例では、出発原料としてコバルト酸リチウム粒子(日本化学工業株式会社製、商品
名:C-20F)を用いた。そのため本実施例では、実施の形態1で説明したステップ1
2およびステップ13を省略した。なお上記コバルト酸リチウム粒子は、粒径が約20μ
mであり、XPSで分析可能な領域にフッ素、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、
シリコン、硫黄、リンを含むコバルト酸リチウム粒子である。
In this example, lithium cobalt oxide particles (manufactured by Nihon Kagaku Kogyo Co., Ltd., trade name: C-20F) were used as the starting material. Therefore, in this embodiment, step 1 explained in Embodiment 1 is
2 and step 13 were omitted. The above lithium cobalt oxide particles have a particle size of approximately 20 μm.
m, and the region that can be analyzed by XPS contains fluorine, magnesium, calcium, sodium,
Lithium cobalt oxide particles containing silicon, sulfur, and phosphorus.

次に、ステップ14としてマグネシウムとフッ素を含むコバルト酸リチウム粒子にゾルゲ
ル法によりチタンを含む材料を被覆した。具体的には、イソプロパノールにTTIPを溶
解し、TTIPのイソプロパノール溶液を作製した。そして該溶液に、コバルト酸リチウ
ム粒子を混合した。TTIPがマグネシウムとフッ素を含むコバルト酸リチウムに対して
0.04ml/gとなるように混合した。
Next, in step 14, lithium cobalt oxide particles containing magnesium and fluorine were coated with a material containing titanium by a sol-gel method. Specifically, TTIP was dissolved in isopropanol to prepare an isopropanol solution of TTIP. Then, lithium cobalt oxide particles were mixed into the solution. The mixture was mixed so that TTIP was 0.04 ml/g with respect to lithium cobalt oxide containing magnesium and fluorine.

上記混合液を、マグネチックスターラーで4時間、25℃、湿度90%RHの条件下で撹
拌した。この処理により、雰囲気中の水とTTIPで加水分解および重縮合反応を起こさ
せ、マグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子の表面に、チタンを含む層を
形成させた。
The above liquid mixture was stirred with a magnetic stirrer for 4 hours under conditions of 25° C. and 90% RH. Through this treatment, a hydrolysis and polycondensation reaction occurred with water in the atmosphere and TTIP, and a layer containing titanium was formed on the surface of the lithium cobalt oxide particles containing magnesium and fluorine.

上記の処理を終えた混合液を遠心分離し、溶媒の上澄みを除去して残渣を回収した。遠心
分離条件は3000rpm、1分とした。
After the above treatment, the mixed solution was centrifuged, the supernatant of the solvent was removed, and the residue was collected. The centrifugation conditions were 3000 rpm and 1 minute.

回収した残渣を、70℃で1時間、真空乾燥した。 The collected residue was vacuum dried at 70°C for 1 hour.

次に、チタンを有する材料で被覆されたコバルト酸リチウム粒子を加熱した。マッフル炉
を用いて、酸素の流量は10L/minとし、800℃(昇温200℃/時間)、保持時
間2時間で加熱した。
Next, the lithium cobalt oxide particles coated with the titanium-containing material were heated. Heating was performed using a muffle furnace at an oxygen flow rate of 10 L/min at 800° C. (temperature increase: 200° C./hour) for a holding time of 2 hours.

次に、加熱された粒子を室温まで冷却した。保持温度から室温までの降温時間は10~1
5時間とした。その後、解砕処理を行った。解砕処理は、ふるいにかけることにより行い
、ふるいは目開きが53μmのものを用いた。
The heated particles were then cooled to room temperature. Cooling time from holding temperature to room temperature is 10 to 1
It was set as 5 hours. Thereafter, a crushing process was performed. The crushing treatment was performed by passing through a sieve, and the sieve used had an opening of 53 μm.

最後に冷却された粒子を回収し、サンプル01の正極活物質を得た。 Finally, the cooled particles were collected to obtain a positive electrode active material of sample 01.

[二次電池の作製]
上記で作製したサンプル01の正極活物質を用いた、CR2032タイプ(直径20mm
高さ3.2mm)のコイン型の二次電池を作製した。
[Preparation of secondary battery]
CR2032 type (diameter 20 mm) using the positive electrode active material of sample 01 prepared above.
A coin-shaped secondary battery with a height of 3.2 mm was fabricated.

正極には、正極活物質(LCO)と、カーボンナノチューブ(VGCF(登録商標))と
、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)をLCO:カーボンナノチューブ:PVDF=96
:2:2(重量比)で混合したスラリーを集電体(アルミニウム箔)に塗工したものを用
いた。断面SEM写真を図9(A)及び図9(B)に示す。なお、サンプル01は同じサ
ンプルを3つ作製し、プレス圧は、プレスなし、210kN/m、713kN/m、12
16kN/m、1467kN/mとそれぞれ条件を振り、電極密度を測定した。プレス温
度は120℃とした。なお、本実施例では、正極において正極活物質と、炭素繊維と、ポ
リフッ化ビニリデンの重量比を96:2:2とする例を示したが特に限定されず、例えば
、重量比を95:3:2としてもよい。
For the positive electrode, a positive electrode active material (LCO), carbon nanotubes (VGCF (registered trademark)), and polyvinylidene fluoride (PVDF) were used. LCO: carbon nanotube: PVDF = 96
A current collector (aluminum foil) was coated with a slurry mixed at a ratio of 2:2 (weight ratio). Cross-sectional SEM photographs are shown in FIGS. 9(A) and 9(B). Three samples of the same sample 01 were prepared, and the press pressures were: no press, 210 kN/m, 713 kN/m, and 12
The electrode density was measured under different conditions: 16 kN/m and 1467 kN/m. The pressing temperature was 120°C. In this example, an example was shown in which the weight ratio of the positive electrode active material, carbon fiber, and polyvinylidene fluoride in the positive electrode was 96:2:2, but there is no particular limitation. For example, the weight ratio may be 95:3. :2 may be used.

電極密度を測定した結果を表1に示す。 Table 1 shows the results of measuring the electrode density.

Figure 0007371186000001
Figure 0007371186000001

表1に示したように、1216kN/m、1467kN/mの2条件で得られた正極活物
質層の電極密度は、4.6g/cmとなった。
As shown in Table 1, the electrode density of the positive electrode active material layer obtained under the two conditions of 1216 kN/m and 1467 kN/m was 4.6 g/cm 3 .

用いた気相成長炭素繊維(VGCF(登録商標):Vapor-Grown Carbo
n Fiber)の代表値は、繊維径150nm、繊維長10μm以上20μm以下、真
密度2.1g/cm、比表面積13m/gである。なお、繊維径とは、SEMで観察
して、二次元的に撮影された画像から繊維軸に対して垂直方向の断面を切断面とし、この
切断面に外接する真円の径のことを指す。また、真密度とは、物質自身が占める体積だけ
を密度算定用の体積とする密度のことを指す。また、比表面積とは、対象物について単位
質量あたりの表面積または単位体積あたりの表面積のことである。
Vapor-Grown Carbon Fiber (VGCF (registered trademark)) used
Typical values for fiber diameter are 150 nm, fiber length 10 μm or more and 20 μm or less, true density 2.1 g/cm 3 , and specific surface area 13 m 2 /g. Note that the fiber diameter refers to the diameter of a perfect circle circumscribed to a cross section perpendicular to the fiber axis from an image taken two-dimensionally by SEM. . In addition, true density refers to density in which only the volume occupied by the substance itself is used as the volume for density calculation. Further, the specific surface area refers to the surface area per unit mass or the surface area per unit volume of an object.

対極にはリチウム金属を用いた。 Lithium metal was used as the counter electrode.

電解液が有する電解質には、1mol/Lの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を用
い、電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)がE
C:DEC=3:7(体積比)、ビニレンカーボネート(VC)が2重量%で混合された
ものを用いた。セパレータにはポリポロピレンを用いた。
The electrolyte contains 1 mol/L lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), and the electrolyte contains ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC).
A mixture of C:DEC=3:7 (volume ratio) and vinylene carbonate (VC) at 2% by weight was used. Polypropylene was used for the separator.

正極缶及び負極缶には、ステンレス(SUS)で形成されているものを用いた。 The positive electrode can and the negative electrode can were made of stainless steel (SUS).

また、比較のため、カーボンナノチューブ(VGCF)に代えてABを用いたサンプル0
2を用意し、同じ工程で3つサンプルを作製し、プレス圧は、プレスなし(0kN/m)
、210kN/m、713kN/m、1216kN/m、1467kN/mとそれぞれ条
件を振った。1467kN/mの1条件でのみ4.0g/cmが得られた。これらの結
果からABのみを用いた場合、プレス圧を高くしても均一性よく電極密度4.0g/cm
を超え、電極密度4.2g/cm以上となるような電極密度を得ることが困難である
Also, for comparison, sample 0 using AB instead of carbon nanotubes (VGCF)
2 was prepared, three samples were made in the same process, and the press pressure was no press (0 kN/m).
, 210kN/m, 713kN/m, 1216kN/m, and 1467kN/m, respectively. 4.0 g/cm 3 was obtained only under one condition of 1467 kN/m. From these results, when only AB is used, the electrode density is 4.0 g/cm with good uniformity even if the press pressure is increased.
3 , and it is difficult to obtain an electrode density of 4.2 g/cm 3 or more.

Figure 0007371186000002
Figure 0007371186000002

また、電極密度の平均値でグラフを作成した結果を図10に示す。縦軸に電極密度、横軸
にプレス圧力を示している。
Further, FIG. 10 shows the results of creating a graph based on the average value of electrode density. The vertical axis shows the electrode density and the horizontal axis shows the press pressure.

[サイクル特性の評価]
次に、上記で作製したサンプル01(プレス圧条件:1467kN/mのサンプル)の二
次電池の充放電特性の評価を行った。測定温度は45℃とした。充電は4.55V(CC
CV,1C、カットオフ電流0.05C)、放電は3V(CC,1C)で、それぞれ10
0サイクル充放電を行った。サンプル01のサイクル試験の休止時間は1分とした。なお
、ここでの1Cは、正極活物質重量あたりの電流値で160mAh/gとした。
[Evaluation of cycle characteristics]
Next, the charging and discharging characteristics of the secondary battery of sample 01 (press pressure condition: 1467 kN/m sample) produced above were evaluated. The measurement temperature was 45°C. Charging is 4.55V (CC
CV, 1C, cut-off current 0.05C), discharge is 3V (CC, 1C), each 10
0 cycle charging/discharging was performed. The pause time of the cycle test for sample 01 was 1 minute. Note that 1C here is a current value per weight of positive electrode active material, which is 160 mAh/g.

図11は、サンプル01のサイクル試験結果である。休止時間を1分としてサイクル試験
を行い、初回の放電容量は、211.6mAh/gであり、100回サイクル後の放電容
量は、186.9mAh/gであった。図11に示すように、充放電サイクル100回目
での充放電サイクルの容量維持率を88.3%に抑えることができ、良好であった。なお
、サンプル01の充放電特性は、広いプラトーを有する良好な充放電特性が得られている
FIG. 11 shows the cycle test results for sample 01. A cycle test was conducted with a rest time of 1 minute, and the initial discharge capacity was 211.6 mAh/g, and the discharge capacity after 100 cycles was 186.9 mAh/g. As shown in FIG. 11, the capacity retention rate of the 100th charge/discharge cycle could be suppressed to 88.3%, which was good. Note that sample 01 had good charge-discharge characteristics with a wide plateau.

100a:正極活物質
100b:正極活物質
100c:正極活物質
130:バインダ
131a、131b:炭素繊維
100a: Positive electrode active material 100b: Positive electrode active material 100c: Positive electrode active material 130: Binder 131a, 131b: Carbon fiber

Claims (10)

正極活物質と、導電補助剤と、バインダとを含む正極活物質層であって、
前記正極活物質は、リチウムと、チタンと、コバルトと、マグネシウムと、酸素と、フッ素と、を有し、
前記導電補助剤は、比表面積が60m/g未満のカーボンナノチューブを含み、
加圧成形後の電極密度は、4.0g/cm以上である正極活物質層。
A positive electrode active material layer comprising a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder,
The positive electrode active material includes lithium, titanium, cobalt, magnesium, oxygen, and fluorine,
The conductive auxiliary agent includes carbon nanotubes with a specific surface area of less than 60 m 2 /g,
The positive electrode active material layer has an electrode density of 4.0 g/cm 3 or more after pressure molding.
請求項1において、前記加圧成形のプレス圧力は、1050kN/m以上の圧力である正極活物質層2. The positive electrode active material layer according to claim 1, wherein the press pressure of the pressure molding is 1050 kN/m or more. 正極活物質と、導電補助剤と、バインダとを含む正極活物質層であって、
前記正極活物質は、リチウムと、チタンと、コバルトと、マグネシウムと、酸素と、フッ素と、を有し、
前記導電補助剤は、比表面積が60m/g未満のカーボンナノチューブを含み、
加圧成形後の電極密度は、4.3g/cm以上である正極活物質層。
A positive electrode active material layer comprising a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder,
The positive electrode active material includes lithium, titanium, cobalt, magnesium, oxygen, and fluorine,
The conductive auxiliary agent includes carbon nanotubes with a specific surface area of less than 60 m 2 /g,
The positive electrode active material layer has an electrode density of 4.3 g/cm 3 or more after pressure molding.
請求項3において、前記加圧成形のプレス圧力は、1450kN/m以上の圧力である正極活物質層4. The positive electrode active material layer according to claim 3, wherein the press pressure of the pressure molding is 1450 kN/m or more. 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記正極活物質は96重量%であり、
前記導電補助剤は2重量%であり、
前記バインダは2重量%である正極活物質層。
In any one of claims 1 to 4,
The positive electrode active material is 96% by weight,
The conductivity auxiliary agent is 2% by weight,
The binder is 2% by weight of the positive electrode active material layer.
請求項1乃至5のいずれか一において、前記導電補助剤は、さらに比表面積が60m/g以上のカーボンブラックを含む正極活物質層。 6. The positive electrode active material layer according to claim 1, wherein the conductive auxiliary agent further contains carbon black having a specific surface area of 60 m 2 /g or more. 正極集電体と、正極活物質層を含む正極と、負極とを有する二次電池であって、
前記正極活物質層は、正極活物質と、導電補助剤と、バインダとを有し、
前記正極活物質層は、リチウムと、チタンと、コバルトと、マグネシウムと、酸素と、フッ素とを含
前記導電補助剤は、比表面積が60m/g未満のカーボンナノチューブとを含む二次電池。
A secondary battery having a positive electrode current collector, a positive electrode including a positive electrode active material layer, and a negative electrode,
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material, a conductive aid, and a binder,
The positive electrode active material layer contains lithium, titanium, cobalt, magnesium, oxygen, and fluorine,
The conductive auxiliary agent is a secondary battery containing carbon nanotubes having a specific surface area of less than 60 m 2 /g.
請求項7において、前記正極活物質層の加圧成形後の電極密度は、4.3g/cm以上であり、
前記加圧成形のプレス圧力は、1450kN/m以上の圧力である二次電池。
In claim 7, the electrode density of the positive electrode active material layer after pressure molding is 4.3 g/cm 3 or more,
The press pressure of the pressure molding is a pressure of 1450 kN/m or more.
請求項7または請求項8において、
前記正極活物質は96重量%であり、
前記導電補助剤は2重量%であり、
前記バインダは2重量%である二次電池。
In claim 7 or claim 8,
The positive electrode active material is 96% by weight,
The conductivity auxiliary agent is 2% by weight,
A secondary battery in which the binder is 2% by weight.
請求項7乃至9のいずれか一において、前記導電補助剤は、さらに比表面積が60m/g以上のカーボンブラックを含む二次電池。 The secondary battery according to any one of claims 7 to 9, wherein the conductive auxiliary agent further contains carbon black having a specific surface area of 60 m 2 /g or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005106993A1 (en) 2004-04-30 2005-11-10 Seimi Chemical Co., Ltd. Method for producing lithium-containing complex oxide for positive electrode of lithium secondary battery

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3695366B2 (en) * 2001-03-21 2005-09-14 日亜化学工業株式会社 Positive electrode active material for lithium ion secondary battery and method for producing the same
JP3930002B2 (en) * 2003-07-28 2007-06-13 昭和電工株式会社 High density electrode and battery using the electrode
JP2010176996A (en) * 2009-01-28 2010-08-12 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5732351B2 (en) * 2010-09-02 2015-06-10 日本化学工業株式会社 Method for producing lithium cobalt oxide
WO2014017583A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Tdk株式会社 Lithium ion secondary battery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2005106993A1 (en) 2004-04-30 2005-11-10 Seimi Chemical Co., Ltd. Method for producing lithium-containing complex oxide for positive electrode of lithium secondary battery

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