JPH06290780A - Positive electrode material for lithium secondary battery and its synthesis and evaluation, and lithium secondary battery and its manufacture - Google Patents

Positive electrode material for lithium secondary battery and its synthesis and evaluation, and lithium secondary battery and its manufacture

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JPH06290780A
JPH06290780A JP5076847A JP7684793A JPH06290780A JP H06290780 A JPH06290780 A JP H06290780A JP 5076847 A JP5076847 A JP 5076847A JP 7684793 A JP7684793 A JP 7684793A JP H06290780 A JPH06290780 A JP H06290780A
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secondary battery
positive electrode
lithium secondary
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licoo2
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潔 花房
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久 塩田
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PURPOSE:To obtain a stabilized synthesis method of a positive electrode material for a lithium secondary battery and its evaluation, and the construction and manufacturing method of a lithium secondary battery excellent in discharge capacity and discharge cycle characteristics. CONSTITUTION:A cobalt oxide as a starting material is baked in advance at between 910 deg.C-950 deg.C. This cobalt oxide and a lithium salt are then heattreated, so that a composition with LiCoO2, or LiCoO2 as its principal constituent is obtained. In this synthesis of a positive electrode material for a secondary battery, a furnace controlling thermocouple is inserted at the center of the baked powder, so that its two-stage baking is made with the upper limit temperature set at 900 deg.C. In this case, a spacer of 1mm or more in thickness is inserted to make gaps of 1mm-2mm between the press-molded material pieces.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はリチウム二次電池用の正
極材料として使用されるに好適なLiCoO2あるいは
LiCoO2を主成分とする組成物、並びにその合成
法、及び評価法に関するものであり、また、このような
正極材料を用いるリチウム二次電池の構造及び製造方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to LiCoO2 or a composition containing LiCoO2 as a main component, which is suitable for use as a positive electrode material for a lithium secondary battery, and a synthesis method and evaluation method thereof. The present invention relates to a structure and a manufacturing method of a lithium secondary battery using such a positive electrode material.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、LiCoO2 はコバルト化合物と
リチウム塩とを適当な混合比で混合し、比較的高温で焼
成され合成されていた。たとえば、文献(Mat.Re
s.Bull.15(1980)783 K.Mizushima
ら)によると、CoCO3 とLi2CO3 とを900
℃、20時間、空気中で予備焼成した後、更に二回の焼
成(詳細温度条件不明)を行ない、好適なLiCoO2
を合成していた。混合されたCoCO3とLi2CO3と
は、高温で熱分解し、CO2ガスを放出するとともに反応
し、LiCoO2を生成する。この反応を推測すれば、
おそらく次に示す反応式で表されると考えられる。
2. Description of the Related Art Hitherto, LiCoO2 has been synthesized by mixing a cobalt compound and a lithium salt in an appropriate mixing ratio and firing at a relatively high temperature. For example, in the literature (Mat.
s. Bull. 15 (1980) 783 K. Mizushima
According to et al., CoCO3 and Li2CO3 are 900
After pre-firing in air at ℃ for 20 hours, firing is performed twice more (detailed temperature condition unknown) to obtain suitable LiCoO2.
Was being synthesized. The mixed CoCO3 and Li2CO3 are thermally decomposed at a high temperature to release CO2 gas and react with each other to produce LiCoO2. Given this reaction,
Probably it is considered to be represented by the following reaction formula.

【0003】[0003]

【化1】 [Chemical 1]

【0004】この反応式で、(1)および(3)は、余
分の酸素を必要とするのが特徴である。もし、CoCO
3のかわりにCo3O4を最初から出発原料として使用す
れば、(1)式の反応に対する配慮は不必要となる。従
って、CoCO3 を用いるよりは、Co3O4を用いた方
が、実用上好都合なところがあると考えられる。場合に
よっては、リチウムの過酸化物を用いた合成が行われる
こともある(たとえば、文献(M.G.S.R.tho
mas etal Mat.Res.Bull.,20
(1985)1137)に示される)。
In this reaction formula, (1) and (3) are characterized by requiring extra oxygen. If CoCO
If Co3O4 is used as a starting material from the beginning instead of 3, consideration for the reaction of the formula (1) becomes unnecessary. Therefore, it is considered that using Co3 O4 is more practically convenient than using CoCO3. In some cases, synthesis using a peroxide of lithium may be performed (for example, in literature (MGSR tho).
mas et al Mat. Res. Bull. , 20
(1985) 1137)).

【0005】このように最適合成法などをめぐって、多
くのノウハウが存在し、また特許出願されているのであ
るが、基本的にこの組成物は電気抵抗値が高く、文献
(J,Phys,Chem,Solids,48,97(1987))によれば100Ω
・cmである。電気抵抗値が本質的に高い正極材料を用
いて正極を作成した場合、電子伝導抵抗損失が大きくな
る不利を避けることができない。また、LiCoO2
は、酸素不足が存在する。酸素不足量が多くなると層状
構造の維持が困難になる。
As described above, there is a lot of know-how concerning the optimal synthesis method and the like, and patents have been applied for. However, basically, this composition has a high electric resistance value, and the literature (J, Phys, Chem, Solids, 48, 97 (1987)) 100Ω
・ It is cm. When a positive electrode is made using a positive electrode material having an essentially high electric resistance value, the disadvantage of large electron conduction resistance loss cannot be avoided. In addition, LiCoO2
There is a lack of oxygen. When the oxygen deficiency increases, it becomes difficult to maintain the layered structure.

【0006】一方リチウム二次電池において、負極材料
としては以前はリチウム金属単体が用いられていたが、
リチウム金属の樹状析出により内部短絡を引き起こす等
問題があった。よって近年では負極材料として炭素を用
い、リチウムイオンを挿入、脱離させる方法が主流にな
りつつある。この電極を用いることによってリチウム金
属を用いた場合と同程度の電圧を有し、なおかつ樹状析
出のない安全性の高い電池が可能になった。この負極の
構成は熱分解炭素,カーボンブラック,コークス,グラ
ファイト等の炭素材料を用い、成形のためバインダーを
用いて結着させている。
On the other hand, in lithium secondary batteries, lithium metal alone was used as the negative electrode material before.
There was a problem such as an internal short circuit due to the dendritic deposition of lithium metal. Therefore, in recent years, a method of using carbon as a negative electrode material and inserting and desorbing lithium ions is becoming mainstream. By using this electrode, a battery having a voltage similar to that when using lithium metal and having high safety without dendrite was made possible. The negative electrode is composed of a carbon material such as pyrolytic carbon, carbon black, coke and graphite, and is bound by a binder for molding.

【0007】正極の構成材料としてはLiCoO2 のよ
うな正極活物質を主成分とし、導電性を向上させるため
黒鉛等を加えており、また負極と同様に成型性を持たせ
るために、バインダーを添加して接着させている。
As a constituent material of the positive electrode, a positive electrode active material such as LiCoO 2 is used as a main component, graphite or the like is added to improve conductivity, and a binder is added in order to have moldability like the negative electrode. And glued.

【0008】これらの電極は、主に湿式成形法により膜
成形された後、単位体積当りの充放電容量を向上させる
ため、プレス圧縮することにより、活物質充填率を増加
させる方法がとられている。
These electrodes are formed into a film by a wet molding method, and then, in order to improve the charge / discharge capacity per unit volume, press compression is performed to increase the active material filling rate. There is.

【0009】従来のリチウム二次電池においては、上記
両電極の間にセパレータを介在させ、電解液として非水
系有機溶媒を用いており、電池構造はコイン型もしくは
円筒型角型等がある。一般的に電池において大電流を得
ようとする場合、電極面積を出来得る限り大きくするこ
とが試みられている。特にリチウム二次電池において
は、電解液として導電率の比較的低い有機溶媒を用いて
いるので、電極の大面積化は特に重要となる。
In a conventional lithium secondary battery, a separator is interposed between both electrodes and a non-aqueous organic solvent is used as an electrolytic solution, and the battery structure is a coin type or a cylindrical type. Generally, when trying to obtain a large current in a battery, it has been attempted to make the electrode area as large as possible. Particularly in a lithium secondary battery, since an organic solvent having a relatively low conductivity is used as an electrolytic solution, increasing the area of the electrode is particularly important.

【0010】図38は例えば「電池便覧」(電池便覧編
集委員会編、丸善平成2年発行)の124ページに示さ
れた従来のコイン型電池である。図において、1は正極
活物質層、2は負極活物質層、3はセパレータ、10は
シール材である。このような構造の平板状電池では電極
面積を大きくするには限りがあり、事実、大電流を取る
タイプの電池として帯状の電極を巻き上げることで電極
面積を大きくした円筒型電池が作られている。平板状の
電極を用いて大面積を得るためには、いわゆる短冊状の
電極をつなぐ構造を採るのが従来の方法であった。
FIG. 38 shows a conventional coin type battery shown on page 124 of "Battery Handbook" (edited by Battery Handbook Editing Committee, published by Maruzen 1990). In the figure, 1 is a positive electrode active material layer, 2 is a negative electrode active material layer, 3 is a separator, and 10 is a sealing material. In the flat battery having such a structure, there is a limit in increasing the electrode area, and in fact, a cylindrical battery in which the electrode area is increased by winding up a strip electrode is made as a type of battery that takes a large current. . In order to obtain a large area by using a flat plate-shaped electrode, a conventional method has adopted a structure in which so-called strip-shaped electrodes are connected.

【0011】図39は同じく「電池便覧」(電池便覧編
集委員会編、丸善平成2年発行)の188ページに示さ
れた従来のクラッド式鉛電池の構造である。短冊状の正
極1と負極2は共に集電タブと接続棒で櫛歯のようにつ
ながれ、セパレータ3を介して配置され、ひとつの容器
に入れられる。
FIG. 39 shows the structure of the conventional clad lead-acid battery shown on page 188 of the "Battery Handbook" (edited by the Battery Handbook Editorial Committee, published by Maruzen 1990). Both the strip-shaped positive electrode 1 and the strip-shaped positive electrode 2 are connected like a comb by a current collecting tab and a connecting rod, arranged via a separator 3, and put in one container.

【0012】また大面積電極を得る方法として、特開平
4−298973号公報に記載されているような折り畳
み電池構造が提唱されている。帯状の金属箔からなる集
電基材の一方の面に正極活物質を塗布した正極板をその
活物質を相対して2つ折りとし、その2つ折りした正極
板の間にセパレータを介して負極板を挿入して帯状の極
板群を形成し、その極板群を一定の幅で交互に折り曲げ
て畳んでいくことにより角型の電極構造としたものであ
る。
As a method of obtaining a large-area electrode, a folding battery structure as described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-298973 has been proposed. A positive electrode plate in which a positive electrode active material is applied to one surface of a current collector base material made of a strip-shaped metal foil is folded into two with the active material facing each other, and a negative electrode plate is inserted between the two folded positive electrode plates with a separator interposed therebetween. Then, a strip-shaped electrode plate group is formed, and the electrode plate group is alternately bent with a constant width and folded to form a rectangular electrode structure.

【0013】リチウム二次電池の開発における重要な指
標としては放電容量及びサイクル寿命の二つが挙げられ
る。二次電池の放電容量においては、活物質重量当たり
の放電容量と単位体積当たりの放電容量の2種類の表し
方がある。この両性能とも優れた電池が望まれている。
重量当たりの放電容量は電極活物質であるカーボンや無
機酸化物が、リチウムイオンの反応においてどれだけ挿
入・離脱を許容できるかによってその大きさが変化す
る。また、それぞれの電極の組成、構造がリチウムが反
応しやすい状態になっているかによっても影響される。
一方単位体積当たりの放電容量では単位体積中に充填さ
れている電極活物質の量に依存している。つまり電極活
物質の充填率が単位体積当たりの放電容量に大きく関わ
ってくる。この充填率は活物質の粒径や電極の組成に影
響されるので、これらの検討することにより体積当りの
放電容量を上昇させることが考えられるが、従来はこの
検討はあまり行われなかった。
Two important indexes in the development of a lithium secondary battery are discharge capacity and cycle life. Regarding the discharge capacity of the secondary battery, there are two ways of expressing the discharge capacity per active material weight and the discharge capacity per unit volume. A battery excellent in both performances is desired.
The discharge capacity per weight varies depending on how much carbon or inorganic oxide that is an electrode active material can be inserted or removed in the reaction of lithium ions. In addition, the composition and structure of each electrode are also affected by whether or not lithium is easily reacted.
On the other hand, the discharge capacity per unit volume depends on the amount of the electrode active material filled in the unit volume. That is, the filling rate of the electrode active material is greatly related to the discharge capacity per unit volume. Since the filling rate is affected by the particle size of the active material and the composition of the electrode, it may be considered that the discharge capacity per volume can be increased by studying these, but this study has not been conducted so far.

【0014】リチウム二次電池の特性としてもう一つは
サイクル寿命の向上が挙げられる。先に示したように、
リチウム二次電池の負極には、以前はリチウム金属を用
いていたが、カーボンを用いることによってサイクル寿
命は大幅に改善された。しかし、カーボンにおいても充
放電による容量の低下は生じるので、カーボン材の改良
が必要になる。このため従来は様々の原料や製造条件で
作成したカーボンを用いて負極を作成していた。
Another characteristic of the lithium secondary battery is an improvement in cycle life. As shown above,
Previously, lithium metal was used for the negative electrode of the lithium secondary battery, but by using carbon, the cycle life was significantly improved. However, since the capacity of carbon also decreases due to charge and discharge, it is necessary to improve the carbon material. Therefore, conventionally, the negative electrode has been formed by using carbon prepared by various raw materials and manufacturing conditions.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来か
ら、LiCoO2の合成時におけるLiCoO2の生成と
分解については、余り探求されてこなかった。すなわ
ち、焼成温度条件として、昇温上限は何度まで許容でき
るかといった問題に対する回答や報告は皆無であった。
また、LiCoO2 のLi/Co比あるいはそのストイ
キオメトリー(O/Co比)をどのように制御ないし調
整するかといった手法に関しても、詳細な報告は無かっ
た。すなわち、どのような特徴を持つLiCoO2 が、
リチウム二次電池用正極材料として、最も優れた組成物
であるかという点に関して、その評価手段ないし評価の
手法が充分に確立されていなかった。
As described above, the production and decomposition of LiCoO2 during the synthesis of LiCoO2 have not been explored so far. That is, there was no reply or report to the problem of how much the upper temperature limit can be allowed as the firing temperature condition.
Further, there has been no detailed report on the method of controlling or adjusting the Li / Co ratio of LiCoO2 or its stoichiometry (O / Co ratio). That is, what characteristics of LiCoO2
Regarding the positive electrode material for a lithium secondary battery, the evaluation means or the evaluation method has not been sufficiently established in terms of whether it is the most excellent composition.

【0016】従って、現状はどのような焼成条件のLi
CoO2 がどのような二次電池特性を示すかの記述に終
始している。もちろん、粉末X線回折を行ない、例えば
最も強度の大きい(104)面からのピーク(CuKα
線を用いれば、2θ=45.2度付近)と、二番目に強
度の大きいピーク(2θ=18.8度付近)の比が大き
くなるような焼成条件を探索することは行われている。
しかし、このような手法は、発明者らが明らかにするよ
うに、LiCoO2 の評価手段として必要ではあるが、
充分ではなかったい。
Therefore, at present, under what kind of firing conditions, Li
The description focuses on the secondary battery characteristics of CoO2. Of course, powder X-ray diffraction is performed, and for example, the peak from the (104) plane with the highest intensity (CuKα
If a line is used, it has been performed to search for a firing condition such that the ratio of the peak having the second highest intensity (near 2θ = 45.2 degrees) (near 2θ = 18.8 degrees) becomes large.
However, such a method is necessary as a means for evaluating LiCoO2, as the inventors clarify,
I don't want to be enough.

【0017】また、LiCoO2 の合成にはかなり大き
な発熱反応(約40cal/g)が伴うことを発明者ら
は見い出したが、この発熱分が充分にうまく放散されな
いと、焼成物は不慮の昇温を引き起こしてしまう。こう
した好ましくない不慮の昇温の履歴を探知することは、
粉末X線回折法では不可能であった。
Further, the inventors have found that the synthesis of LiCoO2 involves a considerably large exothermic reaction (about 40 cal / g), but if this exothermic amount is not sufficiently well dissipated, the temperature of the fired product is unexpectedly increased. Will cause. To detect the history of such undesired and unexpected temperature rises,
This was not possible with the powder X-ray diffraction method.

【0018】一方、高温焼成はLiCoO2 にとって、
好ましくない熱分解と隣合わせであり、また酸素不足発
生量も多いことから、低温合成の可能性についても検討
が進められている。例えば、文献(Mat.Res.B
ull.,27(1992)327 Gummow)に
よれば、CoCO3とLi2CO3とを用いて、400℃
一週間の低温合成が試みられている。しかし、炭酸塩の
熱分解にはかなりの高温が必要とされることから、こう
した試みには無理があると言わねばならない。Li2C
O3に替えてLiOHを用いれば、低温合成の可能性が
あるとはいえ、LiOHは常に空気中からCO2を吸収
し、Li2CO3を生成するので、Li2CO3の混在量を
常時監視しなければならず、したがって、焼成物中のL
i/Co比を一定に保持、制御するには困難が伴った。
On the other hand, the high temperature firing is for LiCoO2,
Since it is adjacent to unfavorable thermal decomposition and a large amount of oxygen deficiency is generated, the possibility of low temperature synthesis is being studied. For example, the literature (Mat. Res. B
all. , 27 (1992) 327 Gummow) using CoCO3 and Li2CO3 at 400 ° C.
One week of low temperature synthesis has been attempted. However, it must be said that such an attempt is unreasonable because the thermal decomposition of carbonate requires a considerably high temperature. Li2C
The use of LiOH in place of O3, although there is a possibility of low temperature synthesis, LiOH always absorbs CO 2 from the air, because it produces a Li2CO3, it must constantly monitors the mixed amount of Li2CO3 , Therefore, L in the fired product
It was difficult to maintain and control the i / Co ratio constant.

【0019】また、最終的に望ましい諸特徴を、焼成過
程だけで付与するには無理な場合がある。後処理で、所
望の諸特徴を与える可能性については、ほとんど検討さ
れていないが、もしそれが実現可能となれば、LiCo
O2 の合成において、大きな実用上の進歩となることは
疑い得ない。
In some cases, it may be impossible to give finally desired characteristics only by the firing process. The possibility of giving desired characteristics by post-treatment has hardly been studied, but if it can be realized, LiCo
There is no doubt that it will be a great practical advance in the synthesis of O2.

【0020】また正極材料の低い電気伝導度を高くする
ため、通常LiCoO2 に10%程度の黒鉛粉末を添加
して正極を作成することが行われてきた。こうした導電
材の添加は本来の正極材料の比率を低下させるため、電
池の容量低下を引き起こすという問題もあった。
In order to increase the low electric conductivity of the positive electrode material, it has been customary to add about 10% of graphite powder to LiCoO 2 to form a positive electrode. Since the addition of such a conductive material lowers the ratio of the original positive electrode material, there is a problem that the capacity of the battery is reduced.

【0021】またこれまで提唱されている折り畳み構造
を有するリチウム二次電池は、例えば、前述の特開平4
−298973号公報に示されるような構造を持ち、こ
の構造を実現するためには、電極及びセパレータが極め
て小さい曲率で曲げられており、この加工性を実現する
ためには部材は極めて柔軟なものでなければならなかっ
た。セパレータは25μm程度の厚みを有するポリマー
の多孔体であり、比較的柔軟性に富み、強度も高い。し
かし、正極層、及び負極層は、粉体を小量の結合剤で結
着させたものであり、比較的柔軟性が劣り、強度も低
い。例えば、集電箔上に成形された電極板の折り畳みを
行なった場合、折り曲げ曲率がある値より小さくなると
電極活物質層にクラックが生じ、製造上問題となるばか
りでなく、電池運転時に電極能力を充分に引き出せなく
なるという問題もあった。
A lithium secondary battery having a folding structure proposed so far is disclosed in, for example, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No.
In order to realize this structure, the electrode and the separator are bent with an extremely small curvature, and in order to realize this workability, the member is extremely flexible. Had to be. The separator is a polymer porous body having a thickness of about 25 μm, and is relatively flexible and has high strength. However, the positive electrode layer and the negative electrode layer are formed by binding powders with a small amount of binder, and have relatively poor flexibility and low strength. For example, when the electrode plate formed on the current collector foil is folded, if the bending curvature becomes smaller than a certain value, cracks occur in the electrode active material layer, which not only poses a problem in production, but also increases the electrode capacity during battery operation. There was also a problem that I could not draw out enough.

【0022】また現在リチウム二次電池は、大容量化が
望まれており、単電池当りの容量を向上させるため、活
物質層の厚みをより厚くしたり、活物質層をプレス等に
より圧縮して活物質充填率を上げる検討が進められてい
る。活物質層が厚くなるほど、また、活物質充填率が高
くなるほど、柔軟性に劣り、活物質層にクラックを生じ
させない折り畳み電池の組み立ては、さらに困難とな
る。
At present, a lithium secondary battery is desired to have a large capacity, and in order to improve the capacity per cell, the active material layer is made thicker or the active material layer is compressed by pressing or the like. The active material filling rate is being studied. The thicker the active material layer is and the higher the active material filling rate is, the poorer the flexibility becomes, and the more difficult it is to assemble a folded battery that does not cause cracks in the active material layer.

【0023】また、仮に電極活物質層にクラックなく折
り畳み電池の組立が行えたとしても、負極活物質にカー
ボン、正極活物質にコバルト酸リチウム等を使用した場
合、充電時には両者とも膨潤することになり、電極層に
密着された集電箔には引張応力が生じることになる。折
り畳み構造の場合、この応力は曲げ部分でより大きいも
のとなるため、充放電を繰り返すと集電箔等が破れ、集
電不能となる可能性があった。
Even if the folded battery can be assembled without cracks in the electrode active material layer, when carbon is used as the negative electrode active material and lithium cobalt oxide is used as the positive electrode active material, both of them swell during charging. Therefore, tensile stress is generated in the current collector foil that is in close contact with the electrode layer. In the case of the folded structure, this stress becomes larger at the bent portion, so that the current collector foil or the like may be broken and the current collection may become impossible when the charge and discharge are repeated.

【0024】加えて、セパレータを介して正極と負極が
対向して重ね合わされて、電池が形成される場合、各部
材の接触が良好でなければ、電極性能を充分に引き出す
ことはできない。電池面積が大きくなり、また折り畳み
構造等により部材積層枚数が増えると接触の問題はさら
に深刻となる。
In addition, when the positive electrode and the negative electrode are laminated facing each other via the separator to form a battery, the electrode performance cannot be sufficiently brought out unless the contact of each member is good. The contact problem becomes more serious as the battery area increases and the number of laminated members increases due to the folding structure.

【0025】リチウム二次電池の開発の課題の一つとし
て放電容量の増加がある。前記したように体積当りの放
電容量については活物質の充填率の向上が課題となる。
従来電極活物質としては平均粒径が単一のものを用いて
いたが、平均粒径が単一であるとその活物質の最密充填
率には限界があり(図40)、この平均粒径が小さくな
るほどその粉体の充填率は減少する(図41)。即ち図
40より粉体体積分率(PVC)が増加すると粉体充填
率φは上昇することがわかるが、ある点(CPVC)よ
り粉体の充填率は一定になることがわかる。
One of the challenges in developing a lithium secondary battery is an increase in discharge capacity. As described above, regarding the discharge capacity per volume, improvement of the filling rate of the active material is a problem.
Conventionally, an electrode active material having a single average particle diameter was used, but if the average particle diameter is single, the close packing ratio of the active material is limited (Fig. 40). The smaller the diameter, the smaller the packing rate of the powder (FIG. 41). That is, it can be seen from FIG. 40 that the powder packing rate φ increases as the powder volume fraction (PVC) increases, but the powder packing rate becomes constant from a certain point (CPVC).

【0026】また、正極には活物質と共に導電剤と成形
助剤が組成として含まれており、負極には活物質と成形
助剤が含まれている。この場合、組成中の活物質の比率
によって活物質の充填率が異なってくる。しかし、現在
行われている組成比における最密充填では、体積当りの
放電容量は必ずしも満足する値ではなかった。また、成
形助剤であるバインダーは活物質等の粉体を結着するた
めに添加しているが、このバインダー量が多すぎると粉
体の表面を被覆する厚みが厚くなり、活物質の反応を阻
害していることが問題となった。
The positive electrode contains a conductive material and a molding aid together with the active material as a composition, and the negative electrode contains the active material and a molding aid. In this case, the filling rate of the active material varies depending on the ratio of the active material in the composition. However, the discharge capacity per volume was not always a satisfactory value in the closest packing at the composition ratio currently performed. Also, a binder that is a molding aid is added to bind the powder of the active material and the like. However, if the amount of this binder is too large, the thickness of the surface of the powder that is coated becomes thick, and the reaction of the active material occurs. It has become a problem.

【0027】また、リチウム二次電池の開発の問題の一
つにサイクル寿命の低下がある。特に負極においては様
々な種類のカーボン材を用いて負極を作成することによ
り、サイクル寿命の長いカーボンの検討を行っている。
しかし放電容量の大きいカーボンは充放電における容量
低下率が大きいという問題が生じた。この原因として容
量の大きいカーボンでは電極の電位の低下におけるリチ
ウム金属の析出があると考えられた。このリチウムイオ
ンのメタル化により反応性が失われるため、リチウムイ
オン不足による容量低下や電池内部での短絡が生じ、サ
イクル寿命が低下していた。
Further, one of the problems in developing a lithium secondary battery is a decrease in cycle life. In particular, for the negative electrode, carbon having a long cycle life is studied by forming the negative electrode using various kinds of carbon materials.
However, carbon having a large discharge capacity has a problem that the capacity reduction rate during charge and discharge is large. It is considered that the cause of this is that in the case of carbon having a large capacity, the precipitation of lithium metal occurs when the potential of the electrode decreases. Since metalization of lithium ions causes loss of reactivity, the capacity is reduced due to lack of lithium ions and a short circuit occurs inside the battery, resulting in reduced cycle life.

【0028】本発明は、上記のようなリチウム二次電池
問題点を解消するためになされたもので、リチウム二次
電池用正極材料として好適なLiCoO2 あるいはLi
CoO2 を主成分とする組成物の安定した合成法、およ
びその評価法を提供し、LiCoO2、またはLiCo
O2を主成分とする組成物の電気伝導度を向上させるこ
と、およびそのような目的に好適な組成物の合成法を、
確立することを目的とするとともに、放電容量及び放電
サイクル特性の優れたリチウム二次電池の構造と製造法
を提示したものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of lithium secondary batteries, and LiCoO2 or Li which is suitable as a positive electrode material for lithium secondary batteries.
A stable synthesis method of a composition containing CoO2 as a main component and its evaluation method are provided, and LiCoO2 or LiCo is provided.
To improve the electrical conductivity of a composition containing O2 as a main component, and to synthesize a composition suitable for such purpose,
It is an object of the present invention to provide a structure and a manufacturing method of a lithium secondary battery which is excellent in discharge capacity and discharge cycle characteristics while being established.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の発明は、
LiCoO2あるいはLiCoO2を主成分とする組成物
よりなるリチウム二次電池用正極材料を合成する際に、
出発原料としてのコバルト酸化物をあらかじめ910〜
950℃間で焼成したものである。
The first invention of the present invention is as follows:
When synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery composed of LiCoO2 or a composition containing LiCoO2 as a main component,
Cobalt oxide as a starting material is previously 910
It was baked at 950 ° C.

【0030】第2の発明は、LiCoO2あるいはLi
CoO2を主成分とする組成物よりなるリチウム二次電
池用正極材料を合成する際に、コバルト酸化物にLi2
CO3とLiHCO3の混合塩を用いて上記組成物を合成
するものである。
The second invention is LiCoO2 or Li
When synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, which comprises a composition containing CoO2 as a main component, Li2 is added to cobalt oxide.
The above composition is synthesized using a mixed salt of CO3 and LiHCO3.

【0031】第3の発明は、コバルト化合物とリチウム
塩とを用いて熱処理により、LiCoO2あるいはLi
CoO2を主成分とする組成物よりなる二次電池用正極
材料を合成する際に、炉温制御用熱電対を焼成粉末の最
中心部に挿入し、焼成温度の上限を900℃としたもの
である。
A third aspect of the present invention is the heat treatment using a cobalt compound and a lithium salt to obtain LiCoO2 or Li
When synthesizing a positive electrode material for a secondary battery comprising a composition containing CoO2 as a main component, a thermocouple for controlling a furnace temperature was inserted in the most central part of the calcined powder, and the upper limit of the calcining temperature was set to 900 ° C. is there.

【0032】第4の発明は、コバルト化合物とリチウム
塩とを用いて熱処理により、LiCoO2あるいはLi
CoO2を主成分とする組成物よりなる二次電池用正極
材料を合成する際に、二段焼成の一段目の焼成温度域と
して、735〜785℃、二段目の焼成温度域として、
785〜850℃を選ぶものである。
A fourth aspect of the present invention is the heat treatment using a cobalt compound and a lithium salt to form LiCoO2 or Li
When synthesizing a positive electrode material for a secondary battery composed of a composition containing CoO2 as a main component, the firing temperature range of the first stage of the second stage firing is 735 to 785 ° C, and the firing temperature range of the second stage is
A temperature of 785 to 850 ° C is selected.

【0033】第5の発明は、コバルト化合物とリチウム
塩とを用いて熱処理により、LiCoO2あるいはLi
CoO2を主成分とする組成物よりなる二次電池用正極
材料を合成する際に、混合原料粉末を、100kg/c
2から1000kg/cm2、好ましくは500kg/
cm2 の圧力でプレス成形するとともに、成形体の厚み
を2〜10mm、好ましくは5mm程度とし、かつ成形
体間の間隙を1〜2mmになるように、厚み1mm以上
のスペーサーを挟み込んで焼成するものである。
The fifth aspect of the present invention is the heat treatment using a cobalt compound and a lithium salt to form LiCoO2 or Li
When synthesizing a positive electrode material for a secondary battery composed of a composition containing CoO2 as a main component, 100 kg / c of mixed raw material powder was used.
m 2 to 1000 kg / cm 2 , preferably 500 kg /
While press-molding with a pressure of cm 2 , the thickness of the molded body is set to 2 to 10 mm, preferably about 5 mm, and a spacer having a thickness of 1 mm or more is sandwiched and baked so that the gap between the molded bodies is 1 to 2 mm. It is a thing.

【0034】第6の発明は、焼成粉末のよう化セシウム
ペレットを作成して、1000〜200cmー1の波数域
(10〜50μm)で赤外吸収スペクトルを測定し、赤
外吸収スペクトルにベースラインをひき、約600cm
ー1にピークを持つCo−O伸縮吸収帯を、600cmー1
を中心とする対称型領域Aと、乱れたそれ以外の残りの
領域Bに分割し、両者の面積比B/Aから、そのストイ
キオメトリーの評価を行うとともに、ベースライン法に
より、約247cmー1のOーCo−O変角吸収帯の吸光
度と約600cmー1の吸収帯の吸光度との比から、Co
−O6 結合の完成度の評価を行うものである。
A sixth aspect of the present invention is to prepare cesium iodide pellets of calcined powder, measure the infrared absorption spectrum in the wave number range (10 to 50 μm) of 1000 to 200 cm −1 , and use the baseline for the infrared absorption spectrum. Approximately 600 cm
Co-O stretch absorption band with a peak at -1 is 600 cm -1
A symmetric region A around the splits in the other remaining region B disordered, from both the area ratio B / A, with the evaluation of the stoichiometry, the baseline method, about 247cm chromatography From the ratio of the absorbance of the O-Co-O bending angle absorption band of 1 to the absorbance of the absorption band of about 600 cm -1 ,
-To evaluate the degree of perfection of O6 bond.

【0035】第7の発明は、赤外吸収スペクトルの結果
に基づいて、焼成温度を500〜900℃間、雰囲気の
酸素分圧を空気から純酸素までの任意の値を選択し、後
処理することによりストイキオメトリーとCo−O6 結
合の完成度を再調整したものである。
In the seventh invention, based on the result of the infrared absorption spectrum, the firing temperature is 500 to 900 ° C., the oxygen partial pressure of the atmosphere is any value from air to pure oxygen, and the post-treatment is carried out. Thus, the degree of perfection of stoichiometry and Co-O6 bond was readjusted.

【0036】第8の発明は、主成分であるLiCoO2
をコバルト酸化物とリチウム塩とから合成する際に、ナ
トリウム塩あるいはカリウム塩を、リチウム塩の5mo
l%を越え30mol%以下加え、Li1ーxNaxCoO
2ーy(x≦0.3,y≦0.3)あるいはLi1ーxKxCo
O2ーy あるいは Li1ーxNax1Kx2CoO2ーy(x=x1+
x2)の組成としたものである。
The eighth invention is the main component LiCoO2.
When synthesizing cobalt from a cobalt oxide and a lithium salt, sodium salt or potassium salt is added to
Add more than 1% and less than 30mol%, and add Li1-xNaxCoO
2-y (x≤0.3, y≤0.3) or Li1-xKxCo
O2-y or Li1-x Nax1Kx2CoO2-y (x = x1 +
x2) composition.

【0037】第9の発明は、上記ナトリウム塩あるいは
カリウム塩を、炭酸塩あるいは炭酸水素塩あるいは炭酸
塩と炭酸水素塩との混合塩あるいは共晶炭酸水素塩と
し、かつ昇温上限を900℃以下とし、炉温制御用熱電
対を焼成粉末の最中心部へ挿入したものである。
In a ninth aspect of the present invention, the sodium salt or potassium salt is a carbonate, a hydrogen carbonate, a mixed salt of a carbonate and a hydrogen carbonate, or a eutectic hydrogen carbonate, and the upper limit of temperature rise is 900 ° C. or less. The thermocouple for controlling the furnace temperature was inserted in the most central part of the calcined powder.

【0038】第10の発明は、コバルト酸化物とリチウ
ム塩の混合物に、焼成温度までの温度域で分解し、金属
粉末を生成する金属酸化物、たとえばAg2O などを5
mol%から30mol%加えて、焼成したものであ
る。
A tenth aspect of the present invention is that a mixture of cobalt oxide and lithium salt is mixed with a metal oxide, such as Ag 2 O, which decomposes in a temperature range up to the firing temperature to produce a metal powder.
It is obtained by adding 30 mol% to 30 mol% and baking.

【0039】第11の発明は、コバルト酸化物とリチウ
ム塩の混合物に、酸化物半導体、たとえばCu2O など
を5mol%から30mol%加えて、焼成したもので
ある。
The eleventh invention is one in which an oxide semiconductor such as Cu 2 O is added in an amount of 5 mol% to 30 mol% to a mixture of cobalt oxide and a lithium salt, and the mixture is fired.

【0040】第12の発明は、コバルト酸化物とリチウ
ム塩の混合物に、リチウムと反応してスピネル構造をと
りうる金属酸化物、たとえばMnO2を5mol%から
30mol%加えて、焼成したものである。
[0040] A twelfth aspect of the present invention is cobalt oxide and a mixture of a lithium salt, a metal oxide capable of forming a spinel structure by reacting with lithium, for example by adding 30 mol% of MnO 2 from 5 mol%, is obtained by calcining .

【0041】第13の発明は、Co−O伸縮吸収帯(ピ
ーク約600cmー1)の面積B/A比(非ノーマル部/
ノーマル部)が0.5から3.0にあり、かつ約247
cmー1吸収帯と〜600cmー1吸収帯の吸光度の比が
0.5から4.0にあるLiCoO2あるいはLiCo
O2を主成分とする組成物を正極材料としてリチウム二
次電池を構成したものである。
The thirteenth invention is the area B / A ratio of the Co—O stretchable absorption band (peak approximately 600 cm −1 ) (non-normal part /
Normal part) is from 0.5 to 3.0, and about 247
The ratio of the absorbance of cm-1 absorption band and ~600cm -1 absorption band is in the 4.0 to 0.5 LiCoO2 or LiCo
A lithium secondary battery is constructed by using a composition containing O2 as a main component as a positive electrode material.

【0042】第14の発明は、折り畳み電池の電極活物
質層を2層以上とし、これを曲げ加工により折り畳んだ
のち、密着成形したものである。
A fourteenth aspect of the present invention is one in which a folding battery has two or more electrode active material layers, which are folded by bending and then contact-molded.

【0043】第15の発明は、折り畳み電池の電極活物
質層を平面部分のみとし、曲率部分の電極活物質層を取
り除き、集電箔により折り畳まれた隣接する電極活物質
層を連結したものである。
A fifteenth aspect of the invention is one in which an electrode active material layer of a folding battery is provided only on a flat portion, an electrode active material layer on a curved portion is removed, and adjacent electrode active material layers folded by a collector foil are connected. is there.

【0044】第16の発明は2つ以上の電極対を平行に
重ねて折り畳みを行ったものである。
The sixteenth invention is such that two or more electrode pairs are stacked in parallel and folded.

【0045】第17の発明は2つ以上の電極対を直角に
重ねて交互に重ね合わせながら折り畳んだものである。
The seventeenth invention is one in which two or more electrode pairs are stacked at a right angle and are alternately stacked and folded.

【0046】第18の発明は電極活物質層を未プレス状
態で折り畳んだ後、プレスしたものである。
In the eighteenth invention, the electrode active material layer is folded in an unpressed state and then pressed.

【0047】第19の発明は正極活物質として無機酸化
物を用い、負極活物質としてカーボンを用いているリチ
ウム二次電池において、正極活物質である無機酸化物、
もしくは負極活物質であるカーボンの平均粒径が少なく
とも二種以上から構成され、大粒子の粒径を1とした
時、小粒子の粒径の比率が0.3 以下であるものであ
る。
A nineteenth invention is a lithium secondary battery using an inorganic oxide as a positive electrode active material and carbon as a negative electrode active material, wherein the inorganic oxide is a positive electrode active material,
Alternatively, the carbon as the negative electrode active material has an average particle size of at least two kinds, and when the particle size of the large particles is 1, the particle size ratio of the small particles is 0.3 or less.

【0048】第20の発明は負極活物質がカーボンから
成るリチウム二次電池において、負極活物質であるカー
ボンが、原料もしくは製造条件もしくは特性が異なる、
少なくとも二種類以上のもので構成されているものであ
る。
A twentieth aspect of the present invention is a lithium secondary battery in which the negative electrode active material is carbon, in which carbon, which is the negative electrode active material, has different raw materials, manufacturing conditions or characteristics.
It is composed of at least two types.

【0049】第21の発明は正極組成が正極活物質であ
る無機酸化物と導電剤である黒鉛と成形助剤であるバイ
ンダーとから成るリチウム二次電池において、バインダ
ーが、粉体である正極活物質と導電剤の表面に被覆され
ている時、バインダーの平均被覆厚みtBが、3≦tB
16の範囲であるものである。
A twenty-first aspect of the invention is a lithium secondary battery in which the positive electrode composition comprises an inorganic oxide as a positive electrode active material, graphite as a conductive agent, and a binder as a molding aid, and the positive electrode active material is a powder. When the surface of the substance and the conductive agent are coated, the average coating thickness t B of the binder is 3 ≦ t B
It is in the range of 16.

【0050】第22の発明は正極組成が正極活物質であ
る無機酸化物と導電剤である黒鉛と成形助剤であるバイ
ンダーとから成るリチウム二次電池において、活物質が
最密充填となる活物質体積分率をxACとするとき、黒鉛
体積分率xGが、 (1−xAC)/3≦xG≦1−xAC の範囲にあるものである。
A twenty-second aspect of the present invention is a lithium secondary battery in which the positive electrode composition comprises an inorganic oxide which is a positive electrode active material, graphite which is a conductive agent, and a binder which is a molding aid, and the active material is the closest packing. When the material volume fraction is x AC , the graphite volume fraction x G is in the range of (1-x AC ) / 3 ≦ x G ≦ 1-x AC .

【0051】第23の発明は正極活物質として無機酸化
物を用い、負極活物質としてカーボンを用いているリチ
ウム二次電池において、電極内の空隙率P(%)が、1
0≦P≦30の範囲にあるものである。
The twenty-third invention is a lithium secondary battery in which an inorganic oxide is used as a positive electrode active material and carbon is used as a negative electrode active material, and the porosity P (%) in the electrode is 1
It is in the range of 0 ≦ P ≦ 30.

【0052】[0052]

【作用】第1の発明によれば、出発原料としてのコバル
ト酸化物をあらかじめ910〜950℃間で焼成したの
で、コバルト酸化物の組成がCo3O4に統一され、安定
した組成の正極活物質が得られる。
According to the first aspect of the present invention, since cobalt oxide as a starting material is previously fired at a temperature of 910 to 950 ° C, the composition of the cobalt oxide is unified to Co3O4, and a positive electrode active material having a stable composition is obtained. To be

【0053】第2の発明によれば、コバルト酸化物にL
i2CO3とLiHCO3 の混合塩を用いて組成物の合成
を行なうので、コバルト酸化物とリチウム塩が低温で反
応し、Li/Coの比が容易に管理され、安定した組成
の正極活物質が得られる。
According to the second invention, cobalt oxide is added to L.
Since the composition is synthesized using a mixed salt of i2CO3 and LiHCO3, the cobalt oxide and the lithium salt react at a low temperature, the Li / Co ratio is easily controlled, and a positive electrode active material having a stable composition is obtained. .

【0054】第3の発明によれば、炉温制御用熱電対を
焼成粉末の最中心部に挿入し、焼成温度の上限を900
℃としたので、焼成温度が容易に制御され、必要以上の
不慮の昇温を適切に防止し、分解生成物の混入を避ける
ことができる。
According to the third aspect of the invention, the thermocouple for controlling the furnace temperature is inserted in the most central part of the fired powder, and the upper limit of the firing temperature is set to 900.
Since the temperature is set to ℃, the firing temperature can be easily controlled, an accidental temperature rise more than necessary can be appropriately prevented, and the inclusion of decomposition products can be avoided.

【0055】第4の発明によれば、一段目の焼成温度域
として、735〜785℃、二段目の焼成温度域とし
て、785〜850℃を選ぶので、反応熱による過剰温
度上昇が避けられ、均一で安定した組成の正極活物質が
得られる。
According to the fourth aspect of the present invention, 735 to 785 ° C. is selected as the first stage baking temperature range and 785 to 850 ° C. is selected as the second stage baking temperature range. A positive electrode active material having a uniform and stable composition can be obtained.

【0056】第5の発明によれば、混合原料粉末を、1
00kg/cm2 から1000kg/cm2 圧力でプレ
ス成形するとともに、成形体の厚みを2〜10mmと
し、かつ成形体間の間隙を1〜2mmになるように、厚
み1mm以上のスペーサーを挟み込んで焼成するので、
反応が速やかに進み、均一で安定した組成の正極活物質
が得られる。
According to the fifth invention, the mixed raw material powder is
Press molding is performed at a pressure of 00 kg / cm 2 to 1000 kg / cm 2 , and the thickness of the molded body is set to 2 to 10 mm, and a spacer having a thickness of 1 mm or more is sandwiched so that the gap between the molded bodies is 1 to 2 mm and baked. Because
The reaction proceeds rapidly, and a positive electrode active material having a uniform and stable composition is obtained.

【0057】第6の発明によれば、焼成粉末のよう化セ
シウムペレットを作成して、1000〜200cmー1
波数域(10〜50μm)で赤外吸収スペクトルを測定
し、ストイキオメトリーの評価と、Co−O6 結合の完
成度の評価を行うので、迅速且つ簡便に焼成した活物質
の善し悪しが判断でき、品質管理上有益である。
According to the sixth aspect of the present invention, cesium iodide pellets such as calcined powder are prepared and infrared absorption spectra are measured in the wave number region (10 to 50 μm) of 1000 to 200 cm −1 to evaluate stoichiometry. Since the completion of the Co-O6 bond is evaluated, the quality of the fired active material can be judged quickly and easily, which is useful for quality control.

【0058】第7の発明によれば、ストイキオメトリー
とCo−O6 結合の完成度の値に応じて、熱処理温度を
500〜900℃、また雰囲気の酸素分圧を空気から純
酸素までの間の任意の値に選び、後処理することにより
上記ストイキオメトリーとCo−O6 結合の完成度を再
調整したので、工程上の失敗で焼成不十分な活物質がで
きても、正しく焼き直すことができ、無駄を生じない。
According to the seventh aspect of the invention, the heat treatment temperature is 500 to 900 ° C. and the oxygen partial pressure of the atmosphere is between air and pure oxygen depending on the stoichiometry and the value of the degree of perfection of the Co--O 6 bond. The stoichiometry and the degree of perfection of the Co-O6 bond were readjusted by post-treatment after selecting an arbitrary value of, so that even if the active material is insufficiently fired due to a process failure, it should be re-fired properly. Can be done without waste.

【0059】第8の発明によれば、コバルト酸化物とリ
チウム塩とから、LiCoO2 を合成する際に、ナトリ
ウム塩あるいはカリウム塩を、リチウム塩の5mol%
を越え30mol%以下加え、Li1ーxNaxCoO2ーy
(x≦0.3,y≦0.3)あるいはLi1ーxKxCoO2
ーyあるいはLi1ーxNax1Kx2CoO2ーy(x=x1+x2)
の組成としたので、KイオンあるいはNaイオンがLi
CoO2 の構造内に取り込まれ、導電性の高い活物質に
なる。
According to the eighth invention, when LiCoO 2 is synthesized from cobalt oxide and lithium salt, sodium salt or potassium salt is added in an amount of 5 mol% of the lithium salt.
More than 30mol% and added, Li1-xNaxCoO2-y
(X ≦ 0.3, y ≦ 0.3) or Li1−xKxCoO2
-Y or Li1-x Nax1Kx2CoO2-y (x = x1 + x2)
Since the composition is set to K, Na ions are Li
It is incorporated into the structure of CoO2 and becomes a highly conductive active material.

【0060】第9の発明によれば、上記ナトリウム塩あ
るいはカリウム塩を、炭酸塩あるいは炭酸水素塩あるい
は炭酸塩と炭酸水素塩との混合塩あるいは共晶炭酸水素
塩としたので、KイオンあるいはNaイオンがLiCo
O2 の構造内に取り込まれてLiと置換し、導電性の高
い活物質が低温反応で得られる。
According to the ninth aspect of the present invention, the sodium salt or potassium salt is a carbonate salt, a hydrogen carbonate salt, a mixed salt of a carbonate salt and a hydrogen carbonate salt, or a eutectic hydrogen carbonate salt. Ion is LiCo
It is taken into the structure of O2 and replaced with Li, and an active material having high conductivity is obtained by a low temperature reaction.

【0061】第10の発明によれば、コバルト酸化物と
リチウム塩の混合物に、焼成温度までの温度域で分解
し、金属粉末を生成する金属酸化物、たとえばAg2
などを加えたので、非常に微細で、電気伝導度の高い金
属粒子が正極活物質中に均一に分散した活物質が得られ
る。
According to the tenth aspect of the invention, a mixture of cobalt oxide and lithium salt is decomposed in a temperature range up to the firing temperature to produce a metal powder, for example Ag 2 O.
By adding the above, an active material in which metal particles having extremely fine and high electric conductivity are uniformly dispersed in the positive electrode active material can be obtained.

【0062】第11の発明によれば、コバルト酸化物と
リチウム塩の混合物に、酸化物半導体、たとえばCu2
O などを加えたので、半導性粒子が均一に分散した正
極活物質が得られ、導電性の高い活物質が得られる。
According to the eleventh invention, a mixture of cobalt oxide and lithium salt is added to an oxide semiconductor such as Cu 2
Since O and the like are added, a positive electrode active material in which semiconductive particles are uniformly dispersed can be obtained, and an active material having high conductivity can be obtained.

【0063】第12の発明によれば、コバルト酸化物と
リチウム塩の混合物に、リチウムと反応してスピネル構
造をとりうる金属酸化物、たとえばMnO2 を加えたの
で、層状構造であるLiCoO2 とスピネル構造の酸化
物の複合物が得られ、電池容量の高い正極活物質が得ら
れる。
According to the twelfth invention, since a metal oxide capable of forming a spinel structure by reacting with lithium, such as MnO 2, is added to a mixture of cobalt oxide and a lithium salt, LiCoO 2 and spinel having a layered structure are added. An oxide composite having a structure is obtained, and a positive electrode active material having a high battery capacity is obtained.

【0064】第13の発明によれば、ストイキオメトリ
ーとCo−O6 結合の完成度の値が最適な組成物を正極
材料として用いたので、均一な組成の正極活物質を用い
た容量の大きな電池が得られる。
According to the thirteenth invention, since the composition having the optimum value of the stoichiometry and the perfectness of Co--O6 bond is used as the positive electrode material, a positive electrode active material having a uniform composition and a large capacity is used. A battery is obtained.

【0065】第14の発明では、折り畳み電池の電極活
物質層を2層以上とし、これを曲げ加工により折り畳ん
だのち、密着成形したので、電極活物質層単層が薄くな
るため、曲げに対する柔軟性が増し、また電極層にクラ
ックを生じることなく電池組立を行なうことが可能とな
る。さらに、電極製法が湿式成形の場合、膜厚が薄くな
ることから、成形枚数が増えることを加味しても、乾燥
時間は短縮され、製造エネルギーの削減につながる。
In the fourteenth invention, since the folding battery has two or more electrode active material layers, which are folded by bending and then adhered to each other, the single layer of the electrode active material layer becomes thin, so that it is flexible against bending. It is possible to assemble the battery without increasing cracking properties in the electrode layer. Further, when the electrode manufacturing method is wet molding, the film thickness becomes thin, so that the drying time is shortened even if the number of molded sheets is increased, which leads to a reduction in manufacturing energy.

【0066】第15の発明では、折り畳み電池の電極活
物質層を平面部分のみとし、曲率部分の電極活物質層を
取り除き、集電箔により折り畳まれた隣接する電極活物
質層を連結したので、電極層は平板のみとして扱われ、
曲げる必要がないため、クラックを生じることなく電池
組立が可能である。また活物質等の材料も無駄なく使用
できるため、電極活物質の材料歩留りも向上する。さら
に、曲率部分の電極を取り除かれた部分は、空洞であっ
ても良いが、例えばセパレータ材等を集電箔曲率に相当
する半円柱状スペーサーとして挿入すれば、電解質リザ
ーバーとしての機能も期待できるばかりか、電池充放電
時に電極の膨張・収縮が生じても曲げ部分のスペーサー
が集電箔にかかる応力を緩和するため、破断することな
く、安定した充放電サイクルが期待できる。
In the fifteenth invention, since the electrode active material layer of the folding battery is only the flat portion, the electrode active material layer of the curved portion is removed, and the adjacent electrode active material layers folded by the collector foil are connected. The electrode layer is treated as a flat plate only,
Since there is no need to bend, battery assembly is possible without cracking. Further, since the material such as the active material can be used without waste, the material yield of the electrode active material is improved. Further, the portion of the curved portion where the electrode is removed may be a cavity, but if a separator material or the like is inserted as a semi-cylindrical spacer corresponding to the curvature of the current collecting foil, a function as an electrolyte reservoir can also be expected. Not only that, even if the electrode expands or contracts during charge / discharge of the battery, the spacer at the bent portion relaxes the stress applied to the current collector foil, so that a stable charge / discharge cycle can be expected without breakage.

【0067】第16の発明によれば、2つ以上の電極対
を平行に重ねて折り畳みを行ったので、折り畳み外側部
分の電極の曲率は内側部分のそれより大きくなるため、
電池組立時にクラックを生じる確率は少なくなる。ま
た、内側部分の電極は小さな曲率となるものの、外側部
材にサポートされているため、強度が向上するためクラ
ックの発生が避けられる。さらに電池充放電時にも、曲
率の大きい部分では電極層の膨潤・収縮による集電箔へ
の応力が比較的小さくなるため、集電箔の破断は抑制さ
れる。
According to the sixteenth invention, since two or more electrode pairs are stacked in parallel and folded, the curvature of the electrode on the outside of the folding is larger than that on the inside.
The probability of cracking during battery assembly is reduced. Further, although the electrode in the inner portion has a small curvature, since it is supported by the outer member, the strength is improved, and thus the generation of cracks can be avoided. Further, even during charging / discharging of the battery, the stress on the current collector foil due to the swelling / shrinkage of the electrode layer is relatively small in the portion having a large curvature, so that the breakage of the current collector foil is suppressed.

【0068】第17の発明では、2つ以上の電極対を直
角に重ねて交互に重ね合わせながら折り畳んだので、電
極層を折り畳む曲率を電極破断曲率より大きく設計でき
るため、クラックを生じることなく電極層を折り畳むこ
とが容易になり、製造歩留りが向上する。さらに電池充
放電時にも曲率が大きいため、電極層の膨潤・収縮によ
る集電箔への応力が比較的小さくなるため、集電箔の破
断は抑制される。
In the seventeenth invention, since two or more pairs of electrodes are folded at right angles and are alternately overlapped with each other, the curvature of folding the electrode layers can be designed to be larger than the breaking curvature of the electrodes, so that the electrodes are not cracked. The layers are easier to fold and the manufacturing yield is improved. Further, even when the battery is charged / discharged, since the curvature is large, the stress on the current collector foil due to the swelling / shrinkage of the electrode layer is relatively small, so that the current collector foil is prevented from breaking.

【0069】第18の発明によれば、比較的気孔度の高
い電極活物質層を未プレス状態で折り畳んだ後、プレス
したので、曲げ易く、しかも電池構成部材間の接触が向
上し、接触抵抗が低減され、電池特性が向上する。
According to the eighteenth aspect, since the electrode active material layer having a relatively high porosity is folded in an unpressed state and then pressed, the electrode active material layer is easily bent, and the contact between the battery constituent members is improved, and the contact resistance is improved. Is reduced and battery characteristics are improved.

【0070】第19の発明によれば、正極及び負極活物
質において粒径の異なる少なくとも二種類以上の粉体を
混合することにより、活物質の充填率を向上させること
ができる。このことにより単位体積当りの放電容量を増
加させることができ、電池性能を向上させることができ
る。
According to the nineteenth invention, by mixing at least two kinds of powders having different particle sizes in the positive electrode and the negative electrode active material, the filling rate of the active material can be improved. As a result, the discharge capacity per unit volume can be increased and the battery performance can be improved.

【0071】第20の発明によれば、リチウム二次電池
負極カーボンとして電位特性の異なる少なくとも二種類
以上のカーボンを混合することにより平均電位を上昇さ
せ、電位の低下によるリチウム金属の析出を抑えること
ができる。このためリチウムイオンのメタル化による損
失がなくなり、容量の低下を減少でき、また電池内部の
短絡を防ぐことができ、充放電に伴うサイクル寿命の低
下を低減できる。
According to the twentieth aspect, at least two kinds of carbons having different potential characteristics are mixed as the negative electrode carbon of the lithium secondary battery to raise the average potential and suppress the precipitation of lithium metal due to the reduction of the potential. You can Therefore, loss due to metalization of lithium ions can be eliminated, reduction in capacity can be reduced, short circuit inside the battery can be prevented, and reduction in cycle life due to charge / discharge can be reduced.

【0072】第21の発明によれば、正極組成中のバイ
ンダーが、粉体である正極活物質と導電剤の表面に被覆
されている時、バインダーの平均被覆厚みtB を適当な
値にすることによって、活物質でのリチウムの反応を円
滑にすることができ、活物質重量当りの放電容量を上昇
させることができる。
According to the twenty-first aspect, when the binder in the positive electrode composition is coated on the surfaces of the powdery positive electrode active material and the conductive agent, the average coating thickness t B of the binder is set to an appropriate value. As a result, the reaction of lithium with the active material can be made smooth, and the discharge capacity per weight of the active material can be increased.

【0073】第22の発明によれば、正極組成中の黒鉛
濃度を適正化することにより、正極活物質の充填率を上
昇させ、単位体積当りの放電容量を増加させることがで
き、電池性能を向上させることができる。
According to the twenty-second aspect, by optimizing the graphite concentration in the positive electrode composition, the filling rate of the positive electrode active material can be increased and the discharge capacity per unit volume can be increased, thereby improving the battery performance. Can be improved.

【0074】第23の発明によれば、電極中の空隙率を
適正化することにより、活物質と電解液間のリチウムイ
オンの反応を円滑にすることができ、重量当りの放電容
量を増加させることができる。
According to the twenty-third aspect, by optimizing the porosity in the electrode, the reaction of lithium ions between the active material and the electrolytic solution can be made smooth and the discharge capacity per weight is increased. be able to.

【0075】[0075]

【実施例】【Example】

実施例1.まず請求項1から7に係わる発明について説
明する。市販のCo3O4粉末を1kg、アルミナるつぼ
に入れ、温度を925℃に設定した電気炉中に入れ、空
気中で3時間焼成した。コバルト酸化物は常に未分解の
塩基性炭酸コバルト(2CoCO3・3Co(OH)3)
を含有しているが、910〜950℃で、空気中で焼成
することにより、分解し、組成がCo3O4に統一され
る。図1(a)(b)は各々、コバルト酸化物の熱処理
(925℃1時間、空気中)前および後のX線回折結果
を示すもので、○印はLiCoO2 、×印は塩基性炭酸
コバルトを示す。図より、この熱処理によって塩基性炭
酸コバルトが完全に消滅し、純Co3O4組成となること
がわかる。
Example 1. First, the invention according to claims 1 to 7 will be described. 1 kg of commercially available Co3 O4 powder was placed in an alumina crucible, placed in an electric furnace set at a temperature of 925 ° C., and fired in air for 3 hours. Cobalt oxide is always undecomposed basic cobalt carbonate (2CoCO3 ・ 3Co (OH) 3)
However, it is decomposed by firing in air at 910 to 950 ° C., and the composition is unified into Co3O4. 1 (a) and 1 (b) show the X-ray diffraction results before and after the heat treatment of cobalt oxide (at 925 ° C. for 1 hour in air), respectively, in which ◯ indicates LiCoO 2 and X indicates basic cobalt carbonate. Indicates. From the figure, it can be seen that this heat treatment completely eliminates the basic cobalt carbonate, resulting in a pure Co3O4 composition.

【0076】この焼成粉末722.4gに、Li2CO3
を332.52gとり、乾式ボールミル中で5時間、充
分によく混合、粉砕した。次に混合粉末を直径50m
m、厚さ5mmの成形体にプレス圧500kg/cm2
でプレス成形し、厚さ1mmのアルミナスペーサの破片
をプレス成形体の適当な所に数カ所挟み込み、一分間5
度の昇温速度で740℃まで室温から昇温し、空気中、
740℃で10時間焼成した。後、そのまま引き続いて
一分間5度の昇温速度で820℃まで昇温した後、20
時間保持した。後、電気炉の電源を切り、そのまま室温
まで冷却した。取り出した焼成粉末を乾式ボールミルを
用いて2時間粉砕したのち、機械式ふるいにより、20
ミクロンm以上の大きな粒子を取り除いた。
722.4 g of this baked powder was mixed with Li2CO3.
332.52 g was taken and thoroughly mixed and pulverized in a dry ball mill for 5 hours. Next, the mixed powder is 50m in diameter
m, thickness 5 mm, press pressure 500 kg / cm 2
Press-molding with 1 mm thick, insert 1mm thick pieces of alumina spacers into the press-molded body at appropriate places, and press for 5 minutes for 1 minute.
Temperature from room temperature to 740 ° C in air
It was baked at 740 ° C. for 10 hours. After that, the temperature was raised to 820 ° C. at a heating rate of 5 ° C. for 1 minute and then 20
Held for hours. After that, the power of the electric furnace was turned off and the system was cooled to room temperature as it was. The fired powder taken out was pulverized for 2 hours using a dry ball mill, and then 20 times by a mechanical sieve.
Large particles larger than micron m were removed.

【0077】プレス成形することにより、LiCoO2
合成反応が進みやすくなるとともに、プレス成形体を薄
く成形するとともに、成形体間に適当な隙間を設けるこ
とによりLiCoO2合成反応の発熱を放散しやすくし
た。また、二段階焼成を行うことにより、更に充分にL
iCoO2 合成時の発熱を放散させ、焼成時の温度上昇
を900℃以下に押え、不慮の温度上昇を有効に防止し
た。
By press molding, LiCoO 2
In addition to facilitating the synthesis reaction, the press-molded body was thinly molded, and an appropriate gap was provided between the molded bodies to easily dissipate the heat generated by the LiCoO2 synthesis reaction. Moreover, by performing the two-stage firing, L
The heat generated during iCoO2 synthesis was dissipated, and the temperature rise during firing was kept below 900 ° C, effectively preventing an unexpected temperature rise.

【0078】すなわち、発明者らは熱分析を用いて、鋭
意探求の結果、LiCoO2 合成時の生成と分解につい
て、次のような知見を得た。図2にLiCoO2 の分解
を表わすTG−DTAの測定結果を示す。実線はDT
A、点線はTGの変化である。LiCoO2そのものは
1130℃で分解し、再びCo3O4 を生成する(X線
回折データは省略する)。分解熱はおよそ82cal/
gである。したがってLiCoO2 の合成温度がこの温
度を超えてはならないことは自明である。その上、更に
発明者らは図3に示すように、焼成温度を変えた試料の
X線回折結果から、930〜1030℃間に、不明瞭な
分解温度域が存在することを確認した。この分解温度域
は、図4に示す赤外吸収スペクトルからも確認される。
図4(a)は熱処理試料の赤外吸収スペクトル、横軸は
波長(ミクロン)、縦軸は透過率である。数字はピーク
波数(cm-1)を示す。(b)は同上試料の吸光度比
(ないし247cm-1の吸収帯/〜600cm-1の吸収
帯)。横軸は波数(cm-1)、縦軸は吸光度比を示す。
これより、LiCoO2 の合成において、この分解温度
域(930℃〜1030℃)を超えて昇温してはならな
いことも明白である。1000℃まで昇温すると、異質
なものに変質する事実は図4から理解できる。
That is, the inventors have obtained the following findings as a result of earnest research using thermal analysis as to the production and decomposition during LiCoO 2 synthesis. FIG. 2 shows the measurement results of TG-DTA showing the decomposition of LiCoO2. The solid line is DT
A, the dotted line is the change in TG. LiCoO2 itself decomposes at 1130 ° C. and again produces Co3O4 (X-ray diffraction data omitted). Decomposition heat is about 82 cal /
It is g. It is therefore self-evident that the synthesis temperature of LiCoO2 should not exceed this temperature. Furthermore, as shown in FIG. 3, the inventors have confirmed from the X-ray diffraction results of the samples with different firing temperatures that there is an unclear decomposition temperature range between 930 and 1030 ° C. This decomposition temperature range is also confirmed from the infrared absorption spectrum shown in FIG.
FIG. 4A shows the infrared absorption spectrum of the heat-treated sample, the horizontal axis represents wavelength (microns), and the vertical axis represents transmittance. Numbers indicate peak wavenumbers (cm -1 ). (B) is the absorbance ratio of the sample (to 247 cm −1 absorption band / to 600 cm −1 absorption band). The horizontal axis represents the wave number (cm -1 ) and the vertical axis represents the absorbance ratio.
From this, it is clear that in the synthesis of LiCoO2, the temperature should not be raised above this decomposition temperature range (930 ° C to 1030 ° C). It can be understood from FIG. 4 that when the temperature is raised to 1000 ° C., it is transformed into a foreign substance.

【0079】しかし、LiCoO2の合成時、試料を9
00℃以上に昇温させないためには、炉の設定温度を9
00℃に保持するだけでは充分ではない。発明者らが見
い出した次に述べる合成反応の発熱量の問題が存在す
る。
However, when synthesizing LiCoO 2,
To prevent the temperature from rising above 00 ° C, set the furnace temperature to 9
It is not enough to keep it at 00 ° C. There is a problem of the exothermic amount of the synthetic reaction, which the inventors found out, which will be described below.

【0080】図5には熱分析(TG−DTA)の結果
を、また表1には熱量を示した。
FIG. 5 shows the result of thermal analysis (TG-DTA), and Table 1 shows the amount of heat.

【0081】[0081]

【表1】 [Table 1]

【0082】試料はLi/Co比が0.6、0.8、
1.0、1.2の四種である。この実験にはCo3O4と
Li2CO3とを用いた。Li/Co=1の組成物につい
て言えば、675Cから吸熱ピーク(吸熱量48.4c
al/g)が開始した後、735℃で終了する。その
後、直ちに発熱反応が始まり、900℃以前に終了す
る。この発熱量ΔHは38.5cal/gである。試料
の比熱は約0.2cal/g℃であることから、LiC
oO2 合成時の発熱量は断熱状態で発生すると考えれ
ば、試料を約200度昇温させるに足る大きさである。
すなわち、この発熱分を充分にうまく発散させないと、
試料温度が900℃を容易に超えることが推測できる。
事実、試料を大量に焼成した場合には、炉の温度を90
0℃に保っていても、900℃を超えて昇温することを
避けることができなかった。
The samples had Li / Co ratios of 0.6, 0.8,
There are four types, 1.0 and 1.2. Co3O4 and Li2CO3 were used in this experiment. Speaking of the composition of Li / Co = 1, the endothermic peak (endothermic amount 48.4c from 675C).
Al / g) starts and ends at 735 ° C. After that, an exothermic reaction immediately starts and ends before 900 ° C. The calorific value ΔH is 38.5 cal / g. Since the specific heat of the sample is about 0.2 cal / g ° C, LiC
Considering that the amount of heat generated during the synthesis of oO2 is generated in an adiabatic state, it is large enough to raise the temperature of the sample by about 200 degrees.
In other words, if you do not dissipate this heat generation sufficiently well,
It can be assumed that the sample temperature easily exceeds 900 ° C.
In fact, if a large amount of the sample is fired, the furnace temperature will be 90%.
Even if it was kept at 0 ° C, it was unavoidable to raise the temperature above 900 ° C.

【0083】発熱を充分に発散させ、900℃を超えた
不慮の温度上昇を防止するためには、二段階焼成を行っ
た。一段目の焼成温度域としては、735〜785℃が
好適である。これにより、735℃からの発熱量のかな
りの部分を低温側で発散させることができる。その後、
785℃から850℃まで昇温し、二段目の焼成を行
う。この時には、先にLiCoO2 の合成反応の発熱を
大部分放散させてあるので、不慮の温度上昇が生じにく
い。尚、炉温制御用熱電対を焼成粉末の最中心部に挿入
することにより、この目的を確実に達成することができ
る。
In order to sufficiently dissipate the heat generation and prevent an accidental temperature rise exceeding 900 ° C., two-step firing was carried out. 735-785 degreeC is suitable as a baking temperature range of the 1st step. As a result, a considerable part of the calorific value from 735 ° C. can be diffused on the low temperature side. afterwards,
The temperature is raised from 785 ° C. to 850 ° C., and the second stage firing is performed. At this time, most of the exothermic heat of the LiCoO2 synthesis reaction is dissipated first, so that an unexpected temperature rise is unlikely to occur. It should be noted that this object can be reliably achieved by inserting the furnace temperature control thermocouple into the most central portion of the fired powder.

【0084】更にLiCoO2の合成反応を進めるた
め、粉末を100kg/cm2から1000kg/cm2
の圧力で成形する。好適な圧力範囲は用いる金型の大き
さや手持ちプレス機の性能などを勘案して決めればよ
い。この時、成形体の厚みはLiCoO2 合成反応の発
熱を充分にすばやく放散させるため、2〜10mmが好
ましい。10mm以上であれば反応熱が成形体内部にこ
もりやすく、また2mm以下では成形体を金形から取り
出すのが難しい。
[0084] To further promote the synthesis reaction of LiCoO2, a powder from 100kg / cm 2 1000kg / cm 2
Mold at the pressure of. The suitable pressure range may be determined in consideration of the size of the die used and the performance of the handheld press. At this time, the thickness of the molded body is preferably 2 to 10 mm in order to dissipate the heat generation of the LiCoO2 synthesis reaction sufficiently quickly. If it is 10 mm or more, reaction heat tends to stay inside the molded body, and if it is 2 mm or less, it is difficult to take out the molded body from the mold.

【0085】また、焼成時成形体を1〜2mmの間隙を
置いて積層することにより、反応熱の発散と充填率の向
上とを図ることができる。表2には粉末試料とプレス試
料のX線回折強度を示したが、プレスすることにより、
合成反応が進みやすくなることがわかる。
By stacking the compacts at the time of firing with a gap of 1 to 2 mm, it is possible to dissipate the reaction heat and improve the filling rate. Table 2 shows the X-ray diffraction intensities of the powder sample and the pressed sample.
It can be seen that the synthesis reaction proceeds easily.

【0086】焼成したLiCoO2の評価は先に述べた
ように、大ざっぱには、粉末X線回折法で行うことがで
きる。例えば、表2に示したように、
The evaluation of the calcined LiCoO 2 can be roughly performed by the powder X-ray diffraction method as described above. For example, as shown in Table 2,

【0087】[0087]

【表2】 [Table 2]

【0088】強い三つの回折線(45.2,37.3,
18.8度)の絶対強度を見たり、あるいはそれらの比
18.8/45.2や18.8/37.3を見たりする
ことである。しかし、先に説明したように、X線回折の
知見は詳細な情報を与えない。
Three strong diffraction lines (45.2, 37.3,
18.8) absolute intensity, or their ratio 18.8 / 45.2 or 18.8 / 37.3. However, as explained earlier, the X-ray diffraction findings do not give detailed information.

【0089】次に、本発明による赤外吸収による評価法
について詳細に述べる。図6にはベースラインを引いた
Co−O伸縮吸収帯の部分を示した。約600cmー1
中心に持つ斜線領域はCo−O6(LiCoO2中ではC
oは六ケの酸素に取り囲まれており、Liもまた六ケの
酸素に取り囲まれている)のものであり、残りのテイル
部分はCo−O6−x(酸素が一部抜けた部分)によるも
のと考えられる。前者をノーマル部分(A)、後者を非
ノーマル部分(B)と呼び、両者の面積の逆比B/A
(非ノーマル部分/ノーマル部分)を取ると、この比が
LiCoO2のストイキオメトリー(O/Co)に関連
していることが明らかになった(図7)。なお面積はプ
ラニメータなどにより測定する。したがって、試料粉末
数mgを0.3gのよう化セシウム粉末に混合し、錠剤
試料を作成し、赤外分光器で測定することにより、容易
にそのストイキオメトリーを評価することができる。
Next, the evaluation method by infrared absorption according to the present invention will be described in detail. FIG. 6 shows the portion of the Co—O stretchable absorption band with the baseline drawn. The shaded area centered at about 600 cm -1 is Co-O6 (C in LiCoO2).
o is surrounded by 6 oxygens, and Li is also surrounded by 6 oxygens), and the rest of the tail portion is due to Co—O 6 -x (a portion where oxygen is partially removed). It is considered to be a thing. The former is called the normal part (A) and the latter is called the non-normal part (B).
Taking the (non-normal part / normal part), it became clear that this ratio was related to the stoichiometry (O / Co) of LiCoO2 (FIG. 7). The area is measured with a planimeter. Therefore, by mixing a few mg of the sample powder with 0.3 g of cesium iodide powder, preparing a tablet sample, and measuring with an infrared spectroscope, the stoichiometry can be easily evaluated.

【0090】更に図8には、LiCoO2 中のLi7を
Li6に置換した場合の赤外吸収スペクトルを示した。
Li6置換により、279cmー1の吸収帯は292cm
ー1へ、229cmー1の吸収帯は239cmー1へシフトす
ることが明らかであるので、この二つの吸収帯はLiー
O振動に基づくものであると断定できる。シフト比の理
論値(7/6の平方根)1.08に比して、両者のシフ
ト比はどちらも1.04とやや小さい。なお、シフトし
ない二つの吸収帯247cmー1と224cmー1は、O−
Co−O変角振動によるものであると考えられる。先に
図4に、247cmー1吸収帯と598cmー1吸収帯の吸
光度比が、焼成条件を反映して、X線回折強度以上に大
きく変化することを示した。したがって、この吸光度比
は、Co−O6 結合の完成度とみなすことができる。な
ぜなら、O−Co−O変角振動は全方位的な結晶構造の
完成度を反映するからである。
Further, FIG. 8 shows an infrared absorption spectrum in the case of replacing Li7 in LiCoO2 by Li6.
The absorption band at 279 cm -1 is 292 cm due to Li6 substitution.
To over 1, the absorption band of 229cm-1 since it is clear that the shift to 239cm-1, the absorption band of the two can conclude that is based on Li over O vibrations. Compared to the theoretical value of the shift ratio (square root of 7/6) of 1.08, both shift ratios are slightly smaller, 1.04. In addition, two of the absorption band 247cm-1 and 224cm-1, which does not shift, O-
It is considered that this is due to Co—O bending vibration. It was previously shown in FIG. 4 that the absorbance ratio between the 247 cm −1 absorption band and the 598 cm −1 absorption band greatly changed above the X-ray diffraction intensity, reflecting the firing conditions. Therefore, this absorbance ratio can be regarded as the completeness of the Co-O6 bond. This is because the O—Co—O bending vibration reflects the degree of perfection of the omnidirectional crystal structure.

【0091】以上述べたことから明らかなように、10
00〜200cmー1の赤外吸収スペクトルから、LiC
oO2のストイキオメトリー(O/Co)およびCo−
O6結合の完成度を評価することができた。Co−O6結
合の完成度は、LiCoO2結晶の層状構造の完成度の
有力な指標であり、これが十分に高い方が正極材料とし
て優れた特性を持つことを発明者らは確認している。ス
トイキオメトリーの良好な組成物の方がリチウムの出入
り能力に関して優れた特性を持つことは自明のことであ
る。したがってこの二つのパラメータは、LiCoO2
の正極材料特性を大きく反映するので、リチウム二次電
池用正極材料として好適なLiCoO2 あるいはLiC
oO2 を主成分とする組成物の良否を判定する基準とす
ることができる。以上、赤外吸収スペクトルからLiC
oO2 の二つの重要なパラメータを評価できることが明
らかとなった。
As is clear from the above description, 10
From the infrared absorption spectrum of 00-200 cm -1 , LiC
oO2 stoichiometry (O / Co) and Co-
It was possible to evaluate the degree of perfection of the O6 bond. The degree of perfection of the Co—O6 bond is a strong indicator of the degree of perfection of the layered structure of the LiCoO2 crystal, and the inventors have confirmed that a sufficiently high value has excellent properties as a positive electrode material. It is self-evident that compositions with better stoichiometry have better properties in terms of lithium ingress and egress. Therefore, these two parameters are LiCoO2
Since it largely reflects the characteristics of the positive electrode material of LiCoO2 or LiC
It can be used as a criterion for judging the quality of the composition containing oO2 as a main component. Above, from the infrared absorption spectrum, LiC
It was revealed that two important parameters of oO2 can be evaluated.

【0092】なお、上記実施例1で作成された粉末1〜
2mgをとり、0.3gのよう化セシウム粉末とよく混
合した後、プレスで直径13mmの錠剤に成形し(成形
圧力は2トン/cm2 )、パーキンエルマー社製の赤外
分光器883により、1000cmー1から200cmー1
間の赤外吸収スペクトルを測定したところ、O/Co比
の指標として、(非ノーマル部/ノーマル部)の面積比
をもとめると、0.7、また247cmー1/600cm
ー1の吸光度比は1.5が得られた。
The powders 1 to 1 prepared in Example 1 above
After taking 2 mg and mixing well with 0.3 g of cesium iodide powder, the mixture was molded into a tablet having a diameter of 13 mm by a press (molding pressure is 2 ton / cm 2 ), and an infrared spectrometer 883 manufactured by Perkin Elmer Co. 1000cm -1 to 200cm -1
When the infrared absorption spectrum was measured, the area ratio of (non-normal part / normal part) was found to be 0.7, or 247 cm -1 / 600 cm, as an index of the O / Co ratio.
The absorbance ratio of -1 was 1.5.

【0093】実施例2.焼成粉末は常に所望のパラメー
タを持っているとは限らず、適当な後処理により、X線
回折強度も含めて、調整する必要に迫られることがあ
る。そうした場合、その試料の二つのパラメータの値に
応じて、熱処理温度を500〜900℃,また酸素分圧
を空気から純酸素の間の適当な値を選んで熱処理するこ
とにより、所望のパラメータ値へ変えることができる。
これは、後処理中にLiCoO2 粉末がその後処理条件
に応じて、酸素量を調整し、結晶構造がより完全化する
ためである。表3には三試料(A,B,C)の例を示し
た。
Example 2. The calcined powder does not always have the desired parameters, and it may be necessary to adjust the X-ray diffraction intensity and the like by appropriate post-treatment. In such a case, according to the values of the two parameters of the sample, the heat treatment temperature is set to 500 to 900 ° C., and the oxygen partial pressure is set to an appropriate value between air and pure oxygen, and the heat treatment is performed to obtain the desired parameter value. Can be changed to.
This is because during the post-treatment, the LiCoO2 powder adjusts the amount of oxygen according to the post-treatment conditions to complete the crystal structure. Table 3 shows examples of three samples (A, B, C).

【0094】[0094]

【表3】 [Table 3]

【0095】試料Aは、O2 中焼成により、18.8度
ピークの強度を上げることができる。試料Bは空気中焼
成で、37.3度ピーク、O2 中で45.2度ピークの
強度を上げることができる。試料Cは空気中焼成でも1
8.8度ピークの強度を上げることができる。
The sample A can be increased in intensity at the 18.8 degree peak by firing in O 2 . Sample B can be fired in air to increase the intensity of the peak at 37.3 degrees and the peak at 45.2 degrees in O 2 . Sample C is 1 even if fired in air
The intensity of the 8.8 degree peak can be increased.

【0096】実施例3.市販のLiCoO2 粉末のよう
化セシウム錠剤を作り、1000cm−1〜200cm
−1間の赤外吸収スペクトルを測定した。その結果、B
/A面積比が0.7であり、Co−O6結合の完成度が
0.64であった。この粉末を900℃、空気中で2時
間焼成し、炉冷した。熱処理後、よう化セシウム錠剤を
作り、同様に赤外吸収スペクトルを測定し、評価したと
ころ、B/A面積比が1.15に増加したが、Co−O
6 結合の完成度は0.69と変わらなかった。この熱処
理後の粉末を用いて、正極を作成し、リチウム電池を製
造し、充放電特性を測定したところ、熱処理前の粉末に
くらべて、特性が大幅に改善された。
Example 3. Make a cesium iodide tablet of commercially available LiCoO2 powder, 1000 cm-1 to 200 cm
The infrared absorption spectrum between -1 was measured. As a result, B
The / A area ratio was 0.7, and the completeness of the Co-O6 bond was 0.64. This powder was calcined in air at 900 ° C. for 2 hours and cooled in a furnace. After the heat treatment, a cesium iodide tablet was prepared, and the infrared absorption spectrum was measured and evaluated in the same manner. As a result, the B / A area ratio increased to 1.15.
6 Bond integrity was unchanged at 0.69. Using this powder after the heat treatment, a positive electrode was prepared, a lithium battery was manufactured, and the charge / discharge characteristics were measured. As a result, the characteristics were significantly improved compared to the powder before the heat treatment.

【0097】実施例4.Co3O4 240.8g(1m
ol)に対し、Li2CO3 88.67g(1.2mo
l)、LiHCO3 40.76g(0.6mol) を
秤量し、ボールミルでよく混合した。実施例1において
は、焼成する粉末をプレス成型した後、二段階焼成した
場合について述べたが、粉末をプレス成型せず、粉末状
態のままで、粉末の最中心部に炉温制御用熱電対を挿入
した後、900℃で25時間空気中で焼成した。焼成粉
末内部で合成反応による発熱がたまるわけであるから、
焼成粉末の最中心部に炉温制御用熱電対を挿入しておけ
ば、粉末内部の昇温分に応じて、電気炉への入力を細か
く制御できるので、900℃を超えて温度上昇が起きる
心配は無い。粉末の最中心部が最も高温になる傾向があ
ることから、最中心部に熱電対を挿入することは焼成粉
末の最高温度を常時検知できることになる。赤外分光器
で評価したところ、B/A比は1.0,またCo−O6
結合の完成度は2.0であった。
Example 4. Co3O4 240.8g (1m
ol), 88.67 g (1.2 mo) of Li2CO3
1) and 40.76 g (0.6 mol) of LiHCO3 were weighed and mixed well with a ball mill. In Example 1, the case was described in which the powder to be fired was press-molded and then was fired in two stages. However, the powder was not press-molded, and the thermocouple for controlling the furnace temperature was placed at the most central portion of the powder in the powder state. After being inserted, it was baked in air at 900 ° C. for 25 hours. Since the heat generated by the synthetic reaction accumulates inside the fired powder,
If a thermocouple for controlling the furnace temperature is inserted in the most central part of the calcined powder, the input to the electric furnace can be finely controlled according to the temperature rise inside the powder, so the temperature rises above 900 ° C. Don't worry. Since the most central part of the powder tends to have the highest temperature, inserting the thermocouple in the most central part can always detect the maximum temperature of the fired powder. When evaluated by an infrared spectroscope, the B / A ratio was 1.0, and Co-O6
The bond perfection was 2.0.

【0098】実施例5.なお、上記実施例1ではLiC
oO2を合成する際に、Co3O4にLi2CO3を混合し
て合成を行ったが、Co3O4にLi2CO3とLiHCO
3 の混合リチウム塩を用いて合成を行うとよい。すなわ
ちLiHCO3 はLi2CO3よりも低温で分解しやす
く、またLiOHと異なり、空気中のCO2 を吸収する
こともなく、Li/Co比の管理が容易である。
Example 5. In Example 1, LiC
When synthesizing oO2, Li3CO3 was mixed with Co3O4 to synthesize Li3CO3 and LiHCO3.
Synthesis may be performed using a mixed lithium salt of 3. That LiHCO3 is easily decomposed at a temperature lower than the Li2 CO3, also unlike LiOH, it without absorbing the CO 2 in air, it is easy to manage the Li / Co ratio.

【0099】実施例6.次に請求項8に係わる発明につ
いて説明する。Co3O4,8.023gにLi2CO3を
3.283g,NaHCO3 ,2.511gを自動乳鉢
で2時間、混合した(Na添加量10mol%)。この
混合粉末を電気炉で空気中、850℃で20時間焼成し
た。電気抵抗値を測定したところ20KΩとなった。こ
の値はNaを添加しない時の値1MΩに対し、約1/5
00となり、導電性の高い活物質になることがわかる。
Example 6. Next, the invention according to claim 8 will be described. Co3O4 (8.023 g) was mixed with Li2CO3 (3.283 g) and NaHCO3 (2.511 g) in an automatic mortar for 2 hours (Na addition amount: 10 mol%). This mixed powder was fired in an electric furnace in air at 850 ° C. for 20 hours. When the electric resistance value was measured, it was 20 KΩ. This value is about 1/5 of the value of 1 MΩ when Na is not added.
00, it can be seen that the active material has high conductivity.

【0100】Naを置換した試料についてさらに説明す
る。Naの添加量は10,20,30mol%であり、
ここで用いたのはCo3O4とLi2CO3,Na2CO3で
あり、乳鉢で十分に粉砕した。図9には、Na添加Li
CoO2 合成時の熱挙動とNa添加量に関するTG−D
TA測定結果を示す。横軸は温度(℃)、縦軸は熱量を
示す。試料は、添加濃度が10、20、30モル%の4
種である。TG−DTA測定結果昇温速度10K/mi
n)を示した。Na添加量にかかわりなく、350℃付
近から460℃付近までで一つのブロードな吸熱ピーク
を示す。これ以外には熱変化はないのでNaはLiと十
分に置換すると推測できる。図10には、この試料のX
線回折強度の変化を示した。Naの添加量に対して、強
度の強い三つのピークはどれも直線関係を示す。図11
(a)(b)(c)は、各々、Naの添加量10,2
0,30mol%において、回折角2θ=70〜10間
でスキャンした場合のX線回折結果を示す。回折パター
ンは、基本的にLiCoO2 のそれであり、小さな回折
ピークでv印を付したものがNaCo22(ASTM2
7ー682),α−Na0.75CoO2(ASTM3
2−1068),β−Na0.6CoO2(ASTM3
0−1181)などに一致するようである。
The sample in which Na is replaced will be further described. The addition amount of Na is 10, 20, 30 mol%,
As used in here is the Co3O4 and Li2CO3, Na 2 CO3, was thoroughly pulverized in a mortar. In FIG. 9, Na-added Li
TG-D on thermal behavior and Na addition amount during CoO2 synthesis
The TA measurement result is shown. The horizontal axis represents temperature (° C.) and the vertical axis represents heat quantity. Samples were added at concentrations of 10, 20, 30 mol% and 4
It is a seed. TG-DTA measurement result Temperature rising rate 10K / mi
n) is shown. Regardless of the amount of Na added, it shows one broad endothermic peak from around 350 ° C to around 460 ° C. Since there is no heat change other than this, it can be inferred that Na sufficiently replaces Li. FIG. 10 shows the X of this sample.
The change in line diffraction intensity was shown. All the three peaks having high intensity show a linear relationship with the amount of Na added. Figure 11
(A), (b) and (c) are the addition amounts of Na of 10 and 2, respectively.
The X-ray-diffraction result at the time of scanning at a diffraction angle 2 (theta) = 70-10 in 0,30 mol% is shown. Diffraction pattern is that of essentially LiCoO2, those marked with v marked with a small diffraction peak NaCo 2 O 2 (ASTM2
7-682), α-Na0.75CoO 2 (ASTM3
2-1068), β-Na0.6CoO 2 (ASTM3
0-1181) and so on.

【0101】なお、LiCoO2 へのNa添加は文献
(J.Power Sources,39(1992)
313 Bludskaら)により報告されており、こ
れによるとNa20mol%まで各炭酸塩を用いて、4
00℃30hr,650℃8hr,900℃8hr焼成
で試料を作成している。Na添加によりLiの移動度が
上がり、Na濃度5mol%が最良であると結論してい
る。我々の実験結果によるとNa添加量は5mol%を
越え30mol%以下が最適であることが得られた。即
ち、Na添加量が30mol%を越え、Liがこれ以上
減少すると電池の容量が低下する。また、5mol%を
以下だとLiの移動度が減り、抵抗が低下する。
The addition of Na to LiCoO 2 is described in the literature (J. Power Sources, 39 (1992)).
313 Bludska et al.) And reported that using each carbonate up to 20 mol% Na, 4
Samples are prepared by firing at 00 ° C. for 30 hours, 650 ° C. for 8 hours, and 900 ° C. for 8 hours. It is concluded that the addition of Na increases the mobility of Li, and the Na concentration of 5 mol% is the best. According to our experimental results, it was found that the optimum amount of Na added is more than 5 mol% and 30 mol% or less. That is, when the amount of Na added exceeds 30 mol% and the amount of Li further decreases, the capacity of the battery decreases. On the other hand, if it is less than 5 mol%, the mobility of Li decreases and the resistance decreases.

【0102】実施例7.次に、Kを置換した試料につい
て説明する。Kの添加量は、10,20,30mol%
であり、用いたのはCo3O4,Li2CO3,K2CO3
である。K添加量20mol%について説明すると、C
o3O4 ,8.023gにLi2CO3を3.283g、
KHCO3、2.002gを自動乳鉢で2時間混合し
た。この粉末を電気炉で空気中850℃で20時間焼成
した。電気抵抗を測定したところ、43Ωであった。
Example 7. Next, a sample in which K is replaced will be described. The amount of K added is 10, 20, 30 mol%
, And the was used Co3O4, Li2CO3, K 2 CO3
Is. Explaining the K addition amount of 20 mol%, C
o3O4, 8.023 g, Li2CO3 3.283 g,
2.002 g of KHCO3 was mixed in an automatic mortar for 2 hours. This powder was fired in an electric furnace in air at 850 ° C. for 20 hours. When the electric resistance was measured, it was 43Ω.

【0103】以上のように、実施例6、7においては、
リチウムの一部をナトリウムやカリウムで置換する結
果、焼成組成物として、Li1ーxNaxCoO2やLi1-x
KxCoO2、あるいはLi1-xNax1Kx2(x1+x2=
x)などが得られ、KイオンあるいはNaイオンがLi
CoO2 の構造内に取り込まれて、導電性の高い活物質
になる。
As described above, in the sixth and seventh embodiments,
As a result of substituting a part of lithium with sodium or potassium, Li 1 -x Na x CoO 2 or Li 1 -x was obtained as a firing composition.
KxCoO 2 or Li1-xNax1Kx2 (x1 + x2 =
x) is obtained, and K ion or Na ion is Li
When incorporated into the structure of CoO2, it becomes a highly conductive active material.

【0104】実施例8.次に請求項9に係わる発明につ
いて説明する。ナトリウム塩あるいはカリウム塩は、炭
酸塩あるいは炭酸水素塩あるいは炭酸塩と炭酸水素塩と
の混合塩あるいは共晶炭酸水素塩として用いることによ
り、熱分解温度が低くなり低温焼成が可能となるので、
結晶構造的に乱れの少ない焼成粉末が得られる。このよ
うな例を示す。Co3O4,8.023gにLi2CO3を
3.283g、NaHCO3、0.837g、KHCO
3、0.501gを自動乳鉢で2時間混合し(Na添加
量10mol%、K添加量10mol%)、この粉末を
電気炉で空気中850℃で20時間焼成した。焼成物の
電気抵抗を測定したところ、100Ωであった。図12
に、この試料のTG−DTAの測定結果を示した。36
0〜500℃付近の吸熱ピークはKの添加量が増加する
ほどちいさくなる傾向にあるが、850℃付近の吸熱ピ
ーク(データ未収)は逆の傾向にある。850℃付近の
小さな吸熱ピークは加えた添加量がすばやくLiと置換
しない場合にみられるものであり(一時的にLi/Co
<1となりLi不足を生じるためである。)、Ag2
やCu2Oを加えた場合にもみられるものである。図1
3には、K濃度と三つの回折ピークの回折強度との関係
を示した。18.8度ピークのみ屈折するのがNa添加
の場合と異なっている。図14には、2θ=70〜10
度間の回折ピークを示した。×をふした小さなピークは
帰属不明であるが、強いピークはLiCoO2構造のも
のである。また、リチウム塩にこうしたNaHCO3,
Na2CO3,KHCO3,K2CO3を単独または混合し
て添加することはリチウム混合塩の大幅な熱分解温度の
低下だけでなく、融点の低下をも引き起こすので更に低
温合成の可能性を大きくひらくものである。
Example 8. Next, the invention according to claim 9 will be described. The sodium salt or potassium salt is used as a carbonate, a hydrogen carbonate, a mixed salt of a carbonate and a hydrogen carbonate, or a eutectic hydrogen carbonate, because the thermal decomposition temperature is lowered and low temperature firing becomes possible.
It is possible to obtain a calcined powder having a less disordered crystal structure. Such an example is shown. Co3O4, 8.023g, Li2CO3 3.283g, NaHCO3, 0.837g, KHCO
3, 0.501 g were mixed in an automatic mortar for 2 hours (Na added amount: 10 mol%, K added amount: 10 mol%), and this powder was fired in an electric furnace in air at 850 ° C. for 20 hours. When the electric resistance of the fired product was measured, it was 100Ω. 12
The measurement results of TG-DTA of this sample are shown in FIG. 36
The endothermic peak around 0 to 500 ° C. tends to become smaller as the amount of K added increases, but the endothermic peak near 850 ° C. (data not collected) has a reverse tendency. The small endothermic peak around 850 ° C is observed when the added amount does not replace Li quickly (temporarily Li / Co
This is because <1 and Li becomes insufficient. ), Ag 2 O
It is also seen when Cu and Cu 2 O are added. Figure 1
3 shows the relationship between the K concentration and the diffraction intensities of the three diffraction peaks. Refraction only at the 18.8 degree peak is different from the case of adding Na. In FIG. 14, 2θ = 70 to 10
It showed diffraction peaks between degrees. The small peaks marked with X are unidentified, but the strong peaks are of LiCoO2 structure. In addition, such NaHCO3,
Addition of Na 2 CO 3, KHCO 3, and K 2 CO 3 alone or in combination not only causes a large decrease in the thermal decomposition temperature of the lithium mixed salt, but also a decrease in the melting point, so the possibility of further low-temperature synthesis is greatly increased. It is a thing.

【0105】実施例9.次に請求項10に係わる発明に
ついて説明する。Co3O4,8.023gにLi2CO3
を3.694g,Ag2O,11.587gを自動乳鉢
で2時間、混合した(Ag添加量10mol%)。この
混合粉末を電気炉で空気中、850℃で20時間焼成し
た。焼成途中で分解し、金属粉末を生成するので、非常
に微細で、金属粉末が均一に分散したLiCoO2が得
られる。Ag2Oを用いた場合には、Agの一部がLi
と置換するので、組成物としてはLi1ーxAgxCo
2:Agy(x+y=添加量)となる。金属粉末は電気伝
導度が高いため、結果として、電気伝導度の高い組成物
が得られる。電気抵抗値を測定したところ52KΩとな
った。
Example 9. Next, the invention according to claim 10 will be described. Li3CO3 on Co3O4, 8.023g
Was mixed with 3.694 g, Ag2O, and 11.587 g in an automatic mortar for 2 hours (Ag addition amount: 10 mol%). This mixed powder was fired in an electric furnace in air at 850 ° C. for 20 hours. Since it decomposes during the firing to form a metal powder, LiCoO2, which is extremely fine and in which the metal powder is uniformly dispersed, can be obtained. When Ag 2 O is used, a part of Ag is Li
, So that the composition is Li1−xAgxCo.
O 2 : Agy (x + y = added amount). Since the metal powder has high electric conductivity, a composition having high electric conductivity can be obtained as a result. When the electric resistance value was measured, it was 52 KΩ.

【0106】図15には、Ag2O をAgにして、1
0,20,30mol%加えた試料(Co3O4:Li2
C03)のTG−DTA測定結果(空気中)を示した。
250℃付近からの吸熱ピークP1 は、Agの添加量が
増加するほど大きくなるが、これはAg2OがAgとO2
に分解する反応に基ずくものであり、重量減少がこの温
度域で認められる(データ未収)。したがって、この温
度以上の温度域では、金属Agの共存下でLiCoO2
の合成反応が進行していることが明らかである。400
℃付近からの吸熱ピークP2 は、Ag添加量によりそれ
ほど大きくは変化しないが850℃からの高温側吸熱ピ
ークは、Agの添加量が増加するほど大きくなる傾向に
ある(データ未収)。
In FIG. 15, Ag 2 O is set to Ag and 1
0,20,30Mol% added sample (Co3O4: Li 2
The TG-DTA measurement result (in air) of C03) is shown.
The endothermic peak P1 from around 250 ° C. increases as the amount of Ag added increases. This is because Ag 2 O contains Ag and O 2
It is based on the reaction that decomposes into, and weight loss is observed in this temperature range (data not collected). Therefore, in the temperature range above this temperature, LiCoO2 is present in the presence of metallic Ag.
It is clear that the synthetic reaction of is progressing. 400
The endothermic peak P2 from around ℃ does not change so much depending on the added amount of Ag, but the endothermic peak on the high temperature side from 850 ° C. tends to increase as the added amount of Ag increases (data not collected).

【0107】図16には、2θ=70〜10間のX線回
折ピークを示した。基本的には、LiCoO2の回折ピ
ークと金属銀(星印で示す)の回折ピークの二つがあ
る。図17には、Ag添加量と回折強度との関係を示
す。金属銀からの回折強度は、Ag濃度と共に増加し、
LiCoO2 からの回折強度は逆に減少することがわか
る。
FIG. 16 shows X-ray diffraction peaks between 2θ = 70 to 10. Basically, there are two diffraction peaks of LiCoO2 and metallic silver (indicated by a star). FIG. 17 shows the relationship between the added amount of Ag and the diffraction intensity. The diffraction intensity from metallic silver increases with Ag concentration,
It can be seen that the diffraction intensity from LiCoO2 decreases conversely.

【0108】なお、上記実施例では酸化銀を添加した
が、焼成温度までの温度域で分解し、金属粉末を生成す
る他の金属酸化物、すなわち酸化金、酸化白金、酸化イ
リジウム、酸化オスニウム、または酸化パラジウム等で
も同様の効果がある。
Although silver oxide was added in the above-mentioned examples, other metal oxides which decompose in the temperature range up to the firing temperature to produce metal powder, namely gold oxide, platinum oxide, iridium oxide, osmium oxide, Alternatively, palladium oxide or the like has the same effect.

【0109】実施例10.次に請求項11に係わる発明
について説明する。Co3O4,8.023gにLi2C
O3を3.694g,Cu2O,7.154gを自動乳
鉢で2時間、混合した(Cu添加量10mol%)。こ
の混合粉末を電気炉で空気中、850℃で20時間焼成
した。電気抵抗値を測定したところ13KΩとなった
(添加前1MΩ)。
Example 10. Next, the invention according to claim 11 will be described. Li3C on Co3O4, 8.023g
3.694 g of O3 and 7.154 g of Cu2O were mixed in an automatic mortar for 2 hours (Cu addition amount 10 mol%). This mixed powder was fired in an electric furnace in air at 850 ° C. for 20 hours. When the electric resistance value was measured, it was 13 KΩ (1 MΩ before addition).

【0110】電気伝導度の高い酸化物半導体が生成した
LiCoO2 粉末中に均一に分散する結果、電気伝導度
の高い組成物がえられる。特にCu2O を用いた場合に
は加えたCuの一部がLiと置換するので、Li1-xC
uxCoO2:(Cu2O)y(x+y=添加量)のような組
成物がえられる。Cu2Oは900℃では熱分解しな
い。なお、Cu2O以外にNiO,FeO,Cr2O3,
MoO2などは空気中で十分に焼成され、酸化が進むほ
ど電気伝導度が上昇するタイプの半導体であるので、L
iCoO2あるいはLiCoO2を主成分とする組成物の
合成反応時の酸化により、更に電気伝導度が向上するの
で好ましい。
As a result of the oxide semiconductor having high electric conductivity being uniformly dispersed in the produced LiCoO 2 powder, a composition having high electric conductivity can be obtained. In particular, when Cu 2 O is used, a part of the added Cu replaces Li, so that Li1-xC
A composition such as uxCoO 2 : (Cu 2 O) y (x + y = added amount) can be obtained. Cu 2 O does not thermally decompose at 900 ° C. In addition to Cu 2 O, NiO, FeO, Cr 2 O 3,
Since MoO 2 is a type of semiconductor that is sufficiently fired in air and its electrical conductivity increases as oxidation progresses, L
Oxidation during the synthesis reaction of the composition containing iCoO2 or LiCoO2 as the main component further improves the electric conductivity, which is preferable.

【0111】また、NiO,FeO,Cr2O3は、Li
CoO2 合成反応時に置換するのではなく、Coと置換
する可能性を持つ。すなわち、たとえばNiOを加える
と、LiCo1-xNixO2:NiOy(x+y=添加量)と
いう組成物がえられる。FeO,Cr2Oの添加につい
ても同様である。
Further, NiO, FeO and Cr 2 O 3 are Li
CoO2 has the possibility of substituting with Co instead of substituting during the synthesis reaction. Thus, for example the addition of NiO, LiCo1-xNixO 2: composition of NiOy (x + y = amount) will be obtained. The same applies to the addition of FeO and Cr 2 O.

【0112】図18には、Cu添加試料(Cu=10,
20,30mol%)のTG−DTA測定結果(空気
中)を示した。370℃から470℃の吸熱ピークP1
は、Cu濃度により変化しないが、480℃以上の吸熱
ピークP2 および810℃からの吸熱ピークP3 (図は
拡大図)はCu濃度の増加につれて増加する傾向にあ
る。図19にはX線回折結果を示した。星印はCu2
の回折ピークを示すが、基本的にはLiCoO2 が主で
ある。Cu添加量10mol%,30mol%にはCo
3O4の回折ピークが見られるが、これは焼成時間が30
分の試料であるのでさらに長時間焼成した試料では観察
されなかった。
FIG. 18 shows a Cu-added sample (Cu = 10,
The TG-DTA measurement results (in air) of 20 and 30 mol%) are shown. Endothermic peak P1 from 370 ℃ to 470 ℃
Does not change depending on the Cu concentration, but the endothermic peak P2 above 480 ° C. and the endothermic peak P3 from 810 ° C. (enlarged view in the figure) tend to increase as the Cu concentration increases. FIG. 19 shows the X-ray diffraction result. The star is Cu 2 O
However, it is basically LiCoO2. The amount of added Cu is 10 mol% and 30 mol% is Co.
A diffraction peak of 3O4 can be seen, but this is a baking time of 30.
Since it was a minute sample, it was not observed in the sample fired for a longer time.

【0113】図20(a)(b)には各々Cu添加試料
とAg添加試料の三つの回折ピーク(2θ=45.2
度、37.3度,18.8度)の回折強度を示した。C
u添加試料の方が直線性の成立する濃度範囲が広いこと
から、Cuの方がAgよりもLiと置換しうる濃度範囲
が広いと推察できる。
20A and 20B show three diffraction peaks (2θ = 45.2) of the Cu-added sample and the Ag-added sample, respectively.
, 37.3 degrees, 18.8 degrees). C
Since the u-added sample has a wider concentration range in which the linearity is established, it can be inferred that Cu has a wider concentration range in which it can be replaced with Li than Ag.

【0114】実施例11.次に請求項12に係わる発明
について説明する。Co3O4,8.023gにMnO
2、8.181g,Li2CO3 を3.694gを自動乳
鉢で2時間、混合した(Mn添加量30mol%)。こ
の混合粉末を電気炉で空気中、850℃で20時間焼成
した。
Example 11. Next, the invention according to claim 12 will be described. Co3O4, MnO on 8.023g
2,8.181 g and 3.694 g of Li2CO3 were mixed in an automatic mortar for 2 hours (Mn content 30 mol%). This mixed powder was fired in an electric furnace in air at 850 ° C. for 20 hours.

【0115】LiCoO2 の合成反応は、次の化学式で
示すように余分の酸素を必要とする反応である。
The LiCoO 2 synthesis reaction is a reaction requiring an extra oxygen as shown in the following chemical formula.

【0116】[0116]

【化2】 [Chemical 2]

【0117】通常、高温合成したLiCoO2 は問題と
なるほどの酸素不足をかかえている。すなわち、LiC
oO2ーy(0<y<0.3)でその組成があらさわれる。
LiCoO2 合成中に分解する酸化物から発生する酸素
は、上記不足酸素量を補償し、ストイキオメトリーを良
くする効果を有する。
Usually, LiCoO 2 synthesized at high temperature is deficient in oxygen. That is, LiC
The composition is represented by oO2-y (0 <y <0.3).
Oxygen generated from the oxide decomposed during the synthesis of LiCoO2 has an effect of compensating the above-mentioned insufficient oxygen amount and improving the stoichiometry.

【0118】酸素不足量を少なくするためリチウムの過
酸化酸化物を用いる合成法もある(M,G,S,R,T
homaset al.,Mat.Res.Bul
l.,20(1985)1137)。
There is also a synthetic method (M, G, S, R, T) using a lithium peroxide in order to reduce the oxygen deficiency.
homeset al. , Mat. Res. Bul
l. , 20 (1985) 1137).

【0119】CoにMnを置換した試料について説明す
る。Mnの添加量は10,20,30mol%であり、
用いたのはCo3O4,MnO2,Li2CO3である。図
21にはMnO2 添加時のTG−DTA測定結果を示し
た。Mn添加量にかかわりなく、360℃付近から48
0℃付近まで、一つの吸熱ピークを示す。これ以外に熱
変化が無いので、MnはCoと同程度にリチウム化が進
行すると考えられる。
A sample in which Co replaces Mn will be described. The amount of Mn added is 10, 20 and 30 mol%,
Co3O4, MnO2 and Li2CO3 were used. FIG. 21 shows the TG-DTA measurement result when MnO 2 was added. 48 from around 360 ° C regardless of the amount of Mn added
It shows one endothermic peak up to around 0 ° C. Since there is no other heat change than this, it is considered that Mn undergoes lithiation to the same extent as Co.

【0120】図22には回折角2θ=70〜10間で測
定したX線回折結果を示した。Mnの添加量が増えるに
つれて、リチウムマンガン酸化物の量が増えている。図
23には、MnO2 添加の赤外吸収スペクトルを示し
た。矢印で示す波数660cm-1のピークはスピネル構
造に固有のピークである。したがって、この赤外吸収ス
ペクトルからMnを添加した試料では、LiCoO2 の
層状構造とリチウム化マンガン酸化物のスピネル構造と
が共存しており、結晶構造がコンポジット化していると
いえる。スピネル構造をもつリチウム化マンガン酸化物
は、高性能リチウム二次電池用正極材料としてLiCo
O2 に匹敵する有力な候補材料である。スピネル構造
は、Liを収容しうる多くのトンネル構造を持っている
ので、このコンポジット化した結晶構造をもつMn添加
組成物は、優れたリチウム収容能力を持っている。即ち
容量の高い二次電池が得られる。
FIG. 22 shows the X-ray diffraction results measured at diffraction angles 2θ = 70 to 10. The amount of lithium manganese oxide increases as the amount of Mn added increases. FIG. 23 shows the infrared absorption spectrum of MnO2 added. The peak at the wave number of 660 cm −1 indicated by the arrow is a peak peculiar to the spinel structure. Therefore, from the infrared absorption spectrum, it can be said that in the sample to which Mn is added, the layered structure of LiCoO2 and the spinel structure of lithiated manganese oxide coexist, and the crystal structure is composite. Lithiated manganese oxide having a spinel structure is used as a positive electrode material for high-performance lithium secondary batteries in LiCo.
It is a strong candidate material comparable to O2. Since the spinel structure has many tunnel structures capable of accommodating Li, the Mn-added composition having a composite crystal structure has an excellent lithium accommodating capacity. That is, a secondary battery having a high capacity can be obtained.

【0121】表4には、これまで説明してきたNa,
K,Ag,Cu2OおよびMnO2を5,10,20,3
0mol%加えた試料の電気抵抗測定結果を示した。
Table 4 shows that Na, which has been explained so far,
K, Ag, Cu2O and MnO2 were added to 5, 10, 20, 3
The electric resistance measurement result of the sample added with 0 mol% is shown.

【0122】[0122]

【表4】 [Table 4]

【0123】なお、焼成粉末の電気抵抗測定は次の手順
で行なった。めのうの乳鉢で細かく粉砕した焼成粉末を
1gとり、プレスで13mmの円盤に2ton/cm2
の圧力で成形した。この成型体の両側を銅板で挟み込
み、デジタルボルトメーターで電気抵抗を測定した。
The electric resistance of the fired powder was measured by the following procedure. Take 1g of finely crushed powder in an agate mortar and press the press to 2 ton / cm 2 on a 13mm disk.
Was molded under pressure. Both sides of this molded body were sandwiched between copper plates, and the electrical resistance was measured with a digital voltmeter.

【0124】表4の結果をまずLiCoO2の前述の文
献値とひかくする。LiCoO2の電気抵抗値である
が、先に上げた文献値100Ωcmをこの測定円盤サイ
ズに換算すれば、26.5Ωとなる。表4で我々の値は
1MΩである。このくい違いの原因は粉体の粒径やプレ
ス圧力の違いなどが考えられる。尚、これらの具体的な
数値が上げられてないので、これ以上の考察は不可能で
ある。
The results in Table 4 are first compared with the above-mentioned literature values for LiCoO 2. The electric resistance value of LiCoO2 is 26.5 Ω when the above-mentioned literature value of 100 Ωcm is converted into this measurement disk size. In Table 4, our value is 1 MΩ. The reason for this difference may be the difference in particle size of the powder or the difference in pressing pressure. Incidentally, since these concrete numerical values have not been raised, further consideration is impossible.

【0125】K添加では、20mol%以上で10万分
の1に、またAg添加では30mol%以上で10万分
の1になる。Cu添加では20mol%以上で千分の1
に、Na添加では30mol%以上で千分の1になって
いる。なお、Mn添加では電気抵抗の低下は見られな
い。
When K is added, the amount becomes 1 / 100,000 at 20 mol% or more, and when Ag is added, the amount becomes 1 / 100,000 at 30 mol% or more. With addition of Cu, it is one thousandth above 20 mol%
In addition, when Na is added, the amount becomes one thousandth at 30 mol% or more. It should be noted that no decrease in electrical resistance was observed with the addition of Mn.

【0126】このように、K,Ag,Cu,Naの添加
により、本質的に電気抵抗値の高いLiCoO2 を低抵
抗とすることができ、正極の内部抵抗を減少させること
ができる。特に、K添加物とAg添加物で顕著出ある。
Cu添加物やNa添加物でもかなりの効果が期待でき
る。
As described above, by adding K, Ag, Cu, and Na, LiCoO 2 having an essentially high electric resistance value can have a low resistance, and the internal resistance of the positive electrode can be reduced. In particular, it is remarkable in the K additive and the Ag additive.
A considerable effect can be expected with Cu additive and Na additive.

【0127】実施例12.次に請求項13に係わる発明
について説明する。まず赤外吸収スペクトル(1000
から200cmー1)からの評価について述べる。前述し
たようにCo−O6 伸縮吸収帯(600cm)をノーマ
ル部(A)と非ノーマル部(B)に分割し、算出した面
積比(B/A)はストイキオメトリー(O/Co)に関
連するパラメータである。B/A比が小さいほど、Li
CoO2中の酸素不足が少なく、B/A比が大きいほ
ど、酸素不足も大きくなる。図24に示すように、この
B/Aと正極活物質内のリチウムイオンの拡散係数との
関係では、B/A値が2の付近に極大を持つ。なお、リ
チウムイオンの拡散係数は、一般的な電気化学的測定法
であるサイクリックボルタンメトリー法によって測定し
た。リチウムイオンの拡散係数は、電池反応時の電流に
関係し、拡散係数が大きいと反応電流も大きい。拡散係
数にして10-12以上の値が望ましく、したがってB/
Aの範囲は、0.5から3.0が望ましい。
Example 12. Next, the invention according to claim 13 will be described. First, the infrared absorption spectrum (1000
From 200 cm-1) will be described. As described above, the Co-O6 stretchable absorption band (600 cm) is divided into the normal part (A) and the non-normal part (B), and the calculated area ratio (B / A) is related to stoichiometry (O / Co). It is a parameter to do. The smaller the B / A ratio, the more Li
The lower the oxygen deficiency in CoO2 and the higher the B / A ratio, the greater the oxygen deficiency. As shown in FIG. 24, in the relationship between B / A and the diffusion coefficient of lithium ions in the positive electrode active material, the B / A value has a maximum in the vicinity of 2. The diffusion coefficient of lithium ions was measured by a cyclic voltammetry method which is a general electrochemical measurement method. The diffusion coefficient of lithium ions is related to the current at the time of battery reaction, and the reaction current is large when the diffusion coefficient is large. A diffusion coefficient of 10 -12 or more is desirable, and therefore B /
The range of A is preferably 0.5 to 3.0.

【0128】また、前述のように247cm-1の吸収帯
(Co−O6 結合の変角振動)と600cm-1の吸収帯
との吸光度比はCo−O6 結合の完成度を示すと考えら
れる。この値が小さいほど、完成度が低く、この値が大
きいほど完成度が高い。図25に示すように、Co−O
6 結合の完成度を示す指標と考えられる247cm-1の吸
収帯と600cm-1の吸収帯との吸光度の比が4までは、
活物質重量あたりの放電容量が増大する。実用に適する
放電容量は、70mAh/g以上と考えられるから、吸
光度の比としては、0.5〜4.0が望ましい。
As described above, the absorption band (Co--O6) at 247 cm -1 is used. The bending ratio of the bond) and the absorption band at 600 cm -1 is Co-O6 It is considered to indicate the degree of perfection of the bond. The smaller this value, the lower the degree of perfection, and the larger this value, the higher the degree of perfection. As shown in FIG. 25, Co-O
6 until the ratio of the absorbance of the absorption band of the absorption band and 600 cm -1 of 247cm -1 which is considered an indicator of binding of perfection is 4,
The discharge capacity per active material weight increases. Since the discharge capacity suitable for practical use is considered to be 70 mAh / g or more, the absorbance ratio is preferably 0.5 to 4.0.

【0129】以上、この二点の評価は、X線回折結果か
らは決して得ることができない非常に重要なものであ
る。表5には、添加物に関して、赤外吸収からのまとめ
を示した。
As described above, the evaluation of these two points is very important that can never be obtained from the X-ray diffraction results. Table 5 shows a summary of the additives from infrared absorption.

【0130】[0130]

【表5】 [Table 5]

【0131】添加元素の中で、NaとMnだけがB/A
比を小さくする効果を持つことが明白である。すなわ
ち、NaとMnの添加は、酸素不足を生じにくくする。
それに反して、K,Ag,Cuはそうした特別の効果を
有せず、無添加の場合と全く同一のB/A比を与える。
Of the additive elements, only Na and Mn are B / A.
It is clear that it has the effect of reducing the ratio. That is, the addition of Na and Mn makes oxygen deficiency less likely to occur.
On the contrary, K, Ag and Cu do not have such a special effect, and give the same B / A ratio as in the case of no addition.

【0132】次に、結晶構造の完成度にも係わるCo−
O6 結合の完成度に与える添加元素の影響についてみる
と、NaとKはほぼ似た効果を持ち、Naの方がややす
ぐれている印象を受ける。Ag、Cu、Mnについて
は、それほど異ならず、NaやKに比して、特別にすぐ
れた効果を持たないようである。
Next, Co-related to the degree of perfection of the crystal structure
Looking at the effect of additional elements on the degree of perfection of O6 bonds, Na and K have similar effects, and it seems that Na is slightly superior. Ag, Cu, and Mn are not so different and do not seem to have a particularly excellent effect as compared with Na and K.

【0133】実施例13.次に請求項14に係わる発明
について説明する。本実施例では上記のような正極材料
を用いた二次電池及びその製造方法について述べる。図
26は本実施例によるリチウム二次電池の断面構成図で
あり、電極層の成形法として湿式法を用いた。正極は、
溶剤としてNMP溶液33重量部に、バインダーとして
PVdF3重量部を溶解させ、バインダー溶液とし、こ
の溶液に正極活物質1としてLiCoO2 粉末58重量
部と導電剤としてグラファイト粉末6重量部を分散させ
て塗工液を作成した。この塗工液を集電体である厚さ2
0μmのアルミ箔4上に塗工乾燥後、幅30cm厚さ約
150μmの長尺電極シートを作成した。さらに同様に
シリコン塗布された塗工基材上に幅30cm、厚さ約1
50μmとなるよう塗工乾燥後、塗工基材から剥すこと
により正極独立膜シートを作成した。
Example 13 Next, the invention according to claim 14 will be described. In this example, a secondary battery using the above positive electrode material and a method for manufacturing the same will be described. FIG. 26 is a cross-sectional configuration diagram of the lithium secondary battery according to this example, and the wet method was used as the method for forming the electrode layer. The positive electrode is
3 parts by weight of PVdF as a binder were dissolved in 33 parts by weight of an NMP solution as a solvent to prepare a binder solution, and 58 parts by weight of LiCoO2 powder as a positive electrode active material 1 and 6 parts by weight of graphite powder as a conductive agent were dispersed in the solution for coating. A liquid was created. This coating liquid is a current collector, thickness 2
After coating and drying on a 0 μm aluminum foil 4, a long electrode sheet having a width of 30 cm and a thickness of about 150 μm was prepared. Furthermore, the width is 30 cm and the thickness is about 1 on the coated base material coated with silicon in the same manner.
After coating and drying so as to have a thickness of 50 μm, a positive electrode independent film sheet was prepared by peeling from the coating substrate.

【0134】負極は、溶剤としてNMP溶液33重量部
に、バインダーとしてPVdF3重量部を溶解させバイ
ンダー溶液とし、この溶液に負極活物質2としてメソフ
ェーズマイクロビーズカーボン粉末62重量部と炭酸リ
チウム2重量部を分散させて塗工液を作成した。この塗
工液を集電体である厚さ20μmの銅箔5上に塗工乾燥
後、幅31cm、厚さ約150μmの電極シートを作成
した。さらに同様にシリコン塗布された塗工基材上に幅
31cm、厚さ約150μmとなるよう塗工乾燥後、塗
工基材から剥すことにより負極独立膜シートを作成し
た。
The negative electrode was prepared by dissolving 3 parts by weight of PVdF as a binder in 33 parts by weight of an NMP solution as a solvent to prepare a binder solution, and 62 parts by weight of carbon powder of mesophase microbeads and 2 parts by weight of lithium carbonate as the negative electrode active material 2 in this solution. A coating liquid was prepared by dispersing. This coating solution was applied on a copper foil 5 having a thickness of 20 μm, which is a current collector, and dried, and an electrode sheet having a width of 31 cm and a thickness of about 150 μm was prepared. Further, similarly, a negative electrode independent film sheet was prepared by drying the coating on a coating base material coated with silicon so as to have a width of 31 cm and a thickness of about 150 μm, and then peeling the sheet from the coating base material.

【0135】図26に示すように、セパレータ3に対し
作成した集電箔一体化電極体上に電極独立膜シートを重
ねた2層正極及び負極体を対向させ、長さ方向に30c
mごとに4回つづら折れに折り畳んだ電池要素構造を作
成した。セパレータ3は、折り始めと折り終わりのそれ
ぞれに約2cmずつを正極および負極よりはみ出すよう
にした。その後、これらの電池要素構造を一体でプレス
し、各部材の接触を向上させた。
As shown in FIG. 26, a two-layer positive electrode and a negative electrode body, in which an electrode independent film sheet is stacked on the collector foil integrated electrode body prepared for the separator 3, are opposed to each other, and 30c is formed in the length direction.
A battery element structure was created by folding it four times every m. About 3 cm of the separator 3 was made to protrude from the positive electrode and the negative electrode at the beginning and the end of folding, respectively. After that, these battery element structures were pressed together to improve the contact of each member.

【0136】作成した約30cm角の電池要素をポリエ
チレン製の枠にはめ、電池要素からはみ出したセパレー
タとリザーバに接続し、さらに厚さ0.1mmのステン
レス板2枚ではさみ、周囲をプレスしながら熱融着し、
4角形の平板状単電池を作成した。
The prepared battery element of about 30 cm square was fitted in a polyethylene frame, connected to the separator and the reservoir protruding from the battery element, further sandwiched by two 0.1 mm-thick stainless steel plates, while pressing the periphery. Heat fusion,
A quadrangular flat cell was prepared.

【0137】電池全体を真空容器に入れ、真空(ー75
0mmHg以下)にしたのち、予め設けられている注液
口にエチレンカーボネートとジメトキシエタンの1:1
混合溶媒に過塩素酸リチウムを1mol/l溶かした電
解液を流し込んだ。注液は、乾燥炭酸ガス雰囲気のドラ
イボックス内で行い、注液完了後、注液口を溶接、封口
した。
The entire battery was placed in a vacuum container and placed under vacuum (-75
(0 mmHg or less), and then 1: 1 of ethylene carbonate and dimethoxyethane to the injection port provided in advance.
An electrolytic solution in which 1 mol / l of lithium perchlorate was dissolved was poured into the mixed solvent. The injection was performed in a dry box in a dry carbon dioxide atmosphere, and after the injection was completed, the injection port was welded and sealed.

【0138】このようにして組み立てた電池は、初回単
電池電圧4.2Vまで充電した後、電池電圧3.6V、
162Wの出力を得た。また、本実施例では、折り畳み
電池の電極活物質層を2層以上とし、これを曲げ加工に
より折り畳んだのち、密着成形したので、電極活物質層
単層が薄くなるため、曲げに対する柔軟性が増し、また
電極層にクラックを生じることなく電池組立を行なうこ
とが可能となった。さらに、電極製法が湿式成形の場
合、膜厚が薄くなることから、成形枚数が増えることを
加味しても、乾燥時間は短縮され、製造エネルギーの削
減につながる。
The battery assembled in this manner was charged to a voltage of 4.2 V for the first time and then charged to a voltage of 3.6 V,
An output of 162 W was obtained. In addition, in the present example, the folding battery has two or more electrode active material layers, which are folded by bending and then contact-molded. In addition, it has become possible to assemble batteries without causing cracks in the electrode layers. Further, when the electrode manufacturing method is wet molding, the film thickness becomes thin, so that the drying time is shortened even if the number of molded sheets is increased, which leads to a reduction in manufacturing energy.

【0139】実施例14.次に請求項15に係わる発明
について説明する。本実施例では実施例13と同様に正
極塗工液を作成した。この塗工液を集電体である厚さ2
0μmのアルミ箔上に塗工し乾燥後、幅30cm厚さ約
300μmの長尺電極シートを作成した。また、実施例
13と同様に負極塗工液を作成した。この塗工液を集電
体である厚さ20μmの銅箔上に塗工し、乾燥させるこ
とにより幅31cm厚さ約300μmの長尺電極シート
を数枚作成した。
Example 14. Next, the invention according to claim 15 will be described. In this example, a positive electrode coating liquid was prepared in the same manner as in Example 13. This coating liquid is a current collector, thickness 2
After coating on a 0 μm aluminum foil and drying, a long electrode sheet having a width of 30 cm and a thickness of about 300 μm was prepared. Also, a negative electrode coating solution was prepared in the same manner as in Example 13. This coating solution was applied onto a copper foil having a thickness of 20 μm, which is a current collector, and dried to prepare several long electrode sheets having a width of 31 cm and a thickness of about 300 μm.

【0140】作成した正極及び負極体の電池組立準備加
工として、図27に示すように、折り畳み電池内で曲率
0の曲げ部に相当する部分の活物質層1、2にスリット
8を入れとともに、曲率をもつ曲げ部9に相当する活物
質1、2を集電箔4、5から取り除き、電極体を作成し
た。この正極および負極を予め必要寸法に切断されたセ
パレータである多孔質ポリプロピレンフィルム(厚さ5
0μm)を挟んで活物質層が向かい合うように重ね、図
28に示すような長さ方向に30cmごとに半円柱状の
多孔体ポロプロピレン材をスペーサー6として折り返し
部に挿入しながら、4回折り畳んだ電池要素構造を作成
した。
As shown in FIG. 27, as a battery assembly preparation process for the prepared positive and negative electrodes, slits 8 were formed in the active material layers 1 and 2 in the folded battery, which corresponded to the bent portions having a curvature of 0. The active materials 1 and 2 corresponding to the bent portions 9 having a curvature were removed from the current collector foils 4 and 5 to prepare electrode bodies. Porous polypropylene film (thickness 5
0 μm) so that the active material layers face each other, and the semi-cylindrical porous polypropylene material is inserted into the folded portion as spacers 6 every 30 cm in the lengthwise direction as shown in FIG. A battery element structure was created.

【0141】以下の電池組立は実施例13と同様に行
い、電池試験を行った。このようにして組み立てた電池
は、初回単電池電圧4.2Vまで充電した後、電池電圧
3.5V、158Wの出力を得た。また、長期の充放電
サイクルを行っても、特性の顕著な低下は見られなかっ
た。このように本実施例では、曲率部分の電極活物質層
を取り除いたので、電極層は平板のみとして扱われ、曲
げる必要がないため、クラックを生じることなく電池組
立が可能である。また活物質等の材料も無駄なく使用で
きるため、電極活物質の材料歩留りも向上する。さら
に、曲率部分の電極を取り除かれた部分は、半円柱状ス
ペーサーが挿入してあるので、電解質リザーバーとして
の機能も期待できるばかりか、電池充放電時に電極の膨
張・収縮が生じても曲げ部分のスペーサーが集電箔にか
かる応力を緩和するため、破断することなく、安定した
充放電サイクルが期待できる。
The following battery assembly was performed in the same manner as in Example 13 and a battery test was conducted. The battery assembled in this manner obtained outputs of battery voltages of 3.5 V and 158 W after being charged to the initial single battery voltage of 4.2 V. Further, no significant deterioration in characteristics was observed even after a long-term charge / discharge cycle. As described above, in this embodiment, the electrode active material layer in the curved portion is removed, so that the electrode layer is treated as a flat plate only and does not need to be bent, so that battery assembly can be performed without cracks. Further, since the material such as the active material can be used without waste, the material yield of the electrode active material is improved. In addition, since the semi-cylindrical spacer is inserted in the part of the curved part where the electrode has been removed, not only can it be expected to function as an electrolyte reservoir, but even if the electrode expands and contracts during battery charging and discharging, the bent part Since the spacer of 1 relaxes the stress applied to the current collector foil, a stable charge / discharge cycle can be expected without breaking.

【0142】実施例15.次に請求項16に係わる発明
について説明する。本実施例では実施例13と同様に、
厚み約300μmの連続活物質層の長尺電極を数枚作成
した。その後、図29に示されるように3つの電池(電
極対)を平行に積み重ねて、実施例13と同様に折り畳
み電池を組み上げ、電池試験を行った。内部電池集電箔
からリード線7を取り出し3層の電池が並列回路となる
ように配線した。この後実施例13と同様に組み立てら
れた電池は、初回単電池電圧4.2Vまで充電した後、
電池電圧3.7V、500Wの出力を得た。また、長期
の充放電サイクルを行っても、特性の顕著な低下は見ら
れなかった。
Example 15. Next, the invention according to claim 16 will be described. In this embodiment, similar to Embodiment 13,
Several long electrodes having a continuous active material layer with a thickness of about 300 μm were prepared. After that, as shown in FIG. 29, three batteries (electrode pairs) were stacked in parallel, a folding battery was assembled in the same manner as in Example 13, and a battery test was conducted. The lead wire 7 was taken out from the internal battery current collector foil and wired so that the three layers of batteries would form a parallel circuit. After that, the battery assembled in the same manner as in Example 13 was charged to the initial cell voltage of 4.2 V,
A battery voltage of 3.7 V and an output of 500 W were obtained. Further, no significant deterioration in characteristics was observed even after a long-term charge / discharge cycle.

【0143】このように本実施例では、2つ以上の電池
を平行に重ねて折り畳みを行ったので、折り畳み外側部
分の電極の曲率は内側部分のそれより大きくなるため、
電池組立時にクラックを生じる確率は少なくなる。ま
た、内側部分の電極は小さな曲率となるものの、外側部
材にサポートされているため、強度が向上するためクラ
ックの発生が避けられる。さらに電池充放電時にも、曲
率の大きい部分では電極層の膨潤・収縮による集電箔へ
の応力が比較的小さくなるため、集電箔の破断は抑制さ
れる。
As described above, in this embodiment, since two or more batteries are stacked in parallel and folded, the curvature of the outer electrode of the folded part is larger than that of the inner part.
The probability of cracking during battery assembly is reduced. Further, although the electrode in the inner portion has a small curvature, since it is supported by the outer member, the strength is improved, and thus the generation of cracks can be avoided. Further, even during charging / discharging of the battery, the stress on the current collector foil due to the swelling / shrinkage of the electrode layer is relatively small in the portion having a large curvature, so that the breakage of the current collector foil is suppressed.

【0144】実施例16.次に請求項17に係わる発明
について説明する。本実施例では、実施例15と同様に
厚み約300μmの連続活物質層の長尺電極を数枚作成
した。その後、図30(a)(b)に示される様に直交
する電池層を交互に重ね合わせながら、折り畳み電池要
素構造を組み立てた。曲げ部内側には半円柱状スペーサ
ー6を挿入した。以後実施例13と同様に電池を組み上
げ、電池試験を行った。このようにして組み立てた電池
は、初回単電池電圧4.2Vまで充電した後、電池電圧
3.7V、666Wの出力を得た。また、長期の充放電
サイクルを行っても、特性の顕著な低下は見られなかっ
た。このように本実施例では2つ以上の電池を直角に重
ねて交互に重ね合わせながら折り畳んだので、電極層を
折り畳む曲率を電極破断曲率より大きく設計できるた
め、クラックを生じることなく電極層を折り畳むことが
容易になり、製造歩留りが向上する。さらに電池充放電
時にも曲率が大きいため、電極層の膨潤・収縮による集
電箔への応力が比較的小さくなるため、集電箔の破断は
抑制される。
Example 16. Next, the invention according to claim 17 will be described. In this example, similar to Example 15, several continuous electrodes having a thickness of about 300 μm and having a continuous active material layer were prepared. Then, a folded battery element structure was assembled while alternately stacking orthogonal battery layers as shown in FIGS. A semi-cylindrical spacer 6 was inserted inside the bent portion. Thereafter, a battery was assembled and a battery test was conducted in the same manner as in Example 13. The battery assembled in this manner obtained an output of 666 W at a battery voltage of 3.7 V after being charged to the initial single battery voltage of 4.2 V. Further, no significant deterioration in characteristics was observed even after a long-term charge / discharge cycle. As described above, in this embodiment, two or more batteries are stacked at right angles and folded while being alternately stacked. Therefore, the curvature of folding the electrode layer can be designed to be larger than the breaking curvature of the electrode, so that the electrode layer can be folded without cracks. It becomes easy and the manufacturing yield is improved. Further, even when the battery is charged / discharged, since the curvature is large, the stress on the current collector foil due to the swelling / shrinkage of the electrode layer is relatively small, so that the current collector foil is prevented from breaking.

【0145】実施例17.次に請求項18に係わる発明
について説明する。本実施例では、実施例13の方法に
従い、電極塗工液を作成後シリコン塗布基材上に塗工
し、乾燥後厚み約300μmとなるように正極及び負極
独立膜シートを作成した。これを電池平面面積30cm
角に切断し、図28の構成となるように電池要素を構成
させ、以下実施例13と同様に電池要素構造を一体でプ
レスし、各部材の接触を向上させた。このようにして組
み立てた電池は、初回単電池電圧4.2Vまで充電した
後、電池電圧3.5V、158Wの出力を得た。また、
長期の充放電サイクルを行っても、特性の顕著な低下は
見られなかった。
Example 17: Next, the invention according to claim 18 will be described. In this example, according to the method of Example 13, an electrode coating solution was prepared and then applied on a silicon-coated substrate, and a positive electrode and negative electrode independent film sheet was prepared so that the thickness was about 300 μm after drying. This is the battery plane area 30 cm
28, the battery element was configured to have the configuration of FIG. 28, and the battery element structure was integrally pressed in the same manner as in Example 13 to improve the contact of each member. The battery assembled in this manner obtained outputs of battery voltages of 3.5 V and 158 W after being charged to the initial single battery voltage of 4.2 V. Also,
No significant deterioration in characteristics was observed even after a long-term charge / discharge cycle.

【0146】比較例1・・・実施例13と同様に電極塗
工液を作成し、集電箔上に塗工乾燥させ、厚み300μ
mの単層塗膜シートを作成し、プレスすることにより比
較的活物質充填率の高い正極及び負極の電極シートを作
成した。シートサイズは実施例13と同様である。実施
例13と同様に、セパレータに対し作成した集電箔一体
化電極体上に電極独立膜シートを重ねた正極及び負極体
を対向させ、図31に示すような長さ方向に30cmご
とに4回つづら折れに折り畳んだ電池要素構造を作成し
た。この工程の際、曲げ部分で電極層にクラックが生じ
たり、電極活物質層が集電箔から剥がれることがあった
が、実施例13と同様に電池要素構成を作成した。この
後、電池構成要素のプレス工程を省いた以外は実施例1
3と同様に電池を組み立て電池試験を行った。このよう
にして組み立てた電池は、初回単電池電圧4.2Vまで
充電した後、電池電圧3.3V、148Wの出力を得
た。また、長期の充放電サイクルを行った際、特性の低
下率が比較的大きかった。
Comparative Example 1 ... An electrode coating liquid was prepared in the same manner as in Example 13, coated on a collector foil and dried to give a thickness of 300 μm.
A single-layer coating film sheet of m was prepared and pressed to prepare positive and negative electrode sheets having a relatively high active material filling rate. The sheet size is the same as in Example 13. In the same manner as in Example 13, the positive electrode and the negative electrode in which the electrode independent film sheets were stacked on the collector foil-integrated electrode body prepared for the separator were made to face each other, and were separated every 30 cm in the length direction as shown in FIG. A battery element structure was created that was folded in a zigzag shape. During this step, the electrode layer was sometimes cracked at the bent portion and the electrode active material layer was peeled off from the current collector foil, but a battery element structure was prepared in the same manner as in Example 13. After this, Example 1 was repeated except that the pressing process of the battery components was omitted.
A battery was assembled in the same manner as 3 and a battery test was conducted. The battery assembled in this manner obtained outputs of a battery voltage of 3.3V and 148W after being charged to the initial single battery voltage of 4.2V. In addition, when a long-term charge / discharge cycle was performed, the rate of deterioration of characteristics was relatively large.

【0147】比較例2・・・比較例1と同様に電極塗工
液を作成し、集電箔上に塗工乾燥させ、厚み約300μ
mの単層塗膜シートを作成した。この未プレスのシート
を用い実施例13と同様に電池要素構成を作成し、電池
組立後、同様に電池試験を行った結果、電池電圧3.4
V、153Wの出力を得た。また、長期の充放電サイク
ルを行った際、特性の低下率が比較的大きかった。
COMPARATIVE EXAMPLE 2 An electrode coating liquid was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, coated on the collector foil and dried to a thickness of about 300 μm.
m single-layer coating film sheet was prepared. Using this unpressed sheet, a battery element structure was prepared in the same manner as in Example 13, and after the battery was assembled, the battery test was conducted in the same manner.
An output of V, 153 W was obtained. In addition, when a long-term charge / discharge cycle was performed, the rate of deterioration of characteristics was relatively large.

【0148】以上のように、比較的気孔度の高い電極活
物質層を未プレス状態で折り畳んだ後、プレスすること
によって、電池特性が向上することが明かとなった。
As described above, it was revealed that the battery characteristics are improved by folding and pressing the electrode active material layer having a relatively high porosity in the unpressed state.

【0149】実施例18.次に請求項19に係わる発明
について説明する。本実施例では、正極活物質として無
機酸化物を用い、負極活物質としてカーボンを用いるリ
チウム二次電池において、正極活物質である無機酸化
物、もしくは負極活物質であるカーボンの平均粒径が異
なる粒径の粉体を混合することにより充填率を増加させ
ることを目的にしている。即ち、単一平均粒径の粉体に
おいてその粒子を球形とするとその最密構造は立方最密
構造と六方最密構造がある。その充填率は約0.75で
あり、これ以上は充填できず、空隙となる。しかし、こ
の粒子間の空隙にはいるような小粒径の粒子をこの大粒
径の粒子に混合することにより、充填率を更に増加させ
ることができる。
Example 18. Next, an invention according to claim 19 will be described. In this example, in a lithium secondary battery in which an inorganic oxide is used as the positive electrode active material and carbon is used as the negative electrode active material, the average particle size of the inorganic oxide that is the positive electrode active material or the carbon that is the negative electrode active material is different. The purpose is to increase the filling rate by mixing powders of different particle sizes. That is, in a powder having a single average particle diameter, if the particles are spherical, the close-packed structure has a cubic close-packed structure and a hexagonal close-packed structure. The filling rate is about 0.75, and it cannot be filled any more, resulting in voids. However, it is possible to further increase the packing rate by mixing particles having a small particle size that fit into the voids between the particles with the particles having a large particle size.

【0150】塗工溶剤としてNMP溶液33重量部に、
バインダーとしてPVdF3重量部を溶解させバインダ
ー溶液とした。この溶液に正極活物質としてコバルト酸
リチウム粉末を平均粒径10μmである大粒径粉体に粒
径比0.05である小粒径粉体を大粒径に対する小粒径
の重量比0.2となるように添加し、全体で58重量部
となるようにした。これに導電剤として黒鉛粉末6重量
部を分散させて塗工液を作成した。この塗工液を集電体
である厚さ20μmのアルミ箔上に塗工し、乾燥させる
ことにより約150μmの電極シートを作成した。この
電極の重量及び体積を測定することにより電極の充填率
を得た。この結果充填率は比較例3で示す単一平均粒径
の活物質粉体の場合に比べて、充填率が約20%増加し
た。
33 parts by weight of NMP solution as a coating solvent,
As a binder, 3 parts by weight of PVdF was dissolved to obtain a binder solution. Lithium cobalt oxide powder as a positive electrode active material was added to this solution as a large particle size powder having an average particle size of 10 μm and a small particle size powder having a particle size ratio of 0.05 as a weight ratio of the small particle size to the large particle size of 0.1. It was added so that it might become 2 so that it might become 58 weight parts in total. A coating liquid was prepared by dispersing 6 parts by weight of graphite powder as a conductive agent. This coating solution was applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm, which is a current collector, and dried to prepare an electrode sheet of about 150 μm. The filling rate of the electrode was obtained by measuring the weight and volume of this electrode. As a result, the filling rate was increased by about 20% as compared with the case of the active material powder having a single average particle size shown in Comparative Example 3.

【0151】比較例3・・・平均粒径10μmである活
物質のみを用いた以外は実施例18と同様に電極シート
を作成し、同様の評価を行なった。充填率は、0.61
であった。
Comparative Example 3 An electrode sheet was prepared in the same manner as in Example 18 except that only the active material having an average particle size of 10 μm was used, and the same evaluation was performed. The filling rate is 0.61
Met.

【0152】このように正極及び負極活物質において粒
径の異なる少なくとも二種類以上の粉体を混合すること
により、活物質の充填率を向上させることができる。こ
のことにより単位体積当りの放電容量を増加させること
ができ、電池性能を向上させることができる。なお、上
記実施例では小粒子の粒径は大粒子の粒径を1とした
時、0.05の例を示したが、小粒子の粒径の比率は
0.3 以下であっても同様の効果がある。
By thus mixing at least two kinds of powders having different particle sizes in the positive electrode and negative electrode active materials, the filling rate of the active material can be improved. As a result, the discharge capacity per unit volume can be increased and the battery performance can be improved. In the above-mentioned examples, the particle size of the small particles is 0.05 when the particle size of the large particles is 1, but the particle size ratio of the small particles is 0.3 or less. Has the effect of.

【0153】実施例19.次に請求項20に係わる発明
について説明する。本実施例では、負極カーボンにおい
て電位特性の異なる少なくとも二種類以上のカーボンを
混合することにより、負極電位を上昇させ、負極におけ
るリチウム金属の析出を抑えることを目的としている。
カーボンは出発原料や焼成温度、焼成時間によって粉体
の特性が大きく異なることがわかっている。よって負極
に用いるカーボンにおいてもカーボンの種類によってそ
の電極特性が異なり、容量、電位等違いが大きい。よっ
てこれら特性の異なるカーボン粉体を混合することによ
り、電位特性の異なるカーボン電極を作成することがで
きる。
Example 19 Next, the invention according to claim 20 will be described. The purpose of this example is to mix at least two kinds of carbons having different potential characteristics in the negative electrode carbon to raise the negative electrode potential and suppress the precipitation of lithium metal in the negative electrode.
It has been known that carbon has greatly different powder characteristics depending on starting materials, firing temperature, and firing time. Therefore, the carbon used for the negative electrode also has different electrode characteristics depending on the type of carbon, resulting in large differences in capacity, potential and the like. Therefore, by mixing carbon powders having different characteristics, carbon electrodes having different potential characteristics can be prepared.

【0154】塗工溶剤としてNMP溶液45重量部に、
バインダーとしてPVdF5重量部を溶解させバインダ
ー溶液とした。この溶液に負極活物質としてカーボン粉
末の単独の電極電位が約0Vであるものと、約0.2V
であるものを重量比1対1になるように添加し、全体で
50重量部となるようにし塗工液を作成した。この塗工
液を集電体である厚さ20μmの銅箔上に塗工し、乾燥
させることにより約100μmの電極シートを作成し
た。この電極の重量及び体積を測定することにより電極
の充填率を得た。また、コイン型セルにて正極にコバル
ト酸リチウム、電解液にエチレンカーボネート/ジメト
キシエタン/過塩素酸リチウムの混合液を用いて電池試
験を行った。この結果単独の場合よりも平均電位の降下
を抑制することができ、リチウム金属の析出を抑制する
ことができた。
45 parts by weight of NMP solution as a coating solvent,
As a binder, 5 parts by weight of PVdF was dissolved to obtain a binder solution. In this solution, carbon powder as a negative electrode active material having a single electrode potential of about 0 V and about 0.2 V
Was added in a weight ratio of 1: 1 so that the total amount was 50 parts by weight to prepare a coating solution. This coating solution was applied onto a copper foil having a thickness of 20 μm, which is a current collector, and dried to prepare an electrode sheet having a thickness of about 100 μm. The filling rate of the electrode was obtained by measuring the weight and volume of this electrode. Further, a battery test was conducted in a coin-type cell using lithium cobalt oxide as the positive electrode and a mixed solution of ethylene carbonate / dimethoxyethane / lithium perchlorate as the electrolytic solution. As a result, it was possible to suppress the decrease in average potential and suppress the precipitation of lithium metal as compared with the case of using alone.

【0155】比較例4・・・平均電極電位が約0Vであ
るカーボンのみを用いたという以外は実施例19と同様
に電極シートを作成し、同様の評価を行なったところ、
平均電極電位が0V以下になり、電池分解後リチウム金
属の析出がみられた。
Comparative Example 4 An electrode sheet was prepared and evaluated in the same manner as in Example 19 except that only carbon having an average electrode potential of about 0 V was used.
The average electrode potential became 0 V or less, and lithium metal deposition was observed after the battery was disassembled.

【0156】実施例20.次に請求項21に係わる発明
について説明する。本実施例では、正極組成の適正化に
よる放電容量向上に関するものである。リチウム二次電
池の両電極は粉体を用いているので、成形を行うために
バインダーを添加する必要がある。バインダーは電極作
成における成形性や電極構造に効果を発揮するが、電極
特性や電池特性に関しては存在しないことが望ましい。
よってバインダー量を増加させると成形性は向上する
が、電極反応は逆に阻害される。前記のようにバインダ
ー量が多いと活物質充填率に影響をすることもある。こ
のため、スラリーの成形性や電極構造の自由度と活物質
充填率及び電極反応を考慮をした適正値を検討した結
果、バインダーが、粉体である正極活物質と導電剤の表
面に被覆されている時、バインダーの平均被覆厚みtB
が、3≦tB≦16の範囲がバインダーの適正値である
とした。
Example 20. Next, the invention according to claim 21 will be described. In this example, the discharge capacity was improved by optimizing the composition of the positive electrode. Since both electrodes of the lithium secondary battery use powder, it is necessary to add a binder for molding. The binder exerts an effect on the formability and electrode structure in the production of electrodes, but it is desirable that it does not exist in terms of electrode characteristics and battery characteristics.
Therefore, when the amount of the binder is increased, the moldability is improved, but the electrode reaction is adversely affected. As described above, when the amount of the binder is large, the filling rate of the active material may be affected. Therefore, as a result of studying the appropriate value in consideration of the moldability of the slurry, the degree of freedom of the electrode structure, the filling rate of the active material, and the electrode reaction, the binder is coated on the surface of the positive electrode active material which is powder and the conductive agent. The average coating thickness t B of the binder
However, the range of 3 ≦ t B ≦ 16 is considered to be an appropriate value for the binder.

【0157】塗工溶剤としてNMP溶液30重量部に、
バインダーとしてPVdFを1.5から4重量部を溶解
させ濃度の異なるバインダー溶液を作成した。この溶液
に正極活物質としてコバルト酸リチウム粉末60重量部
と導電剤としてグラファイト粉末6重量部を分散させて
塗工液を作成した。この塗工液を集電体である厚さ20
μmのアルミ箔上に塗工し、乾燥させることにより約1
50μmの電極シートを作成した。これらの電極につい
て、コイン型セルにて負極にカーボン電極、電解液にエ
チレンカーボネート/ジメトキシエタン/過塩素酸リチ
ウムの混合液を用いて電池試験を行った。その結果を図
32に示す。この結果バインダーの組成が増加し、粉体
表面での被覆厚みが増加すると16を過ぎたところで放
電容量が急減することがわかった。また、強度と成形性
から被覆厚みは3以上が望ましい。
As a coating solvent, 30 parts by weight of NMP solution was added,
As a binder, 1.5 to 4 parts by weight of PVdF was dissolved to prepare binder solutions having different concentrations. 60 parts by weight of lithium cobalt oxide powder as a positive electrode active material and 6 parts by weight of graphite powder as a conductive agent were dispersed in this solution to prepare a coating solution. This coating liquid is used as a current collector with a thickness of 20.
Approximately 1 by coating on aluminum foil of μm and drying
A 50 μm electrode sheet was prepared. A battery test was carried out on these electrodes by using a carbon electrode as a negative electrode and a mixed solution of ethylene carbonate / dimethoxyethane / lithium perchlorate as an electrolytic solution in a coin cell. The result is shown in FIG. As a result, it was found that when the composition of the binder increased and the coating thickness on the powder surface increased, the discharge capacity sharply decreased after 16 times. Further, the coating thickness is preferably 3 or more in view of strength and formability.

【0158】実施例21.次に請求項22に係わる発明
について説明する。本実施例では、正極組成の適正化に
よる充填率向上に関するものである。正極活物質は無機
酸化物であり電子電導性に乏しいので、導電剤として黒
鉛を投入している。電極中の黒鉛濃度が増加すると電極
の電子抵抗は減少するが、活物質の充填率は減少するこ
とになる。このため活物質の充填率と電極抵抗において
適正値を検討し、黒鉛濃度の適正値を求めた。この濃度
範囲を図33において説明する。この図の横軸は活物質
の体積分率xA(=VA/(VA+VG)、VAは活物質体
積、VGは黒鉛体積)、縦軸に活物質充填率φAと黒鉛充
填率φGを示したものである。この図より活物質体積分
率が上昇するほど活物質充填率は上昇することがわか
る。しかし、ある濃度において充填率が飽和することが
わかる。この最密充填の値をφACとし、この時の活物質
体積分率をxACとするとこの時の黒鉛濃度は1−xAC
なる。よってこの濃度以下であれば活物質充填率は最密
充填になる。しかし、黒鉛濃度が低くなると抵抗が大き
くなるので濃度の下限界としては抵抗上昇による電圧損
失の量より決定した。即ち、黒鉛体積分率xG(=VG
(VA+VG))が以下の範囲が最適である。 (1−xAC)/3≦xG≦1−xAC
Example 21. Next, the invention according to claim 22 will be described. The present example relates to improvement of the filling rate by optimizing the positive electrode composition. Since the positive electrode active material is an inorganic oxide and has poor electron conductivity, graphite is added as a conductive agent. When the graphite concentration in the electrode increases, the electronic resistance of the electrode decreases, but the filling rate of the active material decreases. For this reason, an appropriate value was investigated for the filling factor of the active material and the electrode resistance, and the appropriate value for the graphite concentration was determined. This density range will be described with reference to FIG. The horizontal axis the volume fraction of the active material x A of FIG. (= V A / (V A + V G), V A active material volume, V G graphite volume), and the active material packing ratio on the vertical axis phi A The graph shows the graphite filling rate φ G. From this figure, it can be seen that the active material filling rate increases as the active material volume fraction increases. However, it can be seen that the filling factor is saturated at a certain concentration. When the value of this closest packing is φ AC and the volume fraction of the active material at this time is x AC , the graphite concentration at this time is 1-x AC . Therefore, if the concentration is less than this concentration, the active material filling rate is the closest packing. However, since the resistance increases as the graphite concentration decreases, the lower limit of the concentration was determined by the amount of voltage loss due to the resistance increase. That is, the graphite volume fraction x G (= V G /
(V A + V G)) is optimal in the range of less. (1-x AC ) / 3 ≤ x G ≤ 1-x AC

【0159】塗工溶剤としてNMP溶液30重量部に、
バインダーとしてPVdFをバインダー被覆厚みを12
nmとなるように溶解させバインダー溶液とした。この
溶液に正極活物質としてコバルト酸リチウム粉末60重
量部と導電剤としてグラファイト粉末3から8重量部を
分散させて塗工液を作成した。この塗工液を集電体であ
る厚さ20μmのアルミ箔上に塗工し、乾燥させること
により約150μmの電極シートを作成した。この電極
の重量及び体積を測定することにより電極の充填率を得
た。この電極の電子抵抗をミリオーメータにより測定を
行った。また、コイン型セルにて負極にカーボン電極、
電解液にエチレンカーボネート/ジメトキシエタン/過
塩素酸リチウムの混合液を用いて電池試験を行った。そ
の結果を図34から図35に示す。この結果、黒鉛濃度
を下げると活物質充填率はある黒鉛濃度で飽和すること
がわかり、この濃度以下、即ちxG≦13で電極を作成
すれば活物質充填率は最も高い値になることがわかる
(図34)。しかし、黒鉛は導電剤であるので組成比が
下がると電極の電子抵抗が増加することがわかる(図3
5)。従って5≦xGとするとよい。
30 parts by weight of NMP solution as a coating solvent,
PVdF as a binder with a binder coating thickness of 12
The binder solution was dissolved to have a thickness of nm. 60 parts by weight of lithium cobalt oxide powder as a positive electrode active material and 3 to 8 parts by weight of graphite powder as a conductive agent were dispersed in this solution to prepare a coating solution. This coating solution was applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm, which is a current collector, and dried to prepare an electrode sheet of about 150 μm. The filling rate of the electrode was obtained by measuring the weight and volume of this electrode. The electronic resistance of this electrode was measured with a milliohm meter. Also, in a coin-type cell, the negative electrode is a carbon electrode,
A battery test was conducted using a mixed solution of ethylene carbonate / dimethoxyethane / lithium perchlorate as an electrolytic solution. The results are shown in FIGS. 34 to 35. As a result, it was found that the filling rate of the active material was saturated at a certain graphite concentration when the graphite concentration was lowered, and the filling rate of the active material becomes the highest value when the electrode is formed at this concentration, that is, x G ≦ 13. You can see (Fig. 34). However, since graphite is a conductive agent, it can be seen that the electronic resistance of the electrode increases as the composition ratio decreases (Fig. 3
5). Therefore, it is preferable that 5 ≦ x G.

【0160】実施例22.次に請求項23に係わる発明
について説明する。本実施例では、電極組成の適正化に
よる放電容量の向上に関するものである。電極は多孔質
でありこの間に電解液が入り、活物質と反応を行ってい
る。よってこの電解液が入り込む空隙が適当量存在する
ことが必要となる。空隙率P(%)の適正値は10≦P
≦30の範囲がよい。
Example 22. Next, the invention according to claim 23 will be described. The present embodiment relates to the improvement of discharge capacity by optimizing the electrode composition. The electrode is porous, and the electrolytic solution enters between the electrodes to react with the active material. Therefore, it is necessary that there be an appropriate amount of voids into which the electrolytic solution enters. The proper value of porosity P (%) is 10 ≦ P
The range of ≦ 30 is preferable.

【0161】即ち、実施例18から実施例21で作成し
た正極の空隙率を測定し、この値と重量当りの放電容量
との関係を図36に示した。この結果空隙率が10%以
下になると放電容量が急減することがわかった。また、
30%以上になると体積当りの放電容量が低下すること
がわかった。
That is, the porosity of the positive electrodes prepared in Examples 18 to 21 was measured, and the relationship between this value and the discharge capacity per weight is shown in FIG. As a result, it was found that the discharge capacity decreased sharply when the porosity was 10% or less. Also,
It was found that the discharge capacity per volume was reduced when the content was 30% or more.

【0162】なお、電極構造の改良により充填率を増加
させた場合の放電容量の増加の割合を示した図を図37
に示す。この図より充填率を増加させるほど放電容量は
増加することがわかる。
FIG. 37 is a diagram showing the rate of increase in discharge capacity when the filling rate is increased by improving the electrode structure.
Shown in. From this figure, it can be seen that the discharge capacity increases as the filling rate increases.

【0163】なお、以上実施例18から実施例22に示
したリチウム二次電池の電極において、電極作成におけ
る塗工溶剤のバインダー1重量部に対する割合は5〜3
0重量部、好ましくは8〜20重量部であることが望ま
しい。作製方法の一例としては該バインダーを塗工溶剤
に溶解させバインダー溶液を作成し、この溶液に活物質
等を分散させたものを基体もしくは電極集電体上に成形
する方法等がある。上記バインダーとしては特に限定は
しないが、フッ素樹脂が特に好ましく、一例としてはポ
リフッ化ビニリデン(PVdF)やポリテトラフルオロ
エチレン(PTFE)等が挙げられる。上記溶剤として
は前記バインダーを溶解し得るものならば特に限定はし
ないが、一例としてはN−メチルピロリドン(NM
P),N,Nジメチルホルムアミド(DMF)等が挙げ
られる。上記負極活物質としては特に限定はしないが、
一例としてはグラファイト,グラッシーカーボン,カー
ボンブラック,コークス,熱分解炭素,炭素繊維等の炭
素材料が挙げられる。上記正極活物質としては特に限定
はしないが、一例としてはTiS2,MoS2,Mn
2,V25,V613,LiCoO2,LiNiO2,L
iMn24等の無機化合物等が列挙される。上記集電体
としては、銅,アルミニウム,ニッケル,鉄,ステンレ
ス等の箔,メッシュ,エキスパンドメタル等が挙げられ
る。該バインダーを用いて上記のように作成した電極を
非水電解液電池に用いる場合、負極もしくは正極として
も用いることができ、かかる電池の電解質もしくは電解
液についても特に限定されるものはなく、従来と同様の
ものを用いることができる。
In the electrodes of the lithium secondary batteries shown in Examples 18 to 22, the ratio of the coating solvent in the preparation of the electrodes was 5 to 3 parts by weight of the binder.
It is desirable that the amount is 0 parts by weight, preferably 8 to 20 parts by weight. As an example of the production method, there is a method in which the binder is dissolved in a coating solvent to prepare a binder solution, and an active material and the like are dispersed in the solution to be molded on a substrate or an electrode current collector. The binder is not particularly limited, but a fluororesin is particularly preferable, and examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVdF) and polytetrafluoroethylene (PTFE). The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the binder, but one example is N-methylpyrrolidone (NM
P), N, N dimethylformamide (DMF) and the like. The negative electrode active material is not particularly limited,
Examples thereof include carbon materials such as graphite, glassy carbon, carbon black, coke, pyrolytic carbon, and carbon fiber. The positive electrode active material is not particularly limited, but examples thereof include TiS 2 , MoS 2 , and Mn.
O 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , LiCoO 2, LiNiO 2 , L
Inorganic compounds such as iMn 2 O 4 are listed. Examples of the current collector include foils such as copper, aluminum, nickel, iron, and stainless steel, mesh, expanded metal, and the like. When the electrode prepared as described above using the binder is used in a non-aqueous electrolyte battery, it can also be used as a negative electrode or a positive electrode, and the electrolyte or electrolytic solution of such a battery is not particularly limited, and it is conventional. The same as can be used.

【0164】[0164]

【発明の効果】以上のように、第1の発明によれば、L
iCoO2あるいはLiCoO2を主成分とする組成物よ
りなるリチウム二次電池用正極材料を合成する際に、出
発原料としてのコバルト酸化物をあらかじめ910〜9
50℃間で焼成したので、安定した組成の正極活物質が
得られる。
As described above, according to the first invention, L
When synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, which comprises a composition containing iCoO 2 or LiCoO 2 as a main component, cobalt oxide as a starting material is preliminarily 910-9
Since it was baked at 50 ° C., a positive electrode active material having a stable composition can be obtained.

【0165】また、第2の発明によれば、コバルト酸化
物にLi2CO3とLiHCO3 の混合塩を用いて組成物
の合成を行なうので、低温合成が可能となる。
According to the second invention, since the composition is synthesized by using a mixed salt of Li2CO3 and LiHCO3 for cobalt oxide, low temperature synthesis is possible.

【0166】また、第3の発明によれば、炉温制御用熱
電対を焼成粉末の最中心部に挿入し、焼成温度の上限を
900℃としたので、LiCoO2の分解温度域まで温
度上昇させないため、充放電特性や充放電効率の優れた
高品質の正極材料を再現性よく得ることができる。
Further, according to the third invention, since the thermocouple for controlling the furnace temperature is inserted in the most central part of the calcined powder and the upper limit of the calcining temperature is set to 900 ° C., the temperature is not raised to the decomposition temperature range of LiCoO 2. Therefore, a high quality positive electrode material having excellent charge / discharge characteristics and charge / discharge efficiency can be obtained with good reproducibility.

【0167】また、第4の発明によれば、一段目の焼成
温度域として、735〜785℃、二段目の焼成温度域
として、785〜850℃を選ぶので、反応熱による過
剰温度上昇が避けられ、均一で安定した組成の正極活物
質が得られる。
Further, according to the fourth invention, 735 to 785 ° C. is selected as the first stage baking temperature range and 785 to 850 ° C. is selected as the second stage baking temperature range. A positive electrode active material having a uniform and stable composition which can be avoided is obtained.

【0168】また、第5の発明によれば、混合原料粉末
を、100kg/cm2 から1000kg/cm2 圧力
でプレス成形するとともに、成形体の厚みを2〜10m
mとし、かつ成形体間の間隙を1〜2mmになるよう
に、厚み1mm以上のスペーサーを挟み込んで焼成する
ので、反応が速やかに進み、均一で安定した組成の正極
活物質が得られる。
According to the fifth invention, the mixed raw material powder is press-molded at a pressure of 100 kg / cm 2 to 1000 kg / cm 2 and the thickness of the molded body is 2 to 10 m.
Since m is used and a spacer having a thickness of 1 mm or more is sandwiched and baked so that the gap between the formed bodies is 1 to 2 mm, the reaction proceeds rapidly, and a positive electrode active material having a uniform and stable composition is obtained.

【0169】また、第6の発明によれば、赤外吸収スペ
クトルを測定し、ストイキオメトリーの評価と、Co−
O6 結合の完成度の評価を行うので、迅速且つ簡便に焼
成した活物質の善し悪しが判断でき、品質管理上有益で
ある。
According to the sixth aspect of the invention, the infrared absorption spectrum is measured, stoichiometry is evaluated, and Co-
Since the degree of completion of the O6 bond is evaluated, the quality of the fired active material can be judged quickly and easily, which is useful for quality control.

【0170】また、第7の発明によれば、ストイキオメ
トリーとCo−O6 結合の完成度の値に応じて、後処理
することにより上記ストイキオメトリーとCo−O6 結
合の完成度を再調整したので、工程上の失敗で焼成不十
分な活物質ができても、正しく焼き直すことができ、無
駄を生じない。
According to the seventh aspect of the present invention, the completion of the stoichiometry and Co--O6 bond is readjusted by post-processing according to the values of the completion of the stoichiometry and Co--O6 bond. Therefore, even if an active material is insufficiently fired due to a process failure, it can be redone properly and no waste occurs.

【0171】また、第8の発明によれば、コバルト酸化
物とリチウム塩とから、LiCoO2 を合成する際に、
ナトリウム塩あるいはカリウム塩を、リチウム塩の5m
ol%を越え30mol%以下加え、Li1ーxNaxCo
O2ーy(x≦0.3,y≦0.3)あるいはLi1ーxKxC
oO2ーyあるいはLi1ーxNax1Kx2CoO2ーy(x=x1+
x2)の組成としたので、KイオンあるいはNaイオンが
LiCoO2 の構造内に取り込まれ、導電性の高い活物
質になる。
According to the eighth invention, when LiCoO 2 is synthesized from cobalt oxide and lithium salt,
Sodium salt or potassium salt, lithium salt 5m
Add more than 30% by mol of more than ol% and add Li1-xNaxCo
O2-y (x≤0.3, y≤0.3) or Li1-xKxC
oO2-y or Li1-x Nax1Kx2CoO2-y (x = x1 +
Since the composition of x2) is adopted, K ions or Na ions are taken into the structure of LiCoO2 and become an active material having high conductivity.

【0172】また、第9の発明によれば、上記ナトリウ
ム塩あるいはカリウム塩を、炭酸塩あるいは炭酸水素塩
あるいは炭酸塩と炭酸水素塩との混合塩あるいは共晶炭
酸水素塩としたので、導電性の高い活物質が低温反応で
得られる。
According to the ninth aspect of the invention, the sodium salt or potassium salt is a carbonate, a hydrogen carbonate, a mixed salt of a carbonate and a hydrogen carbonate, or a eutectic hydrogen carbonate. Highly active material is obtained by low temperature reaction.

【0173】また、第10の発明によれば、コバルト酸
化物とリチウム塩の混合物に、焼成温度までの温度域で
分解し、金属粉末を生成する金属酸化物、たとえばAg
2Oなどを加えたので、電気伝導度の高い金属粒子が正
極活物質中に均一に分散した活物質が得られる。
According to the tenth aspect of the invention, a mixture of cobalt oxide and lithium salt is decomposed in a temperature range up to the firing temperature to produce a metal powder, for example, Ag.
Since 2 O and the like are added, an active material in which metal particles having high electric conductivity are uniformly dispersed in the positive electrode active material can be obtained.

【0174】また、第11の発明によれば、コバルト酸
化物とリチウム塩の混合物に、酸化物半導体、たとえば
Cu2O などを加えたので、導電性の高い活物質が得ら
れる。
According to the eleventh invention, since an oxide semiconductor such as Cu 2 O is added to the mixture of cobalt oxide and lithium salt, an active material having high conductivity can be obtained.

【0175】また、第12の発明によれば、コバルト酸
化物とリチウム塩の混合物に、リチウムと反応してスピ
ネル構造をとりうる金属酸化物、たとえばMnO2 を加
えたので、電池容量の高い正極活物質が得られる。
According to the twelfth aspect of the invention, since a metal oxide capable of reacting with lithium to form a spinel structure, such as MnO 2, is added to the mixture of cobalt oxide and lithium salt, the positive electrode having a high battery capacity can be obtained. An active material is obtained.

【0176】また、第13の発明によれば、ストイキオ
メトリーとCo−O6 結合の完成度の値が最適な組成物
を正極材料として用いたので、均一な組成の正極活物質
を用いた容量の大きな電池が得られる。
Further, according to the thirteenth invention, since the composition having the optimum value of the stoichiometry and the perfectness of Co--O6 bond is used as the positive electrode material, the capacity using the positive electrode active material having a uniform composition is obtained. A large battery can be obtained.

【0177】また、第14の発明によれば、折り畳み電
池の電極活物質層を2層以上とし、これを曲げ加工によ
り折り畳んだのち、密着成形したので、電極にクラック
を生じさせることなく折り畳み電池の容易な製造が可能
となる。
According to the fourteenth aspect of the invention, the folding battery has two or more electrode active material layers, which are folded by bending and then contact-molded, so that the folding battery does not cause cracks in the electrodes. Can be easily manufactured.

【0178】また、第15の発明では、折り畳み電池の
電極活物質層を平面部分のみとし、曲率部分の電極活物
質層を取り除き、集電箔により折り畳まれた隣接する電
極活物質層を連結したので、電極層は平板のみとして扱
われ、曲げる必要がないため、クラックを生じることな
く電池組立が可能である。
Further, in the fifteenth invention, the electrode active material layer of the folding battery has only the flat surface portion, the electrode active material layer at the curved portion is removed, and the adjacent electrode active material layers folded by the collector foil are connected. Therefore, the electrode layer is treated as a flat plate only and does not need to be bent, so that battery assembly is possible without causing cracks.

【0179】また、第16及び17の発明では、複数の
電池層を重ねて折り畳むことにより、大面積電極を少な
い折り畳み回数で得られるため、結果として大容量の電
池製造能力が向上する。
In the sixteenth and seventeenth inventions, a large area electrode can be obtained with a small number of folds by stacking and folding a plurality of battery layers, and as a result, a large capacity battery manufacturing capability is improved.

【0180】また、第18の発明では、電池要素構成
後、プレスすることにより各部材の接触が向上するた
め、接触抵抗が低減され、大面積化・高積層化を行って
も高い電池特性が期待できる。
Further, in the eighteenth invention, since the contact between the respective members is improved by pressing after the battery element is constructed, the contact resistance is reduced, and the high battery characteristics are obtained even if the area is increased and the stacking is increased. Can be expected.

【0181】また、第19の発明によれば正極活物質と
して無機酸化物を用い、負極活物質としてカーボンを用
いているリチウム二次電池において、正極活物質である
無機酸化物もしくは負極活物質であるカーボンの平均粒
径が少なくとも二種類以上から構成され、第1粒子の粒
径を1としたときの小粒子の粒径の比率が0.3以下で
あるリチウム二次電池電極構造にすることにより、従来
よりも活物質充填率の高い電極が得られ、単位体積当り
の放電容量を上昇させることができ、リチウム二次電池
の性能を向上させることができる。
According to the nineteenth invention, in a lithium secondary battery using an inorganic oxide as the positive electrode active material and carbon as the negative electrode active material, the inorganic oxide or the negative electrode active material as the positive electrode active material is used. A lithium secondary battery electrode structure in which the average particle size of a certain carbon is composed of at least two kinds and the ratio of the particle size of the small particles is 0.3 or less when the particle size of the first particle is 1. As a result, an electrode having a higher active material filling rate than before can be obtained, the discharge capacity per unit volume can be increased, and the performance of the lithium secondary battery can be improved.

【0182】また、第20の発明によれば負極活物質が
カーボンから成るリチウム二次電池において、負極活物
質であるカーボンの原料もしくは製造条件もしくは特性
が異なるもので少なくとも二種類以上から構成されてい
るリチウム二次電池電極構造にすることにより、負極の
電位低下を抑制することができた。このため負極カーボ
ン内での電位の低下によるリチウム金属の析出を防ぐこ
とができ、リチウムイオンのメタル化による容量低下や
電極内部短絡を抑制することによりサイクル寿命を延命
することができた。
According to the twentieth invention, in the lithium secondary battery in which the negative electrode active material is made of carbon, the raw material of carbon as the negative electrode active material or the manufacturing conditions or characteristics are different, and at least two or more kinds are constituted. With the existing lithium secondary battery electrode structure, the decrease in the potential of the negative electrode could be suppressed. For this reason, it was possible to prevent the precipitation of lithium metal due to the decrease in the potential in the negative electrode carbon, and it was possible to extend the cycle life by suppressing the capacity decrease due to the metalization of lithium ions and the internal short circuit of the electrode.

【0183】また、第21の発明によれば正極組成が正
極活物質である無機酸化物と導電剤である黒鉛と成形助
剤であるバインダーとから成るリチウム二次電池におい
て、成形助剤であるバインダーが粉体である正極活物質
と導電剤の表面に被覆しているとき、バインダーの平均
被覆厚みtB(nm) が3≦tB≦16の範囲であるリチ
ウム二次電池電極構造を作成することにより、バインダ
ーによる活物質表面でのリチウムイオンの反応の阻害を
防ぐことができ、重量当りの放電容量を上昇させること
ができた。
According to the twenty-first aspect of the invention, the positive electrode composition is a molding auxiliary agent in a lithium secondary battery comprising an inorganic oxide which is a positive electrode active material, graphite which is a conductive agent, and a binder which is a molding auxiliary. When the binder coats the surfaces of the positive electrode active material which is powder and the conductive agent, a lithium secondary battery electrode structure is prepared in which the average coating thickness t B (nm) of the binder is within the range of 3 ≦ t B ≦ 16. By so doing, it was possible to prevent the binder from inhibiting the reaction of lithium ions on the surface of the active material, and to increase the discharge capacity per weight.

【0184】また、第22の発明によれば正極組成が正
極活物質である無機酸化物と導電剤である黒鉛と成形助
剤であるバインダーとから成るリチウム二次電池におい
て、活物質が最密充填となる活物質体積分率をxACとす
るとき、黒鉛体積分率xGが以下の範囲にあるリチウム
二次電池電極構造にすることにより、活物質充填率の高
い電極を作成することができる。 (1−xAC)/3≦xG≦1−xAC このため単位体積当りの放電容量の大きい電極を作成で
き、なおかつ電極の抵抗も適正な値にすることができ
た。
According to the twenty-second aspect of the invention, in the lithium secondary battery in which the positive electrode composition is composed of the inorganic oxide as the positive electrode active material, the graphite as the conductive agent, and the binder as the molding aid, the active material is most densely packed. When the active material volume fraction to be filled is x AC , it is possible to create an electrode having a high active material filling rate by adopting a lithium secondary battery electrode structure in which the graphite volume fraction x G is in the following range. it can. (1-x AC ) / 3 ≤ x G ≤ 1-x AC Therefore, an electrode having a large discharge capacity per unit volume could be prepared, and the electrode resistance could be set to an appropriate value.

【0185】また、第23の発明によれば正極活物質と
して無機酸化物を用い、負極活物質としてカーボンを用
いているリチウム二次電池において、電極内の空隙率P
(%)が10≦P≦30の範囲内にあるリチウム二次電
池電極構造にすることにより、活物質と電解液間のリチ
ウムイオンの反応が円滑になり、重量当りの放電容量を
増加させることができた。
According to the twenty-third aspect of the invention, in a lithium secondary battery in which an inorganic oxide is used as the positive electrode active material and carbon is used as the negative electrode active material, the porosity P in the electrode is
By making the lithium secondary battery electrode structure in which (%) is within the range of 10 ≦ P ≦ 30, the reaction of lithium ions between the active material and the electrolytic solution becomes smooth, and the discharge capacity per weight is increased. I was able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1に係わるコバルト酸化物の熱
処理前後のX線回折結果を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing X-ray diffraction results before and after heat treatment of a cobalt oxide according to Example 1 of the present invention.

【図2】LiCoO2 の分解を表わすTG−DTAの測
定結果を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a measurement result of TG-DTA showing decomposition of LiCoO2.

【図3】熱処理試料のX線回折強度を示す特性図であ
る。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an X-ray diffraction intensity of a heat-treated sample.

【図4】熱処理試料の赤外吸収スペクトル及び吸光度比
を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an infrared absorption spectrum and an absorbance ratio of a heat-treated sample.

【図5】Li/Co比に関するTG−DTAの結果を示
す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the results of TG-DTA regarding the Li / Co ratio.

【図6】Co−O伸縮吸収帯を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a Co—O stretchable absorption band.

【図7】LiCoO2のストイキオメトリーとB/A面
積比を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing stoichiometry and B / A area ratio of LiCoO 2.

【図8】Li(7)CoO2およびLi(6)CoO2
赤外吸収スペクトルを示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing infrared absorption spectra of Li (7) CoO 2 and Li (6) CoO 2 .

【図9】本発明の実施例6に係わるNa添加LiCoO
2 合成時の熱挙動とNa添加量に関するTG−DTA測
定結果を示す説明図である。
FIG. 9: Na-added LiCoO 2 according to Example 6 of the present invention
2 It is an explanatory view showing the TG-DTA measurement result regarding the thermal behavior during synthesis and the amount of Na added.

【図10】本発明の実施例6に係わるX線回折強度の変
化を示す特性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing changes in X-ray diffraction intensity according to Example 6 of the present invention.

【図11】本発明の実施例6に係わるX線回折強度の変
化を示す特性図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing changes in X-ray diffraction intensity according to Example 6 of the present invention.

【図12】本発明の実施例8に係わるK添加LiCoO
2 合成時の熱挙動とK添加量に関するTG−DTA測定
結果を示す説明図である。
FIG. 12: K-added LiCoO 2 according to Example 8 of the present invention
2 It is an explanatory diagram showing the TG-DTA measurement results regarding the thermal behavior and the K addition amount during the synthesis.

【図13】本発明の実施例8に係わるX線回折強度の変
化を示す特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing changes in X-ray diffraction intensity according to Example 8 of the present invention.

【図14】本発明の実施例8に係わるX線回折強度の変
化を示す特性図である。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing changes in X-ray diffraction intensity according to Example 8 of the present invention.

【図15】本発明の実施例9に係わるAg添加LiCo
O2 合成時の熱挙動とAg添加量に関するTG−DTA
測定結果を示す説明図である。
FIG. 15: Ag-added LiCo according to Example 9 of the present invention
TG-DTA on thermal behavior and Ag addition amount during O2 synthesis
It is explanatory drawing which shows a measurement result.

【図16】本発明の実施例9に係わるX線回折強度の変
化を示す特性図である。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing a change in X-ray diffraction intensity according to Example 9 of the present invention.

【図17】本発明の実施例9に係わるX線回折強度の変
化を示す特性図である。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing changes in X-ray diffraction intensity according to Example 9 of the present invention.

【図18】本発明の実施例10に係わるCu添加LiC
oO2 合成時の熱挙動とCu添加量に関するTG−DT
A測定結果を示す説明図である。
FIG. 18: Cu-added LiC according to Example 10 of the present invention
TG-DT on thermal behavior and Cu addition amount during oO2 synthesis
It is explanatory drawing which shows A measurement result.

【図19】本発明の実施例10に係わるX線回折強度の
変化を示す特性図である。
FIG. 19 is a characteristic diagram showing a change in X-ray diffraction intensity according to Example 10 of the present invention.

【図20】本発明の実施例10と実施例9に係わるX線
回折強度の変化を示す特性図である。
FIG. 20 is a characteristic diagram showing changes in X-ray diffraction intensity according to Example 10 and Example 9 of the present invention.

【図21】本発明の実施例11に係わるMn添加LiC
oO2 合成時の熱挙動とMn添加量に関するTG−DT
A測定結果を示す説明図である。
FIG. 21: Mn-added LiC according to Example 11 of the present invention
TG-DT concerning thermal behavior and Mn addition amount during oO2 synthesis
It is explanatory drawing which shows A measurement result.

【図22】本発明の実施例11に係わるX線回折強度の
変化を示す特性図である。
FIG. 22 is a characteristic diagram showing a change in X-ray diffraction intensity according to Example 11 of the present invention.

【図23】本発明の実施例11に係わる赤外吸収スペク
トルを示す特性図である。
FIG. 23 is a characteristic diagram showing an infrared absorption spectrum according to Example 11 of the present invention.

【図24】本発明の実施例12に係わるB/Aとリチウ
ムイオンの拡散係数との関係を示す説明図である。
FIG. 24 is an explanatory diagram showing the relationship between B / A and the diffusion coefficient of lithium ions according to Example 12 of the present invention.

【図25】本発明の実施例12に係わる吸光度比と放電
容量との関係を示す説明図である。
FIG. 25 is an explanatory diagram showing the relationship between the absorbance ratio and the discharge capacity according to Example 12 of the present invention.

【図26】本発明の実施例13によるリチウム二次電池
を示す断面構成図である。
FIG. 26 is a sectional configuration diagram showing a lithium secondary battery according to Example 13 of the present invention.

【図27】本発明の実施例14によるリチウム二次電池
の製造方法を示す説明図である。
FIG. 27 is an explanatory diagram showing the method for manufacturing the lithium secondary battery according to the fourteenth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の実施例14によるリチウム二次電池
を示す断面構成図である。
FIG. 28 is a sectional configuration diagram showing a lithium secondary battery according to Example 14 of the present invention.

【図29】本発明の実施例15によるリチウム二次電池
を示す構成図である。
FIG. 29 is a structural diagram showing a lithium secondary battery according to Example 15 of the present invention.

【図30】本発明の実施例16によるリチウム二次電池
を示す構成図である。
FIG. 30 is a configuration diagram showing a lithium secondary battery according to Example 16 of the present invention.

【図31】従来の折り畳み型リチウム二次電池を示す構
成図である。
FIG. 31 is a configuration diagram showing a conventional foldable lithium secondary battery.

【図32】本発明の実施例20に係わるバインダーの粉
体への被覆厚みと正極の重量当りの放電容量の関係を示
す特性図である。
FIG. 32 is a characteristic diagram showing the relationship between the coating thickness of the binder on the powder and the discharge capacity per weight of the positive electrode according to Example 20 of the present invention.

【図33】活物質/黒鉛の系のジオメトリーを示す説明
図である。
FIG. 33 is an explanatory diagram showing the geometry of the active material / graphite system.

【図34】本発明の実施例21に係わる黒鉛体積分率を
変化させたときの正極活物質充填率を示す特性図であ
る。
FIG. 34 is a characteristic diagram showing a positive electrode active material filling rate when the graphite volume fraction according to Example 21 of the present invention is changed.

【図35】本発明の実施例21に係わる黒鉛体積分率を
変化させたときの正極の比抵抗を示す特性図である。
FIG. 35 is a characteristic diagram showing the specific resistance of the positive electrode when the graphite volume fraction according to Example 21 of the present invention is changed.

【図36】本発明の実施例22に係わる正極内の空隙率
と放電容量との関係を示す特性図である。
FIG. 36 is a characteristic diagram showing the relationship between the porosity in the positive electrode and the discharge capacity according to Example 22 of the present invention.

【図37】活物質充填率を変化させた場合の単位体積当
りの放電容量を示す特性図である。
FIG. 37 is a characteristic diagram showing discharge capacity per unit volume when the active material filling rate is changed.

【図38】従来のコイン型電池の構造を示す構成図であ
る。
FIG. 38 is a configuration diagram showing a structure of a conventional coin-type battery.

【図39】従来のクラッド式鉛電池の構造を示す構成図
である。
FIG. 39 is a configuration diagram showing a structure of a conventional clad lead-acid battery.

【図40】粉体/バインダーのジオメトリーを示す説明
図である。
FIG. 40 is an explanatory diagram showing a powder / binder geometry.

【図41】粉体の平均粒径と充填率との関係を示す説明
図である。
FIG. 41 is an explanatory diagram showing the relationship between the average particle size of powder and the filling rate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極活物質層 2 負極活物質層 3 セパレータ 4 正極集電箔 5 負極集電箔 6 折り畳み電池曲げ部スペーサー 7 集電用リード線 8 電極活物質層スリット位置 9 電極活物質層離型部 10 シール材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode active material layer 2 Negative electrode active material layer 3 Separator 4 Positive electrode current collector foil 5 Negative electrode current collector foil 6 Folding battery bent part spacer 7 Current collecting lead wire 8 Electrode active material layer slit position 9 Electrode active material layer release part 10 Seal material

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─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年7月7日[Submission date] July 7, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Name of item to be corrected] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0016】従って、現状はどのような焼成条件のLi
CoO2 がどのような二次電池特性を示すかの記述に終
始している。もちろん、粉末X線回折を行ない、例えば
最も強度の大きい(104)面からのピーク(CuKα
線を用いれば、2θ=45.2度付近)と、二番目に強
度の大きいピーク(2θ=18.8度付近)の比が大き
くなるような焼成条件を探索することは行われている。
しかし、このような手法は、発明者らが明らかにするよ
うに、LiCoO2 の評価手段として必要ではあるが、
充分ではなかった。
Therefore, at present, under what kind of firing conditions, Li
The description focuses on the secondary battery characteristics of CoO2. Of course, powder X-ray diffraction is performed, and for example, the peak from the (104) plane with the highest intensity (CuKα
If a line is used, it has been performed to search for a firing condition such that the ratio of the peak having the second highest intensity (near 2θ = 45.2 degrees) (near 2θ = 18.8 degrees) becomes large.
However, such a method is necessary as a means for evaluating LiCoO2, as the inventors clarify,
It wasn't enough .

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0029[Name of item to be corrected] 0029

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の発明は、
LiCoO2あるいはLiCoO2を主成分とする組成物
よりなるリチウム二次電池用正極材料を合成する際に、
出発原料としてのコバルト酸化物をあらかじめ900
950℃間で焼成したものである。
The first invention of the present invention is as follows:
When synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery composed of LiCoO2 or a composition containing LiCoO2 as a main component,
Cobalt oxide as a starting material is 900-
It was baked at 950 ° C.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0049[Correction target item name] 0049

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0049】第21の発明は正極組成が正極活物質であ
る無機酸化物と導電剤である黒鉛と成形助剤であるバイ
ンダーとから成るリチウム二次電池において、バインダ
ーが、粉体である正極活物質と導電剤の表面に被覆され
ている時、バインダーの平均被覆厚みtB (nm)が、
3≦tB≦16の範囲であるものである。
A twenty-first aspect of the invention is a lithium secondary battery in which the positive electrode composition comprises an inorganic oxide as a positive electrode active material, graphite as a conductive agent, and a binder as a molding aid, and the positive electrode active material is a powder. When coated on the surface of the substance and the conductive agent, the average coating thickness t B (nm) of the binder is
The range is 3 ≦ t B ≦ 16.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0052[Correction target item name] 0052

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0052】[0052]

【作用】第1の発明によれば、出発原料としてのコバル
ト酸化物をあらかじめ900〜950℃間で焼成したの
で、コバルト酸化物の組成がCo3O4に統一され、安定
した組成の正極活物質が得られる。
According to the first aspect of the invention, since cobalt oxide as a starting material is preliminarily fired at a temperature of 900 to 950 ° C, the composition of the cobalt oxide is unified to Co3O4, and a positive electrode active material having a stable composition is obtained. To be

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0075[Correction target item name] 0075

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0075】[0075]

【実施例】 実施例1.まず請求項1から7に係わる発明について説
明する。市販のCo3O4粉末を1kg、アルミナるつぼ
に入れ、温度を925℃に設定した電気炉中に入れ、空
気中で3時間焼成した。コバルト酸化物は常に未分解の
塩基性炭酸コバルト(2CoCO3・3Co(OH)3)
を含有しているが、900〜950℃で、空気中で焼成
することにより、分解し、組成がCo3O4に統一され
る。図1(a)(b)は各々、コバルト酸化物の熱処理
(925℃1時間、空気中)前および後のX線回折結果
を示すもので、○印はLiCoO2 、×印は塩基性炭酸
コバルトを示す。図より、この熱処理によって塩基性炭
酸コバルトが完全に消滅し、純Co3O4組成となること
がわかる。
EXAMPLES Example 1. First, the invention according to claims 1 to 7 will be described. 1 kg of commercially available Co3 O4 powder was placed in an alumina crucible, placed in an electric furnace set at a temperature of 925 ° C., and fired in air for 3 hours. Cobalt oxide is always undecomposed basic cobalt carbonate (2CoCO3 ・ 3Co (OH) 3)
However, it is decomposed by firing in air at 900 to 950 ° C., and the composition is unified to Co3O4. 1 (a) and 1 (b) show the X-ray diffraction results before and after the heat treatment of cobalt oxide (at 925 ° C. for 1 hour in air), respectively, in which ◯ indicates LiCoO 2 and X indicates basic cobalt carbonate. Indicates. From the figure, it can be seen that this heat treatment completely eliminates the basic cobalt carbonate, resulting in a pure Co3O4 composition.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0078[Correction target item name] 0078

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0078】すなわち、発明者らは熱分析を用いて、鋭
意探求の結果、LiCoO2 合成時の生成と分解につい
て、次のような知見を得た。図2にLiCoO2 の分解
を表わすTG−DTAの測定結果を示す。実線はDT
A、点線はTGの変化である。LiCoO2そのものは
1130℃で分解し、再びCo3O4 を生成する(X線
回折データは省略する)。分解熱はおよそ82cal/
gである。したがってLiCoO2 の合成温度がこの温
度を超えてはならないことは自明である。その上、更に
発明者らは図3に示すように、焼成温度を変えた試料の
X線回折結果から、930〜1030℃間に、不明瞭な
分解温度域が存在することを確認した。この分解温度域
は、図4に示す赤外吸収スペクトルからも確認される。
図4(a)は熱処理試料の赤外吸収スペクトル、横軸は
波長(ミクロン)、縦軸は透過率である。数字はピーク
波数(cm-1)を示す。(b)は同上試料の吸光度比
(247cm-1の吸収帯/〜600cm-1の吸収帯)。
横軸は波数(cm-1)、縦軸は吸光度比を示す。これよ
り、LiCoO2 の合成において、この分解温度域(9
30℃〜1030℃)を超えて昇温してはならないこと
も明白である。1000℃まで昇温すると、異質なもの
に変質する事実は図4から理解できる。
That is, the inventors have obtained the following findings as a result of earnest research using thermal analysis as to the production and decomposition during LiCoO 2 synthesis. FIG. 2 shows the measurement results of TG-DTA showing the decomposition of LiCoO2. The solid line is DT
A, the dotted line is the change in TG. LiCoO2 itself decomposes at 1130 ° C. and again produces Co3O4 (X-ray diffraction data omitted). Decomposition heat is about 82 cal /
It is g. It is therefore self-evident that the synthesis temperature of LiCoO2 should not exceed this temperature. Furthermore, as shown in FIG. 3, the inventors have confirmed from the X-ray diffraction results of the samples with different firing temperatures that there is an unclear decomposition temperature range between 930 and 1030 ° C. This decomposition temperature range is also confirmed from the infrared absorption spectrum shown in FIG.
FIG. 4A shows the infrared absorption spectrum of the heat-treated sample, the horizontal axis represents wavelength (microns), and the vertical axis represents transmittance. Numbers indicate peak wavenumbers (cm -1 ). (B) is the same as above Sample absorbance ratio
(Absorption band of the absorption band / ~600cm -1 of 2 47cm -1).
The horizontal axis represents the wave number (cm -1 ) and the vertical axis represents the absorbance ratio. From this, in the decomposition of LiCoO2 (9
It is also clear that the temperature should not rise above 30 ° C to 1030 ° C. It can be understood from FIG. 4 that when the temperature is raised to 1000 ° C., it is transformed into a foreign substance.

【手続補正8】[Procedure Amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0087[Correction target item name] 0087

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0087】[0087]

【表2】 [Table 2]

【手続補正9】[Procedure Amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0099[Correction target item name] 0099

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0099】実施例6.次に請求項8に係わる発明につ
いて説明する。Co3O4,8.023gにLi2CO3を
3.283g,NaHCO3 ,2.511gを自動乳鉢
で2時間、混合した(Na添加量10mol%)。この
混合粉末を電気炉で空気中、850℃で20時間焼成し
た。電気抵抗値を測定したところ20KΩとなった。こ
の値はNaを添加しない時の値1MΩに対し、約1/
となり、導電性の高い活物質になることがわかる。
Example 6. Next, the invention according to claim 8 will be described. Co3O4 (8.023 g) was mixed with Li2CO3 (3.283 g) and NaHCO3 (2.511 g) in an automatic mortar for 2 hours (Na addition amount: 10 mol%). This mixed powder was fired in an electric furnace in air at 850 ° C. for 20 hours. When the electric resistance value was measured, it was 20 KΩ. This value is about 1/5 of the value of 1 MΩ when Na is not added.
It is 0 , which means that the active material has high conductivity.

【手続補正10】[Procedure Amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0111[Correction target item name] 0111

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0111】また、NiO,FeO,Cr2O3は、Li
CoO2 合成反応時にLiと置換するのではなく、Co
と置換する可能性を持つ。すなわち、たとえばNiOを
加えると、LiCo1-xNixO2:NiOy(x+y=添加
量)という組成物がえられる。FeO,Cr2Oの添加
についても同様である。
Further, NiO, FeO and Cr 2 O 3 are Li
Instead of substituting with Li during CoO2 synthesis reaction, CoO2
With the possibility of replacing. Thus, for example the addition of NiO, LiCo1-xNixO 2: composition of NiOy (x + y = amount) will be obtained. The same applies to the addition of FeO and Cr 2 O.

【手続補正11】[Procedure Amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0126[Name of item to be corrected] 0126

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0126】このように、K,Ag,Cu,Naの添加
により、本質的に電気抵抗値の高いLiCoO2 を低抵
抗とすることができ、正極の内部抵抗を減少させること
ができる。特に、K添加物とAg添加物で顕著ある。
Cu添加物やNa添加物でもかなりの効果が期待でき
る。
As described above, by adding K, Ag, Cu, and Na, LiCoO 2 having an essentially high electric resistance value can have a low resistance, and the internal resistance of the positive electrode can be reduced. In particular, it is remarkable in the K additive and the Ag additive.
A considerable effect can be expected with Cu additive and Na additive.

【手続補正12】[Procedure Amendment 12]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0130[Correction target item name] 0130

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0130】[0130]

【表5】 [Table 5]

【手続補正13】[Procedure Amendment 13]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0149[Name of item to be corrected] 0149

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0149】実施例18.次に請求項19に係わる発明
について説明する。本実施例では、正極活物質として無
機酸化物を用い、負極活物質としてカーボンを用いるリ
チウム二次電池において、正極活物質である無機酸化
物、もしくは負極活物質であるカーボンの平均粒径が異
なる粒径の粉体を混合することにより充填率を増加させ
ることを目的にしている。即ち、最密構造は立方最密構
造と六方最密構造があり、単一平均粒径の粉体において
その粒子を球形とすると、その充填率はモデル上は約
0.76である。しかし、この粒子間の空隙にはいるよ
うな小粒径の粒子をこの大粒径の粒子に混合することに
より、充填率を更に増加させることができる。
Example 18. Next, an invention according to claim 19 will be described. In this example, in a lithium secondary battery in which an inorganic oxide is used as the positive electrode active material and carbon is used as the negative electrode active material, the average particle size of the inorganic oxide that is the positive electrode active material or the carbon that is the negative electrode active material is different. The purpose is to increase the filling rate by mixing powders of different particle sizes. That is, the close-packed structure is a cubic close-packed structure.
Structure and hexagonal close-packed structure
If the particles are spherical, the packing factor is about
It is 0.76. However, it is possible to further increase the packing rate by mixing particles having a small particle size that fit into the voids between the particles with the particles having a large particle size.

【手続補正14】[Procedure Amendment 14]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0152[Correction target item name] 0152

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0152】このように正極及び負極活物質において粒
径の異なる少なくとも二種類以上の粉体を混合すること
により、活物質の充填率を向上させることができる。こ
のことにより単位体積当りの放電容量を増加させること
ができ、電池性能を向上させることができる。なお、上
記実施例では小粒子の粒径は大粒子の粒径を1とした
時、0.05の例を示したが、小粒子の粒径の比率は
0.3 以下であれば同様の効果がある。
By thus mixing at least two kinds of powders having different particle sizes in the positive electrode and negative electrode active materials, the filling rate of the active material can be improved. As a result, the discharge capacity per unit volume can be increased and the battery performance can be improved. Incidentally, when the particle size of the small particles was between 1 and particle size of the large particles in the above embodiment, an example of 0.05, the particle size of the small particle ratios similar if not more than 0.3 effective.

【手続補正15】[Procedure Amendment 15]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0156[Name of item to be corrected] 0156

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0156】実施例20.次に請求項21に係わる発明
について説明する。本実施例では、正極組成の適正化に
よる放電容量向上に関するものである。リチウム二次電
池の両電極は粉体を用いているので、成形を行うために
バインダーを添加する必要がある。しかし、過剰な量は
電極反応を阻害する恐れがある。前記のようにバインダ
ー量が多いと活物質充填率に影響をすることもある。こ
のため、スラリーの成形性や電極構造の自由度と活物質
充填率及び電極反応を考慮をした適正値を検討した結
果、バインダーが、粉体である正極活物質と導電剤の表
面に被覆されている時、バインダーの平均被覆厚みtB
(nm)が、3≦tB≦16の範囲がバインダーの適正
値であるとした。
Example 20. Next, the invention according to claim 21.
Will be described. In this example, in order to optimize the positive electrode composition
This is related to the improvement of discharge capacity. Lithium secondary battery
Since both electrodes of the pond use powder, in order to perform molding
It is necessary to add a binder.But the excess
It may interfere with the electrode reaction.Binder as above
-A large amount may affect the active material filling rate. This
Therefore, the moldability of the slurry and the degree of freedom of the electrode structure and the active material
The optimum value considering the filling rate and electrode reaction was examined.
As a result, the positive electrode active material in which the binder is powder and the conductive agent
The average coating thickness t of the binder when coated on the surfaceB
(Nm)Is 3 ≦ tBThe range of ≦ 16 is appropriate for the binder
It was assumed to be a value.

【手続補正16】[Procedure Amendment 16]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0157[Correction target item name] 0157

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0157】塗工溶剤としてNMP溶液30重量部に、
バインダーとしてPVdFを1.5から4重量部を溶解
させ濃度の異なるバインダー溶液を作成した。この溶液
に正極活物質としてコバルト酸リチウム粉末60重量部
と導電剤としてグラファイト粉末6重量部を分散させて
塗工液を作成した。この塗工液を集電体である厚さ20
μmのアルミ箔上に塗工し、乾燥させることにより約1
50μmの電極シートを作成した。これらの電極につい
て、コイン型セルにて負極にカーボン電極、電解液にエ
チレンカーボネート/ジメトキシエタン/過塩素酸リチ
ウムの混合液を用いて電池試験を行った。その結果を図
32に示す。この結果バインダーの組成が増加し、粉体
表面での被覆厚みが16(nm)を越えると放電容量が
急減することがわかった。また、強度と成形性から被覆
厚みは3(nm)以上が望ましい。
As a coating solvent, 30 parts by weight of NMP solution was added,
As a binder, 1.5 to 4 parts by weight of PVdF was dissolved to prepare binder solutions having different concentrations. 60 parts by weight of lithium cobalt oxide powder as a positive electrode active material and 6 parts by weight of graphite powder as a conductive agent were dispersed in this solution to prepare a coating solution. This coating liquid is used as a current collector with a thickness of 20.
Approximately 1 by coating on aluminum foil of μm and drying
A 50 μm electrode sheet was prepared. A battery test was carried out on these electrodes by using a carbon electrode as a negative electrode and a mixed solution of ethylene carbonate / dimethoxyethane / lithium perchlorate as an electrolytic solution in a coin cell. The result is shown in FIG. As a result, it was found that when the binder composition increased and the coating thickness on the powder surface exceeded 16 (nm), the discharge capacity sharply decreased. In addition, the coating thickness is preferably 3 (nm) or more from the viewpoint of strength and formability.

【手続補正17】[Procedure Amendment 17]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0159[Name of item to be corrected] 0159

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0159】塗工溶剤としてNMP溶液30重量部に、
バインダーとしてPVdFをバインダー被覆厚みを12
nmとなるように溶解させバインダー溶液とした。この
溶液に正極活物質としてコバルト酸リチウム粉末60重
量部と導電剤としてグラファイト粉末3から8重量部を
分散させて塗工液を作成した。この塗工液を集電体であ
る厚さ20μmのアルミ箔上に塗工し、乾燥させること
により約150μmの電極シートを作成した。この電極
の重量及び体積を測定することにより電極の充填率を得
た。この電極の電子抵抗をミリオーメータにより測定を
行った。また、コイン型セルにて負極にカーボン電極、
電解液にエチレンカーボネート/ジメトキシエタン/過
塩素酸リチウムの混合液を用いて電池試験を行った。そ
の結果を図34から図35に示す。この結果、黒鉛濃度
を下げると活物質充填率はある黒鉛濃度で飽和すること
がわかり、この濃度以下、即ちxG0.13で電極を
作成すれば活物質充填率は最も 高い値になることがわ
かる(図34)。しかし、黒鉛は導電剤であるので組成
比が下がると電極の電子抵抗が増加することがわかる
(図35)。従って0.05≦xG とするとよい。
30 parts by weight of NMP solution as a coating solvent,
PVdF as a binder with a binder coating thickness of 12
The binder solution was dissolved to have a thickness of nm. 60 parts by weight of lithium cobalt oxide powder as a positive electrode active material and 3 to 8 parts by weight of graphite powder as a conductive agent were dispersed in this solution to prepare a coating solution. This coating solution was applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm, which is a current collector, and dried to prepare an electrode sheet of about 150 μm. The filling rate of the electrode was obtained by measuring the weight and volume of this electrode. The electronic resistance of this electrode was measured with a milliohm meter. Also, in a coin-type cell, the negative electrode is a carbon electrode,
A battery test was conducted using a mixed solution of ethylene carbonate / dimethoxyethane / lithium perchlorate as an electrolytic solution. The results are shown in FIGS. 34 to 35. As a result, it was found that when the graphite concentration was lowered, the filling rate of the active material was saturated at a certain graphite concentration, and if the electrode was formed below this concentration, that is, x G0.13 , the filling rate of the active material becomes the highest value. It can be seen (Fig. 34). However, since graphite is a conductive agent, it can be seen that the electronic resistance of the electrode increases as the composition ratio decreases (FIG. 35). Therefore, it is preferable that 0.05 ≦ x G.

【手続補正18】[Procedure 18]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図23[Correction target item name] Fig. 23

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図23】 FIG. 23

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 隆 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 塩田 久 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 白神 昭 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Takashi Nishimura 8-1-1 Tsukaguchihonmachi, Amagasaki City Central Research Laboratory, Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Hisashi Shioda 8-1-1 Tsukaguchihonmachi, Amagasaki Mitsubishi Electric Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Akira Shirakami 8-1-1 Tsukaguchihonmachi, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Central Research Institute

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 LiCoO2あるいはLiCoO2を主成
分とする組成物よりなるリチウム二次電池用正極材料を
合成する際に、出発原料であるコバルト酸化物をあらか
じめ910〜950℃で焼成した後、上記組成物の合成
を行うことを特徴とするリチウム二次電池用正極材料の
合成法。
1. When synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery comprising LiCoO2 or a composition containing LiCoO2 as a main component, a cobalt oxide as a starting material is preliminarily calcined at 910 to 950 ° C., and then the above composition is used. A method for synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, which comprises synthesizing a product.
【請求項2】 LiCoO2あるいはLiCoO2を主成
分とする組成物よりなるリチウム二次電池用正極材料を
合成する際に、Co3O4にLi2CO3とLiHCO3 の
混合リチウム塩を用いて上記組成物の合成を行うことを
特徴とするリチウム二次電池用正極材料の合成法。
2. When synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery comprising LiCoO2 or a composition containing LiCoO2 as a main component, the above composition is synthesized by using a mixed lithium salt of Li2CO3 and LiHCO3 in Co3O4. A method for synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, which comprises:
【請求項3】 コバルト化合物とリチウム塩とを用いて
熱処理により、LiCoO2あるいはLiCoO2を主成
分とする組成物よりなる二次電池用正極材料を合成する
際に、炉温制御用熱電対を焼成粉末の最中心部に挿入す
るとともに、昇温上限を900℃としたことを特徴とす
るリチウム二次電池用正極材料の合成法。
3. A thermocouple for controlling a furnace temperature when a positive electrode material for a secondary battery comprising LiCoO2 or a composition containing LiCoO2 as a main component is synthesized by heat treatment using a cobalt compound and a lithium salt. The method for synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, characterized in that the upper limit of temperature rise is 900 ° C.
【請求項4】 コバルト化合物とリチウム塩とを用いて
熱処理により、LiCoO2あるいはLiCoO2を主成
分とする組成物よりなる二次電池用正極材料を合成する
際に、一段目の焼成温度を735〜785℃、その後の
二段目の焼成温度を785〜850℃としたことを特徴
とするリチウム二次電池用正極材料の合成法。
4. When synthesizing a positive electrode material for a secondary battery composed of LiCoO2 or a composition containing LiCoO2 as a main component by heat treatment using a cobalt compound and a lithium salt, the firing temperature of the first step is 735 to 785. C. and the subsequent second-stage firing temperature was 785 to 850.degree. C. A method for synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, which is characterized in that.
【請求項5】 コバルト化合物とリチウム塩とを用いて
熱処理により、LiCoO2あるいはLiCoO2を主成
分とする組成物よりなる二次電池用正極材料を合成する
際に、混合粉末を100kg/cm2から1000kg
/cm2の圧力でプレス成形するとともに、プレス成形
体の厚みを2〜10mmとし、かつプレス成形体の間隙
を1mm以上として積層し、焼成したことを特徴とする
リチウム二次電池用正極材料の合成法。
5. When synthesizing a positive electrode material for a secondary battery comprising LiCoO2 or a composition containing LiCoO2 as a main component by heat treatment using a cobalt compound and a lithium salt, 100 kg / cm 2 to 1000 kg of mixed powder is used.
Of a positive electrode material for a lithium secondary battery, characterized by being press-molded at a pressure of / cm 2 and having a thickness of the press-molded body of 2 to 10 mm and a gap of the press-molded body of 1 mm or more and laminating and firing. Synthetic method.
【請求項6】 LiCoO2あるいはLiCoO2を主成
分とする組成物をよう化セシウムディスクとし、100
0〜200cmー1の波数域の赤外吸収スペクトルを得、
上記赤外吸収スペクトルにベースラインをひき、約60
0cmー1にピークを持つCo−O伸縮吸収帯を、600
cmー1を中心とする対称型領域Aと、乱れたそれ以外の
残りの領域Bに分割し、両者の面積比B/Aから、その
ストイキオメトリーの評価を行うとともに、ベースライ
ン法により、約247cmー1のOーCo−O変角吸収帯
の吸光度と約600cmー1の吸収帯の吸光度との比か
ら、Co−O6 結合の完成度の評価を行うことを特徴と
するリチウム二次電池用正極材料の評価法。
6. A cesium iodide disk made of LiCoO2 or a composition containing LiCoO2 as a main component,
Obtain the infrared absorption spectrum in the wave number range of 0 to 200 cm -1 ,
Draw a baseline on the above infrared absorption spectrum to obtain about 60
Co-O stretching absorption band with a peak at 0 cm -1 is 600
It is divided into a symmetrical area A centered at cm -1 and a remaining area B other than that which is disturbed, and the stoichiometry is evaluated from the area ratio B / A of both, and by the baseline method, from the ratio of approximately absorbance O over Co-O bending absorption band at 247cm-1 and the absorbance of the absorption band of about 600cm-1, the lithium secondary, characterized in that to evaluate the completeness of Co-O6 bond Evaluation method for positive electrode materials for batteries.
【請求項7】 請求項6記載の評価法によりLiCoO
2 あるいはLiCoO2を主成分とする組成物を評価す
るとともに、ストイキオメトリーとCo−O6結合の完
成度の値に応じて、熱処理温度を500〜900℃、ま
た雰囲気の酸素分圧を空気から純酸素までの間の任意の
値に選び、後処理することにより上記ストイキオメトリ
ーとCo−O6 結合の完成度を再調整したことを特徴と
するリチウム二次電池用正極材料の合成法。
7. LiCoO 2 according to the evaluation method according to claim 6.
2 or a composition containing LiCoO2 as a main component was evaluated, and the heat treatment temperature was 500 to 900 ° C, and the oxygen partial pressure of the atmosphere was adjusted to be pure from air depending on the value of the completeness of stoichiometry and Co-O6 bond. A method for synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, characterized in that the stoichiometry and the degree of perfection of the Co--O6 bond are readjusted by selecting an arbitrary value up to oxygen and performing post-treatment.
【請求項8】 コバルト酸化物とリチウム塩とから、L
iCoO2 を合成する際に、ナトリウム塩あるいはカリ
ウム塩を、リチウム塩の5mol%を越え30mol%
以下加え、Li1ーxNaxCoO2ーy(x≦0.3,y≦
0.3)あるいはLi1ーxKxCoO2ーyあるいはLi1ーx
Nax1Kx2CoO2ーy(x=x1+x2)の組成としたことを
特徴とするリチウム二次電池用正極材料。
8. L from a cobalt oxide and a lithium salt
When synthesizing iCoO2, sodium salt or potassium salt is added in an amount of more than 5 mol% and 30 mol% of lithium salt.
In addition, Li1−xNaxCoO2−y (x ≦ 0.3, y ≦
0.3) or Li1−xKxCoO2−y or Li1−x
A positive electrode material for a lithium secondary battery, which has a composition of Nax1Kx2CoO2-y (x = x1 + x2).
【請求項9】 請求項8記載のナトリウム塩あるいはカ
リウム塩は、炭酸塩あるいは炭酸水素塩あるいは炭酸塩
と炭酸水素塩との混合塩あるいは共晶炭酸水素塩であ
り、かつ昇温上限を900℃以下とし、炉温制御用熱電
対を焼成粉末の最中心部へ挿入したことを特徴とするリ
チウム二次電池用正極材料の合成法。
9. The sodium salt or potassium salt according to claim 8 is a carbonate salt, a hydrogen carbonate salt, a mixed salt of a carbonate salt and a hydrogen carbonate salt, or a eutectic hydrogen carbonate salt, and the upper limit of temperature rise is 900 ° C. A method for synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, characterized in that a thermocouple for controlling a furnace temperature is inserted in the most central part of the fired powder as follows.
【請求項10】 コバルト酸化物とリチウム塩とから焼
成によりLiCoO2 を合成する際に、焼成温度までの
温度域で分解し、金属粉末を生成する金属酸化物、すな
わち酸化銀、酸化金、酸化白金、酸化イリジウム、酸化
オスニウム、または酸化パラジウムをLiCoO2ある
いはLiCoO2を主成分とする組成物に対して、金属
としての濃度で、5mol%から30mol%加えて、
900℃以下で焼成したことを特徴とするリチウム二次
電池用正極材料の合成法。
10. When synthesizing LiCoO2 from cobalt oxide and a lithium salt by firing, a metal oxide that decomposes in a temperature range up to the firing temperature to produce a metal powder, that is, silver oxide, gold oxide, platinum oxide. , Iridium oxide, osmium oxide, or palladium oxide is added to a composition containing LiCoO2 or LiCoO2 as a main component at a concentration of 5 to 30 mol% as a metal,
A method for synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, which comprises firing at 900 ° C. or lower.
【請求項11】 コバルト酸化物とリチウム塩とからL
iCoO2 を合成する際に、酸化物半導体すなわち、C
u2O,NiO,FeO,Cr2O3,MoO2などをLi
CoO2あるいはLiCoO2を主成分とする組成物に対
して、5mol%から30mol%加えて、900℃以
下で焼成したことを特徴とするリチウム二次電池用正極
材料の合成法。
11. L from cobalt oxide and lithium salt
When synthesizing iCoO2, an oxide semiconductor, that is, C
u2O, NiO, FeO, Cr2O3, MoO2, etc. are added to Li
A method for synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, which comprises adding 5 mol% to 30 mol% to a composition containing CoO2 or LiCoO2 as a main component and firing the mixture at 900 ° C or lower.
【請求項12】 コバルト酸化物とリチウム塩からLi
CoO2 を合成する際に、リチウムと反応してスピネル
構造をとりうる金属酸化物すなわち、MnO2,Mn2O
3,Fe2O3,Cr2O3などをLiCoO2あるいはLi
CoO2 を主成分とする組成物に対して、5mol%か
ら30mol%加えて、900℃以下で焼成したことを
特徴とするリチウム二次電池用正極材料の合成法。
12. A cobalt oxide and a lithium salt to form Li
When synthesizing CoO2, a metal oxide capable of forming a spinel structure by reacting with lithium, that is, MnO2, Mn2O
3, Fe2O3, Cr2O3, etc. to LiCoO2 or Li
A method for synthesizing a positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising adding 5 mol% to 30 mol% to a composition containing CoO2 as a main component and firing the mixture at 900 ° C or lower.
【請求項13】 請求項6記載の評価法により得られる
Co−O伸縮吸収帯の面積B/A比が0.5から3.0
にあり、かつ247cmー1吸収帯と600cmー1吸収帯
の吸光度の比が0.5から4.0にあるLiCoO2 あ
るいはLiCoO2 を主成分とする組成物を正極材料と
して用いたことを特徴とするリチウム二次電池。
13. The area B / A ratio of the Co—O stretching absorption band obtained by the evaluation method according to claim 6 is 0.5 to 3.0.
And a composition containing LiCoO2 or LiCoO2 as a main component, which has an absorbance ratio between the 247 cm -1 absorption band and the 600 cm -1 absorption band of 0.5 to 4.0, is used as a positive electrode material. Lithium secondary battery.
【請求項14】 電極活物質層が2層以上で構成される
正極及び負極を、セパレータを介して対向させ、これを
曲げ加工により折り畳んだのち、密着成形したことを特
徴とするリチウム二次電池の製造方法。
14. A lithium secondary battery characterized in that a positive electrode and a negative electrode each having two or more electrode active material layers are opposed to each other with a separator interposed therebetween, and the electrodes are bent by bending and then contact-molded. Manufacturing method.
【請求項15】 電極活物質層によりなる正極及び負極
を、セパレータを介して対向させ、折り畳んで構成され
るリチウム二次電池において、上記電極活物質層は平板
部分のみに設けられ、集電箔により、折り畳まれた隣合
わせの電極活物質層を連結させたことを特徴とするリチ
ウム二次電池。
15. A lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode made of an electrode active material layer, which are opposed to each other via a separator and are folded, and the electrode active material layer is provided only on a flat plate portion, and a collector foil is provided. The rechargeable lithium secondary battery is characterized in that the adjacent electrode active material layers are connected together.
【請求項16】 正極及び負極をセパレータを介して対
向させ、この電極対を折り畳んで構成されるリチウム二
次電池において、二つ以上の上記電極対を平行に重ねて
折り畳んだことを特徴とするリチウム二次電池。
16. A lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode opposed to each other with a separator interposed therebetween, and the electrode pair being folded, wherein two or more of the electrode pairs are stacked in parallel and folded. Lithium secondary battery.
【請求項17】 正極及び負極をセパレータを介して対
向させ、この電極対を折り畳んで構成されるリチウム二
次電池において、2つ以上の上記電極対を直角に重ねて
交互に重ね合わせながら折り畳んだことを特徴とするリ
チウム二次電池。
17. A lithium secondary battery constituted by facing a positive electrode and a negative electrode with a separator interposed therebetween, and folding the electrode pair, wherein two or more electrode pairs are stacked at a right angle and are alternately stacked. A lithium secondary battery characterized in that
【請求項18】 電極活物質層によりなる正極及び負極
をセパレータを介して対向させ、折り畳んで構成される
リチウム二次電池において、上記電極活物質層を未プレ
ス状態で折り畳んだ後、プレスしたことを特徴とするリ
チウム二次電池の製造方法。
18. A lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode made of an electrode active material layer, which are opposed to each other with a separator interposed therebetween, and is folded. In the lithium secondary battery, the electrode active material layer is folded in an unpressed state and then pressed. A method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising:
【請求項19】 正極活物質として無機酸化物を用い、
負極活物質としてカーボンを用いるリチウム二次電池に
おいて、上記正極活物質である無機酸化物、もしくは負
極活物質であるカーボンの平均粒径が少なくとも二種類
以上から構成されおり、大粒子の粒径を1とした時、小
粒子の粒径の比率が0.3 以下であることを特徴とする
リチウム二次電池。
19. An inorganic oxide is used as a positive electrode active material,
In a lithium secondary battery using carbon as the negative electrode active material, the average particle diameter of the inorganic oxide that is the positive electrode active material or the carbon that is the negative electrode active material is composed of at least two types, and the particle diameter of the large particles is The lithium secondary battery is characterized in that the ratio of the particle size of the small particles is 0.3 or less when set to 1.
【請求項20】 負極活物質としてカーボンを用いるリ
チウム二次電池において、上記負極活物質であるカーボ
ンは、その原料、または製造条件、または特性が異なる
少なくとも二種類以上から構成されていることを特徴と
するリチウム二次電池。
20. A lithium secondary battery using carbon as a negative electrode active material, wherein the negative electrode active material carbon is composed of at least two or more different raw materials, manufacturing conditions, or characteristics. And a lithium secondary battery.
【請求項21】 正極組成が正極活物質である無機酸化
物と導電剤である黒鉛と成形助剤であるバインダーとか
ら成るリチウム二次電池において、上記バインダーが粉
体である正極活物質と上記導電剤の表面に被覆されてい
る時、上記バインダーの平均被覆厚みtB(nm) が以下
の範囲であることを特徴とするリチウム二次電池。 3≦tB≦16
21. A lithium secondary battery having a positive electrode composition comprising an inorganic oxide as a positive electrode active material, graphite as a conductive agent, and a binder as a molding aid, wherein the positive electrode active material in which the binder is powder and the above A lithium secondary battery characterized in that the average coating thickness t B (nm) of the binder is in the following range when coated on the surface of the conductive agent. 3 ≦ t B ≦ 16
【請求項22】 正極組成が正極活物質である無機酸化
物と導電剤である黒鉛と成形助剤であるバインダーとか
ら成るリチウム二次電池において、上記正極活物質が最
密充填となる活物質体積分率をxACとするとき、黒鉛体
積分率xG が以下の範囲にあることを特徴とするリチウ
ム二次電池。 (1−xAC)/3≦xG≦1−xAC
22. A lithium secondary battery having a positive electrode composition comprising an inorganic oxide as a positive electrode active material, graphite as a conductive agent, and a binder as a molding aid, wherein the positive electrode active material is the closest packing. A lithium secondary battery, wherein the graphite volume fraction x G is in the following range when the volume fraction is x AC . (1-x AC ) / 3 ≤ x G ≤ 1-x AC
【請求項23】 正極活物質として無機酸化物を用い、
負極活物質としてカーボンを用いるリチウム二次電池に
おいて、電極内の空隙率P(%)が以下の範囲内にある
ことを特徴とするリチウム二次電池。 10≦P≦30
23. An inorganic oxide is used as the positive electrode active material,
A lithium secondary battery using carbon as a negative electrode active material, wherein the porosity P (%) in the electrode is within the following range. 10 ≦ P ≦ 30
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