JPH07288123A - 非水二次電池 - Google Patents

非水二次電池

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JPH07288123A
JPH07288123A JP6220858A JP22085894A JPH07288123A JP H07288123 A JPH07288123 A JP H07288123A JP 6220858 A JP6220858 A JP 6220858A JP 22085894 A JP22085894 A JP 22085894A JP H07288123 A JPH07288123 A JP H07288123A
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幸夫 宮木
Tadahiko Kubota
忠彦 窪田
Masayuki Mishima
雅之 三島
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い放電作動電圧、大きな放電容量、良好な
充放電サイクル特性をもち、かつ安全性の高い非水二次
電池を提供する。 【構成】 正極活物質、負極活物質、リチウム塩を含む
非水電解質からなる非水二次電池であって、該負極活物
質が主として周期表IIIb、IVb、Vb族原子から選ばれ
る二種以上の原子を含む、主として非晶質酸化物及び/
または非晶質カルコゲン化合物からなることを特徴とす
る非水二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、充放電特性を改良し、
かつ安全性を高めた非水二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】非水二次電池用負極活物質としては、リ
チウム金属やリチウム合金が代表的であるが、それらを
用いると充放電中にリチウム金属が樹枝状に成長し、内
部ショートしたり、その樹枝状金属自体の活性が高く、
発火する危険をはらんでいる。これに対して、最近、リ
チウムを挿入放出することができる焼成炭素質材料が実
用されるようになってきた。この炭素質材料の欠点は、
それ自体が導電性をもつので、過充電や急速充電の際に
炭素質材料の上にリチウム金属が析出することがあり、
結局、樹枝状金属を析出してしまうことになる。これを
避けるために、充電器を工夫したり、正極活物質量を少
なくして、過充電を防止する方法を採用したりしている
が、後者の方法では、活物質物質の量が限定されるの
で、そのため、放電容量も制限されてしまう。また炭素
質材料は密度が比較的小さいため体積当りの容量が低い
という二重の意味で放電容量が制限されてしまうことに
なる。
【0003】一方、リチウム金属やリチウム合金または
炭素質材料以外の負極活物質としては、リチウムを吸蔵
・放出することができるTiS2、LiTiS2、ルチル
構造の遷移金属酸化物、例えば、WO2、LixFe(F
2)O4などのスピネル化合物、電気化学的に合成され
たFe23のリチウム化合物、Fe23のリチウム化合
物、Nb25、酸化鉄、FeO、Fe23、Fe34
酸化コバルト、CoO、Co23、Co34、アモルフ
ァスV25、リチウムイオンを挿入することにより結晶
の基本構造を変化させた遷移金属酸化物を負極活物質と
することが知られている。これらの化合物はいずれも酸
化還元電位が高いので、3V級の高放電電位を持ち、か
つ高容量の非水二次電池は実現されていない。
【0004】また、酸化タングステンを使用する例も特
開昭56−11859号公報に記載され、SnO2やS
n化合物をリチウム電池の活物質として用いる例とし
て、二次電池正極活物質のLi1.03Co0.95Sn0.04
2(EP86−106,301)、二次電池正極活物質
のV25にSnO2の添加(特開平2−158,05
6)、二次電池負極活物質のα−Fe23にSnO2
添加(SnO2の好ましい添加範囲0.5〜10モル
%)(特開昭62−219,465)、一次電池正極活
物質のSnO2(電気化学および工業物理化学 46巻
7号 407ページ1978年)が知られている。ま
た、SnO2やSn化合物をエレクトロクロミックの電
極に用いる例として、SnO2がLiイオンを可逆的に
挿入できること(ジャーナル オブ エレクトロケミカ
ル ソサエティー 140巻 5号 L81 1993
年)、InO2に8モル%Snをドープしたフィルム
(ITO)がLiイオンを可逆的に挿入できること(ソ
リッド ステート イオニクス 28−30巻 173
3ページ 1988年発行)が知られている。しかし、
エレクトロクロミックのシステムでは、電極を透明にす
るため、それを蒸着法などにより薄膜にして使用するの
で、電池の実用範囲とは異なり、かなり低い電流で作動
させることが一般である。前記文献の「ソリッド ステ
ート イオニクス」では、1μA〜30μA/cm2
実験例が示されている。
【0005】正極活物質としては、特公平4−3014
6号公報にスピネル化合物が、特公昭63−59507
号公報には酸化コバルトが記載されている。一方、Sn
を主体とする酸化物を負極活物質とし、これら正極活物
質と組み合わせることにより、高い放電電位、高容量、
良好な充放電サイクル特性、かつ安全性を高めた非水二
次電池を得ることができるが、充放電サイクル特性につ
いては前述の如く満足できないものであり、この充放電
サイクル特性の一層の改良が強く望まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、この
充放電サイクル特性を改良し、かつ高い放電電圧、高容
量で安全性を高めた非水二次電池を得ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、正極活
物質、負極活物質、リチウム塩を含む非水電解質から成
る非水二次電池に関し、該負極活物質が主として周期表
IIIb,IVb,Vb族原子から選ばれる二種以上の
原子を含む、主として非晶質酸化物及び/または非晶質
カルコゲン化合物からなることを特徴とする非水二次電
池により達成することができた。
【0008】本発明でいう周期表IIIb〜Vb族原子
とはB,Al,Ga,In,Tl,Si,Ge,Sn,
Pb,P,As,Sb,Biであり,好ましくはB,A
l,Ga,In,Tl,Si,Ge,Sn,Pb,P,
Sb,Biであり、特に好ましくはB,Al,Si,G
e,Sn,P、である。
【0009】本発明でいう非晶質酸化物、非晶質カルコ
ゲン化合物は電池組み込み時に主として非晶質であるこ
とが好ましい。ここで言う主として非晶質とはCuKα
線を用いたX線回折法で2θ値で20°から40°に頂
点を有するブロードな散乱帯を有する物であり、結晶性
の回折線を有してもよい。好ましくは2θ値で40°以
上70°以下に見られる結晶性の回折線の内最も強い強
度が、2θ値で20°以上40°以下に見られるブロー
ドな散乱帯の頂点の回折線強度の500倍以下であるこ
とが好ましく、さらに好ましくは100倍以下であり、
特に好ましくは5倍以下であり、最も好ましくは結晶性
の回折線を有さないことである。
【0010】非晶質酸化物、非晶質カルコゲン化合物は
下記一般式(1)で表されることが好ましい。 M12 p4 q 一般式(1) 式中、M1、M2は相異なりSi、Ge、Sn、Pb、
P、B、Al、As、Sbから選ばれる少なくとも一種
であり、好ましくはSi、Ge、Sn、Pb、P、B、
Al、Sbであり、特に好ましくはSi、Ge、Sn、
Pb、P、B、Alである。M4はO、S、Se、Te
から選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはO、S
であり、特に好ましくはOである。pは0.001〜1
0であり、好ましくは0.01〜5であり、特に好まし
くは0.01〜2である。qは1.00〜50であり、
好ましくは1.00〜26であり、特に好ましくは1.
02〜6である。
【0011】一般式(1)で示される化合物を主体とす
る化合物として好ましくは、SnSi0.011.02、Sn
Ge0.011.02、SnPb0.011.02、SnP0.01
1.025、SnB0.011.015、SnAl0.011.015、S
nSi0.012.02、SnGe0.012.02、SnPb0.01
2.02、SnP0.012.025、SnB0.012.015、Sn
Si0.051.1、SnGe0.051.1、SnPb0.05
1.1、SnP0.051.125、SnB0.051.075、SnS
0.052.1、SnGe0.052.1、SnPb
0.052.1、SnP0.052.125、SnB0.052.075
SnSi0.11.2、SnGe0.11.2、SnPb0.1
1.2、SnP0.11.25、SnB0.11.15、SnSi0.1
2.2、SnGe0.12.2、SnPb0.12.2、SnP
0.12.25、SnB0.12.15、SnSi0.21.4、Sn
Ge0.21.4、SnPb0.21.4、SnP0.21.5、S
nB0.21.3、SnSi0.22.4、SnGe0.22.4
SnPb0.22.4、SnP0.22.5、SnB0.22.3
SnSi0.31.6、SnGe0.31.6、SnPb0.3
1.6、SnP0.31.75、SnB0.31.45、SnSi0.3
2.6、SnGe0.32.6、SnPb0.32.6、SnP
0.32.75、SnB0.32.45、SnSi0.1Ge0.1Pb
0.12.6、SnSi0.2Ge0.12.6、SnSi0.2Pb
0.12.6、SnGe0.2Si0.12.6、SnPb0.2Si
0.12.6、SnGe0.2Pb0.12.6、SnPb0.2Ge
0.12.6、SnSi0.72.4
【0012】SnGe0.72.4、SnPb0.72.4、S
nP0.72.75、SnB0.72.05、SnSi0.82.6
SnGe0.82.6、SnPb0.82.6、SnP0.83
SnB0.82.2、SnSiO3、SnGeO3、SnPb
3、SnPO35、SnBO2.5、SnSi0.9Ge0.1
3、SnSi0.8Ge0.23、SnSi0.5Ge
0.53、SnSi0.9Pb0.13、SnSi0.8Pb0.2
3、SnSi0.5Pb0.53、SnGe0.9Si
0.13、SnGe0.8Si0.23、SnPb0.9Si0.1
3、SnPb0.8Si0.23、SnSi0.8Ge0.1Pb
0.13、SnP0.9Ge0.13.45、SnP0.8Ge0.2
3.4、SnP0.5Ge0.53.25、SnP0.9Pb0.1
3.45、SnP0.8Pb0.23.4、SnP0.5Pb0.5
3.25、SnGe0.90.13.05、SnGe0.80.2
3.1、SnPb0.90.13.05、SnPb0.8
0.23.1、SnP0.8Ge0.1Pb0.13.4、SnB0.9
Ge0.12.55、SnB0.8Ge0.22.6、SnB0.5
0.52.75、SnB0.9Pb0.12.55、SnB0.8Pb
0.22.6、SnB0.5Pb0.52.75、SnGe0.90.1
2.95、SnGe0.80.22.9、SnPb0.90.1
2.95、SnPb0.80.22.9、SnB0.8Ge0.1Pb
0.12.6、SnSi1.23.4、SnGe1.23.4、Sn
Pb1.23.4、SnP1.24、SnB1.22.8、SnS
1.54、SnGe1.54、SnPb1.54、SnP
1.5475、SnB1.53.25、SnSi25、SnG
25、SnPb25、SnP26
【0013】SnB24、SnSi26、SnGe
26、SnPb26、SnP27、SnB25、PbS
0.011.02、PbGe0.011.02、PbSi0.01
2.02、PbGe0.012.02、PbP0.011.025、Pb
0.011.015、PbP0.012.025、PbGe0.01
2.015、PbSi0.051.1、PbGe0.051.1、Pb
Si0.052.1、PbGe0.052.1、PbP0.05
1.125、PbB0.051.075、PbP0.052.125、Pb
0.052.075、PbSi0.12.2、PbGe
0.12.2、PbSi0.11.2、PbGe0.11.2、Pb
0.12.25、PbB0.12.15、PbP0.11.25、P
bB0.11.15、PbSi0.22.4、PbGe
0.22.4、PbSi0.21.4、PbGe0.21.4、Pb
0.22.5、PbB0.22.3、PbP0.21.5、PbB
0.21.3、PbSi0.32.6、PbGe0.32.6、Pb
Si0.31.6、PbGe0.31.6、PbP0.32.75
PbB0.32.45、PbP0.31.75、PbB
0.31.45、PbSi0.2Ge0.12.6、PbGe0.2
0.12.6、PbP0.2Ge0.12.7、PbGe0.2
0.12.65、PbB0.2Ge0.12.5、PbGe0.20.1
2.55、PbSi0.72.4、PbGe0.72.4、PbP
0.72.75、PbB0.72.05、PbSi0.82.6、Pb
Ge0.82.6、PbP0.83、PbB0.82.2
【0014】PbSiO3、PbGeO3、PbP
3.5、PbBO2.5、PbSi0.9Ge0.13、PbS
0.8Ge0.23、PbSi0.5Ge0.53、PbP0.9
Ge0.13.45、PbP0.8Ge0.23.4、PbP0.5
0.53.25、PbB0.9Ge0.12.65、PbB0.8Ge
0.22.6、PbB0.5Ge0.52.75、PbGe0.9Si
0.13、PbGe0.8Si0.23、PbGe0.90.1
3.05、PbGe0.80.23.1、PbGe0.90.1
2.95、PbGe0.80.22.9、PbSi1.54、Pb
Ge1.54、PbP1.54.75、PbB1.53.25、Pb
Ge25、PbSi26、PbGe26、PbP27
PbB25、GeSi0.011.02、GeSi
0.012.02、GeSi0.051.1、GeSi0.052.1
GeSi0.11.2、GeSi0.12.2、GeSi0.2
1.4、GeSi0.22.4、GeSi0.31.6、GeSi
0.32.6、GeSi0.52、GeSi0.53、GeSi
0.72.4、GeSi0.73.4、GeSiO3、GeSi
4、GeSi1.54、GeSi1.55GeP0.01
1.025、GeP0.012.025、GeP0.051.125、Ge
0.052.125、GeP0.11.25、GeP0.12.25
GeP0.21.5、GeP0.22.5、GeP0.31.75
GeP0.32.75、GeP0.52.25、GeP
0.53.25、GeP0.72.75、GeP0.73.75、Ge
PO3.5、GePO4.5、GeP1.54.75、GeP1.5
5.75、GeB0.011.015、GeB0.012.015、GeB
0.051.075、GeB0.052.075
【0015】GeB0.11.15、GeB0.12.15、Ge
0.21.3、GeB0.22.3、GeB0.31.45、Ge
0.32.45、GeB0.51.75、GeB0.52.75、G
eB0.72.05、GeB0.73.05、GeBO2.5、Ge
BO3.5、GeB1.53.25、GeB1.54.25、SnS
iS3、SnSiSe3、SnSiTe3、SnPS3.5
SnPSe3.5、SnPTe3.5、SnBS2.5、SnB
Se2.5、SnBTe2.5、SnP0.83、SnB0.8
2.2、SnSi0.25BO3、SnSi0.250.2
0.23、SnSi0.50.20.23、SnSi0.90.1
2.25、SnSi0.80.23.1、SnSi0.70.3
2.75、SnSi0.30.73.35、SnSi0.20.8
3.4、SnSi0.50.53.25、SnSi0.50.1
2.25SnSi0.7Al0.32.85、SnSi0.5Al0.05
2.75、SnSi0.5Al0.12.15、SnSi0.5Al
0.52.75、SnSi0.9Al0.12.95、SnSiAl
0.23.3SnSi0.50.052.75、SnSi0.50.1
2.15、SnSi0.50.52.75、SnSi0.70.3
2.45、SnSi0.90.12.95、SnSiB0.23.3
SnSi0.5Pb0.052.75、SnSi0.5Pb0.1
2.15、SnSi0.5Pb0.52.75、SnSi0.7Pb0.3
2.45、SnSi0.9Pb0.12.95、SnSiPb0.2
3.3
【0016】SnSi0.1Ge0.10.93.65、SnS
0.2Ge0.10.73.35、SnSi0.6Ge0.40.1
3.25、SnSi0.6Ge0.20.23.1、SnSi0.7
0.10.23.1、SnSi0.8Ge0.10.13.05、S
nSi0.8Ge0.10.33.55SnSiGe0.10.1
3.45、SnSiGe0.20.23.9、SnSiGe0.1
0.23.7、SnSi0.1Al0.10.93.6、SnSi
0.3Al0.10.73.5、SnSi0.6Al0.3
0.12.9、SnSi0.6Al0.20.23、SnSi0.6
Al0.10.33.1、SnSi0.8Al0.10.13、S
nSi0.8Al0.10.23.25、SnSi0.6Al0.2
0.43.5、SnSi0.8Al0.20.23.4、SnSi
0.7Al0.20.33.45、SnSi0.4Al0.20.6
3.6、SnSiAl0.10.13.4、SnSiAl0.2
0.23.8、SnSiAl0.10.23.65、SnSi0.1
0.10 .93.6、SnSi0.30.10.73.5、Sn
Si0.60.30.12.9、SnSi0.60.20.23
SnSi0.60.10.33.1、SnSi0.80.10.1
3、SnSi0.80.10.33.5、SnSiB0.1
0.13.4、SnSiB0.20.23.8
【0017】SnSiB0.10.23.65、SnSi0.1
Pb0.10.93.6、SnSi0.3Pb0.10.73.5
SnSi0.6Pb0.30.12.9、SnSi0.6Pb0.2
0.23、SnSi0.6Pb0.10.33.1、SnSi0.8
Pb0.10.13、SnSi0.8Pb0.10.33.5、S
nSiPb0.10.13.4、SnSiPb0.2
0.23.8、SnSiPb0.10.23.65、SnSi0.1
Sb0.10.93.6、SnSi0.3Sb0.10.73.5
SnSi0.6Sb0.30.12.9、SnSi0.6Sb0.2
0.23、SnSi0.6Sb0.10.33.1、SnSi0.8
Sb0.10.13、SnSi0.8Sb0.10.33.5、S
nSiSb0.10.13.4、SnSiSb0.2
0.23.8、SnSiSb0.10.23.65、SnSi0.8
Ge0.1Al0.12.95、SnSi0.8Ge0.10.1
2.95、SnSi0.8Ge0.1Sb0.12.95、SnSi0.8
Ge0.1In0.12.95、SnSi0.8Ge0.1Pb0.1
2.95、SnSi0.80.1Al0.12.9、SnSi0.8
0.1AlO2.9、SnPAl0.13.65、SnPAl0.3
3.95、SnP0.8Al0.13.15、SnP0.8Al0.3
2.45、SnP0.5Al0.12.4、SnP0.5Al0.32.7
等であるがこれらに限定されるわけではない。また一般
式(1)におけるM1、M2の価数は特に限定されること
はなく、単独価数であっても、各価数の混合物であって
も良い。また一般式(1)で示される化合物のM1、M2
の比はM2がM1に対して0.001〜10モル当量の範
囲において連続的に変化させることができ、それに応じ
てM4の量(一般式(1)において、qの値)も連続的
に変化する。
【0018】上記に挙げた化合物の中でも、本発明にお
いてはM1がSnである場合が好ましく、一般式(2)
であらわされる。 SnM3 p5 q 一般式(2) 式中、M3はSi、Ge、Pb、P、B、Al、As、
から選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはSi、
Ge、Pb、P、B、Al、であり、特に好ましくはS
i、Ge、Pb、P、B、Al、である。M5はO、S
から選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはOであ
る。pは0.001〜10であり、好ましくは0.01
〜5であり、さらに好ましくは0.01〜1.5であ
り、特に好ましくは0.7〜1.5である。qは1.0
0〜50であり、好ましくは1.00〜26であり、特
に好ましくは1.02〜6である。一般式(2)として
好ましくは一般式(3)としてあらわされる。 SnM3 rs 一般式(3) 式中、M3は一般式(2)と同じ。r=0.01〜5.
0、s=1.0〜26の数字を表す。rはさらに好まし
くは0.01〜1.5であり、特に好ましくは0.7〜
1.5である。sは特に好ましくは1.02〜6であ
る。
【0019】一般式(2)、(3)で示される酸化物を
主体とする複合酸化物としては例えばSnSi0.01
1.02、SnGe0.011.02、SnPb0.011.02、Sn
0.011.025、SnB0.011.015、SnAl0.01
1.015、SnSi0.012.02、SnGe0.012.02、S
nPb0.012.02、SnP0.012.025、SnB0.01
2.015、SnSi0.051.1、SnGe0.051.1、Sn
Pb0.051.1、SnP0.051.125、SnB0.05
1.075、SnSi0.052.1、SnGe0.052.1、Sn
Pb0.052.1、SnP0.052.125、SnB0.05
2.075、SnSi0.11.2、SnGe0.11.2、SnP
0.11.2、SnP0.11.25、SnB0.11.15、Sn
Si0.12.2、SnGe0.12.2、SnPb0.12.2
SnP0.12.25、SnB0.12.15、SnSi
0.21.4、SnGe0.21.4、SnPb0.21.4、Sn
0.21.5、SnB0.21.3、SnSi0.22.4、Sn
Ge0.22.4、SnPb0.22.4、SnP0.22.5、S
nB0.22.3、SnSi0.31.6、SnGe0.31.6
SnPb0.31.6、SnP0.31.75、SnB
0.31.45、SnSi0.32.6、SnGe0.32.6、S
nPb0.32.6、SnP0.32.75、SnB0.32.45
SnSi0.1Ge0.1Pb0.12.6、SnSi0.2Ge0.1
2.6、SnSi0.2Pb0.12.6、SnGe0.2Si0.1
2.6、SnPb0.2Si0.12.6、SnGe 0.2Pb0.1
2.6、SnPb0.2Ge0.12.6、SnSi0.72.4
SnGe0.72.4、SnPb0.72.4、SnP0.7
2.75、SnB0.72.05、SnSi0.82.6、SnGe
0.82.6、SnPb0.82.6、SnP0.83、SnB
0.82.2、SnSiO3
【0020】SnGeO3、SnPbO3、SnP
35、SnBO2.5、SnSi0.9Ge0.13、SnS
0.8Ge0.23、SnSi0.5Ge0.53、SnSi
0.9Pb0.13、SnSi0.8Pb0.23、SnSi0.5
Pb0.53、SnGe0.9Si0.13、SnGe0.8Si
0.23、SnPb0.9Si0.13、SnPb0.8Si0.2
3、SnSi0.8Ge0.1Pb0.13、SnP0.9Ge
0.13.45、SnP0.8Ge0.23.4、SnP0.5Ge0.5
3.25、SnP0.9Pb0.13.45、SnP0.8Pb0.2
3.4、SnP0.5Pb0.53.25、SnGe0.90.1
3.05、SnGe0.80.23.1、SnPb0.90.1
3.05、SnPb0.80.23.1、SnP0.8Ge0.1Pb
0.13.4、SnB0.9Ge0.12.55、SnB0.8Ge0.2
2.6、SnB0.5Ge0.52.75、SnB0.9Pb0.1
2.55、SnB0.8Pb0.22.6、SnB0.5Pb0.5
2.75、SnGe0.90.12.95、SnGe0.80.2
2.9、SnPb0.90.12.95、SnPb0.8
0.22.9、SnB0.8Ge0.1Pb0.12.6、SnSi
1.23.4、SnGe1.23.4、SnPb1.23.4、Sn
1.24、SnB1.22.8、SnSi1.54
【0021】SnGe1.54、SnPb1.54、SnP
1.5475、SnB1.53.25、SnSi25、SnG
25、SnPb25、SnP26、SnB24、Sn
Si26、SnGe26、SnPb26、SnP27
SnB25、SnSiS3、SnSiSe3、SnSiT
3、SnPS3.5、SnPSe3.5、SnPTe3.5、S
nBS2.5、SnBSe2.5、SnBTe2.5、SnP0.8
3、SnB0.82.2、SnSi0.25BO3、SnSi
0.250.20.23、SnSi0.50.20.23、 S
nSi0.90.12.25、SnSi0.80.23.1、Sn
Si0.70.32.75、SnSi0.50.53.25、SnS
0.30.73.35、SnSi0.20.83.4、SnSi
0.50.12.25、SnSi0.9Al0.12.95、SnSi
0.5Al0.052.75、SnSi0.5Al0.12.15、Sn
Si0.5Al0.52.75、SnSi0.7Al0.32.85、S
nSiAl0.23.3、SnSi0.50.052.75、Sn
Si0.50.12.15、SnSi0.50.52.75、SnS
0.70.32.45、SnSi0.90.12.95、SnSi
0.23.3、SnSi0.5Pb0.052.75、SnSi0.5
Pb0.12.15、SnSi0.5Pb0.52.75、SnSi
0.7Pb0.32.45、SnSi0.9Pb0.12.95、SnS
iPb0.23.3
【0022】SnSi0.1Ge0.10.93.65、SnS
0.2Ge0.10.73.35、SnSi0.6Ge0.40.1
3.25、SnSi0.6Ge0.20.23.1、SnSi0.7
0.10.23.1、SnSi0.8Ge0.10.13.05、S
nSi0.8Ge0.10.33.55、SnSiGe0.10.1
3.45、SnSiGe0.20.23.9、SnSiGe0.1
0.23.7、SnSi0.1Al0.10.93.6、SnSi
0.3Al0.10.73.5、SnSi0.6Al0.3
0.12.9、SnSi0.6Al0.20.23、SnSi0.6
Al0.10.33.1、SnSi0.8Al0.10.13、S
nSi0.8Al0.10.23.25、SnSi0.8Al0.2
0.23.4、SnSi0.7Al0.20.33.45、SnSi
0.4Al0.20.63.6、SnSiAl0.20.43.5
SnSiAl0.10.13.4、SnSiAl0.20.2
3.8、SnSiAl0.10.23.65、SnSi0.10.1
0.93.6、SnSi0.30.10.73.5、SnSi
0.60.30.12.9、SnSi0.60.20.23、Sn
Si0.60.10.33.1、SnSi0.80.10.13
SnSi0.80.10.33.5、SnSiB0.10.1
3.4、SnSiB0.20.23.8、SnSiB0.10.2
3.65
【0023】SnSi0.1Pb0.10.93.6、SnSi
0.3Pb0.10.73.5、SnSi0.6Pb0.3
0.12.9、SnSi0.6Pb0.20.23、SnSi0.6
Pb0.10.33.1、SnSi0.8Pb0.10.13、S
nSi0.8Pb0.10.33.5、SnSiPb0.10.1
3.4、SnSiPb0.20.23.8、SnSiPb0.1
0.23.65、SnSi0.8Ge0.1Al0.12.95、SnS
0.8Ge0.10.12.95、SnSi0.8Ge0.1Sb0.1
2.95、SnSi0.8Ge0.1In0.12.95、SnSi
0.8Ge0.1Pb0.12.95、SnSi0.80.1Al0.1
2.9、SnSi0.8Sb0.1AlO2.9、SnPAl0.1
3.65、SnPAl0.33.95、SnP0.8Al
0.13.15、SnP0.8Al0.32.45、SnP0.5Al
0.12.4、SnP0.5Al0.32.7等であるが、これら
に限定されるわけではない。また一般式(2)、(3)
におけるSn、M3の価数は特に限定されることはな
く、単独価数であっても、各価数の混合物であっても良
い。また一般式(2)で示される化合物のM3の量は、
Snに対して0.01〜10モル当量の範囲において連
続的に変化させることができ、それに応じてM5の量
(一般式(2)において、qの値)も連続的に変化す
る。また一般式(3)で示される化合物のM3の量は、
Snに対して0.01〜5.0モル当量の範囲において
連続的に変化させることができ、それに応じて酸素の量
(一般式(3)において、sの値)も連続的に変化す
る。
【0024】一般式(3)として好ましくは一般式
(4)で表される。 SnSitu6 vs 一般式(4) 式中、M6はGe、B、Al、Pbから選ばれる少なく
とも一種であり、好ましくは、Ge、Al、Bであり、
特に好ましくはAlである。tは0〜2.0であり、好
ましくは0〜1.5である。uは0.01〜4.0であ
り、好ましくは0.01〜3.5である。vは0〜2.
0であり、好ましくは0〜1.5である。sは10〜2
6であり、特に好ましくは1.02〜10である。
【0025】一般式(4)で示される酸化物としては例
えばSnP0.011.025、SnP0.012.025、SnP
0.051.125、SnP0.052.125、SnP0.11.25
SnP0.12.25、SnP0.21.5、SnP0.22.5
SnP0.31.75、SnP0.32.75、SnP
0.72.75、SnP0.83、SnPO35、SnP0.9
0.13.45、SnP0.8Ge0.23.4、SnP0.5Ge
0.53.25、SnP0.9Pb0.13.45、SnP0.8Pb
0.23.4、SnP0.5Pb0.53.25、SnGe0.90.1
3.05、SnGe0.80.23.1、SnPb0.90.1
3.05、SnPb0.80.23.1、SnP0.8Ge0.1Pb
0.13.4、SnP1.24、SnP1.5475、SnP2
6、SnP27、SnP0.83、SnSi0.250.2
0.23、SnSi0.50.20.23、SnSi0.90.1
2.25、SnSi0.80.23.1、SnSi0.70. 3
2.75、SnSi0.50.53.25、SnSi0.30.7
3.35、SnSi0.20.83.4、SnSi0.50.1
2.25、SnSi0.1Ge0.10.93.65、SnSi0.2
0.10.73.35、SnSi0.6Ge0.40.13.25
SnSi0.6Ge0.20.23.1、SnSi0.7Ge0.1
0.23.1、SnSi0.8Ge0.10.13.05、SnSi
0.8Ge0.10.33.55、SnSiGe0.1
0.13.45、SnSiGe0.20.23.9、SnSiGe
0.10.23.7、SnSi0.1Al0.10.93.6、Sn
Si0.3Al0.10.73.5、SnSi0.6Al0.30.1
2.9、SnSi0.6Al0.20.23、SnSi0.6Al
0.10.33.1
【0026】SnSi0.8Al0.10.13、SnSi
0.8Al0.10.23.25、SnSi0.8Al0.20.2
3.4、SnSi0.7Al0.20.33.45、SnSi0.4
0.20.63.6、SnSiAl0.20.43.5、SnS
iAl0.10.13.4、SnSiAl0.20.23.8、S
nSiAl0.10.23.65、SnSi0.10.10.9
3.6、SnSi0.30.10.73.5、SnSi0.60.3
0.12.9、SnSi0.60.20.23、SnSi0.6
0.10.33.1、SnSi0.80.10.13、SnS
0.80.10.33.5、SnSiB0.10.13.4、S
nSiB0.20.23.8、SnSiB0.10.23.65
SnSi0.1Pb0.10.93.6、SnSi0.3Pb0.1
0.73.5、SnSi0.6Pb0.30.12.9、SnSi
0.6Pb0.20.23、SnSi0.6Pb0.10.33.1
SnSi0.8Pb0.10.13、SnSi0.8Pb0.1
0.33.5、SnSiPb0.10.13.4、SnSiPb
0.20.23.8、SnSiPb0.10.23.65、SnP
Al0.13.65、SnPAl0.33.95、SnP0.8Al
0.13.15、SnP0.8Al0.32.45、SnP0.5Al
0.12.4、SnP0.5Al0.32.7等であるが、これら
に限定されるわけではない。また一般式(4)のおける
Sn、M6の価数は特に限定されることはなく、単独価
数であっても、各価数の混合物であっても良い。また一
般式(4)で示される化合物のM6の量は、Snに対し
て0〜2モル当量の範囲において連続的に変化させるこ
とができ、それに応じて酸素の量(一般式(4)におい
て、sの値)も連続的に変化する。
【0027】一般式(4)として好ましくは一般式
(5)で表される。 SnSituAlv7 ws 一般式(5) 式中、M7はGe、B、Pbから選ばれる少なくとも一
種。tは0〜2.0であり、好ましくは0〜1.5であ
る。uは0.01〜4.0であり、好ましくは0.01
〜3.5である。vおよびwは0〜2.0であり、好ま
しくは0〜1.5である。sは1.0〜26であり、特
に好ましくは1.02〜10である。
【0028】一般式(5)で表される酸化物としては例
えばSnP0.011.025、SnP0.012.025、SnP
0.051.125、SnP0.052.125、SnP0.11.25
SnP0.12.25、SnP0.21.5、SnP0.22.5
SnP0.31.75、SnP0.32.75、SnP
0.72.75、SnP0.83、SnPO35、SnP1.2
4、SnP1.5475、SnP26、SnP27、Sn
0.83、SnSi0.90.12.25、SnSi0.80.2
3.1、SnSi0.70.32.75、SnSi0.50.5
3.25、SnSi0.30.73.35、SnSi0.20.8
3.4、SnSi0.50.12.25、、SnSi0.1Al0.1
0.93.6、SnSi0.3Al0.10.73.5、SnSi
0.6Al0.30.12.9、SnSi0.6Al0.20.23
SnSi0.6Al0.10.33.1、SnSi0.8Al0.1
0.13、SnSi0.8Al0.10.23.25、SnSi0.8
Al0.20.23.4、SnSi0.7Al0.20.33.45
SnSi0.4Al0.20.63.6、SnSiAl0.20.4
3.5、SnSiAl0.10.13.4、SnSiAl0.2
0.23.8、SnSiAl0.10.23.65、SnPAl
0.13.65、SnPAl0.33.95、SnP0.8Al0.1
3.15、SnP0.8Al0.32.45、SnP0.5Al0.1
2.4、SnP0.5Al0.32.7、SnSi0.5 0.5 Al
0.1 Ge0.1 3.6、SnSi0.5 0.5 Al0.1
0.1 3.55、SnSi0.5 0.5Al0.1 Pb0.1
3.5 等であるが、これらに限定されるわけではない。
【0029】本発明においては、以上示したような一般
式(1)から(5)で示される化合物を主として負極活
物質として用いることにより、より充放電サイクル特性
の優れた、かつ高い放電電圧、高容量で安全性の高い非
水二次電池を得ることができる。本発明において、特に
優れた効果を得ることができるのは、Snを含有し且つ
Snの価数が2価で存在する化合物を負極活物質として
用いることである。Snの価数は化学滴定操作によって
求めることができる。例えばPhysics and Chemistry of
Glasses Vol.8 No.4 (1967)の165頁に記載の方法で
分析することができる。また、Snの固体核磁気共鳴
(NMR)測定によるナイトシフトから決定することも
可能である。例えば、幅広測定において金属Sn(0価
のSn)はSn(CH34に対して7000ppm付近
と極端に低磁場にピークが出現するのに対し、SnO
(=2価)では100ppm付近、SnO2 (=4価)
では−600ppm付近に出現する。このように同じ配
位子を有する場合ナイトシフトが中心金属であるSnの
価数に大きく依存するので、 119Sn−NMR測定で求
められたピーク位置で価数の決定が可能となる。
【0030】本発明の負極活物質に各種化合物を含ませ
ることができる。例えば、Ia族元素(Li、Na、
K、Rb、Cs)、遷移金属(Sc、Ti、V、Cr、
Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、N
b、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、ラン
タノイド系金属、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、
Pt、Au、Hg)や周期表IIa族元素(Be、M
g、Ca、Sr、Ba)VIIb族元素(F、Cl、B
r、I)を含ませることができる。また電子伝導性をあ
げる各種化合物(例えば、Sb、In、Nbの化合物)
のドーパントを含んでもよい。添加する化合物の量は0
〜20モル%が好ましい。
【0031】本発明における一般式(1)〜(5)で示
される酸化物を主体とする複合酸化物の合成法は焼成
法、溶液法いずれの方法も採用することができる。例え
ば焼成法について詳細に説明するとM1化合物とM2化合
物(M1、M2は相異なりSi、Ge、Sn、Pb、P、
B、Al、As、Sb)を混合し、焼成せしめればよ
い。Sn化合物としてはたとえばSnO、SnO2、Sn2
3、Sn34、Sn713・H2O、Sn815、水酸化第
一錫、オキシ水酸化第二錫、亜錫酸、蓚酸第一錫、燐酸
第一錫、オルト錫酸、メタ錫酸、パラ錫酸、弗化第一
錫、弗化第二錫、塩化第一錫、塩化第二錫、臭化第一
錫、臭化第二錫、沃化第一錫、沃化第二錫、セレン化
錫、テルル化錫、ピロリン酸第一錫、リン化錫、硫化第
一錫、硫化第二錫、等を挙げることができる。
【0032】Si化合物としてはたとえばSiO2、S
iO、四塩化珪素、四臭化珪素、トリクロロメチルシラ
ン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン
等のハロゲン化有機珪素化合物、テトラメチルシラン、
テトラエチルシラン等の有機珪素化合物、テトラメトキ
シシラン、テトラエトキシシラン等のアルコキシシラン
化合物、トリクロロハイドロシラン等のハイドロシラン
化合物を挙げることができる。Ge化合物としてはたと
えばGeO2、GeO、四塩化ゲルマニウム、四臭化ゲ
ルマニウム、ゲルマニウムテトラメトキシド、ゲルマニ
ウムテトラエトキシド等のアルコキシゲルマニウム化合
物等を挙げることができる。Pb化合物としてはたとえ
ばPbO2、PbO、Pb23、Pb34、PbCl2
塩素酸鉛、過塩素酸鉛、硝酸鉛、炭酸鉛、蟻酸鉛、酢酸
鉛、四酢酸鉛、酒石酸鉛、鉛ジエトキシド、鉛ジ(イソ
プロポキシド)等を挙げることができる。
【0033】P化合物としてはたとえば五酸化リン、オ
キシ塩化リン、五塩化リン、三塩化リン、三臭化リン、
トリメチルリン酸、トリエチルリン酸、トリプロピルリ
ン酸、ピロリン酸第一錫、リン酸ホウ素等を挙げること
ができる。B化合物としてはたとえば三二酸化ホウ素、
三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、炭化ホウ素、ほう酸、ほ
う酸トリメチル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリプロピ
ル、ほう酸トリブチル、リン化ホウ素、リン酸ホウ素等
を挙げることができる。Al化合物としてはたとえば酸
化アルミニウム(α−アルミナ、β−アルミナ)、ケイ
酸アルミニウム、アルミニウムトリ−iso−プロポキ
シド、亜テルル酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ホ
ウ化アルミニウム、リン化アルミニウム、リン酸アルミ
ニウム、乳酸アルミニウム、ほう酸アルミニウム、硫化
アルミニウム、硫酸アルミニウム、ホウ化アルミニウム
等を挙げることができる。Sb化合物としてはたとえば
三臭化アンチモン、三塩化アンチモン、三酸化二アンチ
モン、トリフェニルアンチモン等を挙げることができ
る。
【0034】焼成条件としては、昇温速度として昇温速
度毎分4℃以上2000℃以下であることが好ましく、
さらに好ましくは6℃以上2000℃以下である。とく
に好ましくは10℃以上2000℃以下であり、かつ焼
成温度としては250℃以上1500℃以下であること
が好ましく、さらに好ましくは350℃以上1500℃
以下であり、とくに好ましくは500℃以上1500℃
以下であり、かつ焼成時間としては0.01時間以上1
00時間以下であることが好ましく、さらに好ましくは
0.5時間以上70時間以下であり、とくに好ましくは
1時間以上20時間以下であり、かつ降温速度としては
毎分2℃以上107 ℃以下であることが好ましく、さら
に好ましくは4℃以上107 ℃以下であり、とくに好ま
しくは6℃以上107 ℃以下であり、特に好ましくは1
0℃以上107 ℃以下である。本発明における昇温速度
とは「焼成温度(℃表示)の50%」から「焼成温度
(℃表示)の80%」に達するまでの温度上昇の平均速
度であり、本発明における降温速度とは「焼成温度(℃
表示)の80%」から「焼成温度(℃表示)の50%」
に達するまでの温度降下の平均速度である。
【0035】降温は焼成炉中で冷却してもよくまた焼成
炉外に取り出して、例えば水中に投入して冷却してもよ
い。またセラミックスプロセッシング(技報堂出版 1
987)217頁記載のgun法・Hammer−An
vil法・slap法・ガスアトマイズ法・プラズマス
プレー法・遠心急冷法・melt drag法などの超
急冷法を用いることもできる。またニューガラスハンド
ブック(丸善 1991)172頁記載の単ローラー
法、双ローラ法を用いて冷却してもよい。焼成中に溶融
する材料の場合には、焼成中に原料を供給しつつ焼成物
を連続的に取り出してもよい。焼成中に溶融する材料の
場合には融液を撹拌することが好ましい。焼成ガス雰囲
気は好ましくは酸素含有率が5体積%以下の雰囲気であ
り、さらに好ましくは不活性ガス雰囲気である。不活性
ガスとしては例えば窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプ
トン、キセノン等が挙げられる。
【0036】本発明に用いる一般式(1)〜(5)で示
される化合物の平均粒子サイズは0.1〜60μmが好
ましい。 所定の粒子サイズにするには、良く知られた
粉砕機や分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミ
ル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊
星ボールミル、旋回気流型ジェットミルや篩などが用い
られる。粉砕時には水、あるいはメタノール等の有機溶
媒を共存させた湿式粉砕も必要に応じて行うことが出来
る。所望の粒径とするためには分級を行うことが好まし
い。分級方法としては特に限定はなく、篩、風力分級機
などを必要に応じて用いることができる。分級は乾式、
湿式ともに用いることができる。
【0037】本発明で用いられる正極活物質は可逆的に
リチウムイオンを挿入・放出できる遷移金属酸化物でも
良いが、特にリチウム含有遷移金属酸化物が好ましい。
本発明で用いられる好ましいリチウム含有遷移金属酸化
物正極活物質としては、リチウム含有Ti、V、Cr、
Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Wを含む酸化物
があげられる。またリチウム以外のアルカリ金属(周期
律表の第IA、第IIAの元素)、及びまたはAl、G
a、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、
Bなどを混合してもよい。混合量は遷移金属に対して0
〜30モル%が好ましい。
【0038】本発明で用いられるより好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極活物質としては、リチウム化合
物/遷移金属化合物(ここで遷移金属とは、Ti、V、
Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Wから選ばれる
少なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜2.2にな
るように混合して合成することが好ましい。本発明で用
いられるとくに好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正
極活物質としては、リチウム化合物/遷移金属化合物
(ここで遷移金属とは、V、Cr、Mn、Fe、Co、
Niから選ばれる少なくとも1種)の合計のモル比が
0.3〜2.2になるように混合して合成することが好
ましい。本発明で用いられるとくに好ましいリチウム含
有遷移金属酸化物正極活物質とは、Lix QOy (ここ
でQは主として、その少なくとも一種がCo、Mn、N
i、V、Feを含む遷移金属、x=0.2〜1.2、y
=1.4〜3)であることが好ましい。Qとしては遷移
金属以外にAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、S
b、Bi、Si、P、Bなどを混合してもよい。混合量
は遷移金属に対して0〜30モル%が好ましい。
【0039】本発明で用いられるさらに好ましいリチウ
ム含有金属酸化物正極活物質としては、LixCoO2
LixNiO2、LixMnO2、LixCoaNi1-a2
LixCob1-b2 、LixCobFe1-b2、Lix
24、LixMncCo2-c4、LixMncNi
2-c4、LixMnc2-cz、LixMncFe2-c4
LixMn24とMnO2の混合物、Li2xMnO3とM
nO2の混合物、LixMn24、Li2xMnO3とMn
2の混合物(ここでx=0.2〜1.2、a=0.1
〜0.9、b=0.8〜0.98、c=1.6〜1.9
6、z=2.01〜5)をあげられる。本発明で用いら
れるさらに好ましいリチウム含有金属酸化物正極活物質
としては、LixCoO2、LixNiO2、LixMn
2、LixCoaNi1-a2、LixCob1-bz 、L
xCobFe1-b2、LixMn24、LixMncCo
2-c4、LixMncNi2-c4、LixMnc2-c4
LixMncFe2-c4(ここでx=0.7〜1.2、a
=0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、c=1.6
〜1.96、z=2.01〜2.3)があげられる。
【0040】本発明で用いられる最も好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極活物質としては、LixCo
2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoaNi1-a
2、LixMn24、LixCob1-bz(ここでx=
0.7〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.9〜
0.98、z=2.01〜2.3)があげられる。本発
明で用いられる最も好ましいリチウム含有遷移金属酸化
物正極活物質としては、LixCoO2、LixNiO2
LixMnO2、LixCoaNi1-a2、LixMn
24、LixCob1-bz(ここでx=0.7〜1.
2、a=0.1〜0.9、b=0.9〜0.98、z=
2.02〜2.3)があげられる。ここで、上記のx値
は、充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
【0041】正極活物質は、リチウム化合物と遷移金属
化合物を混合、焼成する方法や溶液反応により合成する
ことができるが、特に焼成法が好ましい。本発明で用い
られる焼成温度は、本発明で用いられる混合された化合
物の一部が分解、溶融する温度であればよく、例えば2
50〜2000℃が好ましく、特に350〜1500℃
が好ましい。焼成に際しては250〜900℃で仮焼す
る事が好ましい。焼成時間としては1〜72時間が好ま
しく、更に好ましくは2〜20時間である。また、原料
の混合法は乾式でも湿式でもよい。また、焼成後に20
0℃〜900℃でアニールしてもよい。焼成ガス雰囲気
は特に限定されず酸化雰囲気、還元雰囲気いずれもとる
ことができる。たとえば空気中、あるいは酸素濃度を任
意の割合に調製したガス、あるいは水素、一酸化炭素、
窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、二
酸化炭素等が挙げられる。
【0042】本発明の正極活物質の合成に際し、遷移金
属酸化物に化学的にリチウムイオンを挿入する方法とし
ては、リチウム金属、リチウム合金やブチルリチウムと
遷移金属酸化物と反応させることにより合成する方法が
好ましい。本発明で用いる正極活物質の平均粒子サイズ
は特に限定されないが、0.1〜50μmが好ましい。
比表面積としては特に限定されないが、BET法で0.
01〜50m2 /gが好ましい。また正極活物質5gを
蒸留水100mlに溶かした時の上澄み液のpHとして
は7以上12以下が好ましい。所定の粒子サイズにする
には、良く知られた粉砕機や分級機が用いられる。例え
ば、乳鉢、ボールミル、振動ボールミル、振動ミル、衛
星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェットミ
ルや篩などが用いられる。焼成によって得られた正極活
物質は水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、有機溶剤に
て洗浄した後使用してもよい。
【0043】本発明に用いられる負極活物質と正極活物
質との組み合わせは、好ましくは一般式(1)で示され
る化合物とLixCoO2、LixNiO2、LixCoa
1-a2、LixMnO2、LixMn24、またはLix
Cob1-bz(ここでx=0.7〜1.2、a=0.
1〜0.9、b=0.9〜0.98、z=2.02〜
2.3)の組み合わせであり、さらに好ましくは一般式
(3)に示される化合物とLixCoO2、LixNi
2、LixCoaNi1-a2、LixMnO2、LixMn
24、またはLixCob1-bz(ここでx=0.7〜
1.2、a=0.1〜0.9、b=0.9〜0.98、
z=2.02〜2.3)の組み合わせである。さらに好
ましくは一般式(4)に示される化合物とLixCo
2、LixNiO2、LixCoaNi1-a2、LixMn
2、LixMn24、またはLixCob1-bz(ここ
でx=0.7〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.
9〜0.98、z=2.02〜2.3)の組み合わせで
ある。このような組み合わせにおいて、高い放電電圧、
高容量で充放電サイクル特性の優れた非水二次電池を得
ることができる。
【0044】本発明で用いる一般式(1)〜(5)で示
される化合物へのリチウム挿入の当量は3〜10当量に
なっており、この当量に合わせて正極活物質との使用量
比率を決める。この当量に基づいた使用量比率に、0.
5〜2倍の係数をかけて用いることが好ましい。リチウ
ム供給源が正極活物質以外では(例えば、リチウム金属
や合金、ブチルリチウムなど)、負極活物質のリチウム
放出当量に合わせて正極活物質の使用量を決める。この
ときも、この当量に基づいた使用量比率に、0.5〜2
倍の係数をかけて用いることが好ましい。
【0045】本発明に併せて用いることができる負極活
物質としては、リチウム金属、リチウム合金(Al、A
l−Mn、Al−Mg、Al−Sn、Al−In、Al
−Cdなどやリチウムイオンまたはリチウム金属を吸蔵
・放出できる焼成炭素質化合物があげられる。上記リチ
ウム金属やリチウム合金の併用目的は、本発明で用いる
一般式(1)〜(5)で示される酸化物を主体とする複
合酸化物にリチウムを電池内で挿入させるためのもので
あり、電池反応として、リチウム金属などの溶解・析出
反応を利用するものではない。
【0046】電極合剤には、導電剤や結着剤やフィラー
などを添加することができる。導電剤は、構成された電
池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であ
れば何でもよい。通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒
鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カ−ボンブラック、ア
セチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金
属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀など)粉、金属繊
維あるいはポリフェニレン誘導体などの導電性材料を1
種またはこれらの混合物として含ませることができる。
黒鉛とアセチレンブラックの併用がとくに好ましい。そ
の添加量は、1〜50重量%が好ましく、特に2〜30
重量%が好ましい。カーボンや黒鉛では、2〜15重量
%が特に好ましい。
【0047】結着剤には、通常、でんぷん、ポリビニル
アルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセル
ロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、
テトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエ
ンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、ス
チレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、
ポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂、ゴ
ム弾性を有するポリマーなどが1種またはこれらの混合
物として用いられる。また、多糖類のようにリチウムと
反応するような官能基を含む化合物を用いるときは、例
えば、イソシアネート基のような化合物を添加してその
官能基を失活させることが好ましい。その結着剤の添加
量は、1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%
が好ましい。フィラーは、構成された電池において、化
学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いるこ
とができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなど
のオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用
いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、0
〜30重量%が好ましい。
【0048】電解質としては、有機溶媒として、プロピ
レンカ−ボネ−ト、エチレンカ−ボネ−ト、ブチレンカ
ーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネ
ート、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタ
ン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、
ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、
アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチ
ル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸
トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導
体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、
プロピレンカ−ボネ−ト誘導体、テトラヒドロフラン誘
導体、ジエチルエ−テル、1,3−プロパンサルトンな
どの非プロトン性有機溶媒の少なくとも1種以上を混合
した溶媒とその溶媒に溶けるリチウム塩、例えば、Li
ClO4、LiBF6、LiPF6、LiCF3SO3、L
iCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiB10
10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiAlC
4、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチ
ウム、四フェニルホウ酸リチウムなどの1種以上の塩か
ら構成されている。なかでも、プロピレンカ−ボネ−ト
あるいはエチレンカボートと1,2−ジメトキシエタン
および/あるいはジエチルカーボネートの混合液にLi
CF3SO3、LiClO4、LiBF4および/あるいは
LiPF6を含む電解質が好ましい。これら電解質を電
池内に添加する量は、特に限定されないが、正極活物質
や負極活物質の量や電池のサイズによって必要量用いる
ことができる。支持電解質の濃度は、電解液1リットル
当たり0.2〜3モルが好ましい。
【0049】また、電解液の他に次の様な固体電解質も
用いることができる。固体電解質としては、無機固体電
解質と有機固体電解質に分けられる。無機固体電解質に
は、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく
知られている。なかでも、Li3N、LiI、Li5NI
2、Li3N−LiI−LiOH、LiSiO4、LiS
iO4−LiI−LiOH、xLi3PO4−(1−x)
Li4SiO4、Li2SiS3、硫化リン化合物などが有
効である。有機固体電解質では、ポリエチレンオキサイ
ド誘導体か該誘導体を含むポリマ−(特開昭63−13
5,447)、ポリプロピレンオキサイド誘導体か該誘
導体を含むポリマ−、イオン解離基を含むポリマ−(特
開昭62−254,302、同62−254,303、
同63−193,954)、イオン解離基を含むポリマ
−と上記非プロトン性電解液の混合物(米国特許第4,
792,504、同4,830,939、特開昭62−
22,375、同62−22,376、特開平1−9
5,117)、リン酸エステルポリマ−(特開昭61−
256,573)が有効である。さらに、ポリアクリロ
ニトリルを電解液に添加する方法もある(特開昭62−
278,774)。また、無機と有機固体電解質を併用
する方法(特開昭60−1,768)も知られている。
【0050】セパレ−タ−としては、大きなイオン透過
度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜が用
いられる。耐有機溶剤性と疎水性からポリプレピレンな
どのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊維あるいは
ポリエチレンなどからつくられたシートや不織布が用い
られる。セパレーターの孔径は、一般に電池用として用
いられる範囲が用いられる。例えば、0.01〜10μ
mが用いられる。セパレターの厚みは、一般に電池用の
範囲で用いられる。例えば、5〜300μmが用いられ
る。
【0051】また、放電や充放電特性を改良する目的
で、以下で示す化合物を電解質に添加することが知られ
ている。例えば、ピリジン(特開昭49−108,52
5)、トリエチルフォスファイト(特開昭47−4,3
76)、トリエタノ−ルアミン(特開昭52−72,4
25)、環状エ−テル(特開昭57−152,68
4)、エチレンジアミン(特開昭58−87,77
7)、n−グライム(特開昭58−87,778)、ヘ
キサリン酸トリアミド(特開昭58−87,779)、
ニトロベンゼン誘導体(特開昭58−214,28
1)、硫黄(特開昭59−8,280)、キノンイミン
染料(特開昭59−68,184)、N−置換オキサゾ
リジノンとN,N’−置換イミダゾリジノン(特開昭5
9−154,778)、エチレングリコ−ルジアルキル
エ−テル(特開昭59−205,167)、四級アンモ
ニウム塩(特開昭60−30,065)、ポリエチレン
グリコ−ル(特開昭60−41,773)、ピロ−ル
(特開昭60−79,677)、2−メトキシエタノ−
ル(特開昭60−89,075)、AlCl3(特開昭
61−88,466)、導電性ポリマ−電極活物質のモ
ノマ−(特開昭61−161,673)、トリエチレン
ホスホルアミド(特開昭61−208,758)、トリ
アルキルホスフィン(特開昭62−80,976)、モ
ルフォリン(特開昭62−80,977)、カルボニル
基を持つアリ−ル化合物(特開昭62−86,67
3)、ヘキサメチルホスホリックトリアミドと4−アル
キルモルフォリン(特開昭62−217,575)、二
環性の三級アミン(特開昭62−217,578)、オ
イル(特開昭62−287,580)、四級ホスホニウ
ム塩(特開昭63−121,268)、三級スルホニウ
ム塩(特開昭63−121,269)などが挙げられ
る。
【0052】また、電解液を不燃性にするために含ハロ
ゲン溶媒、例えば、四塩化炭素、三弗化塩化エチレンを
電解液に含ませることができる。(特開昭48−36,
632) また、高温保存に適性をもたせるために電解
液に炭酸ガスを含ませることができる。(特開昭59−
134,567)また、正極や負極の合剤には電解液あ
るいは電解質を含ませることができる。例えば、前記イ
オン導電性ポリマ−やニトロメタン(特開昭48−3
6,633)、電解液(特開昭57−124,870)
を含ませる方法が知られている。また、正極活物質の表
面を改質することができる。例えば、金属酸化物の表面
をエステル化剤により処理(特開昭55−163,77
9)したり、キレ−ト化剤で処理(特開昭55−16
3,780)、導電性高分子(特開昭58−163,1
88、同59−14,274)、ポリエチレンオキサイ
ドなど(特開昭60−97,561)により処理するこ
とが挙げられる。また、負極活物質の表面を改質するこ
ともできる。例えば、イオン導電性ポリマ−やポリアセ
チレン層を設ける(特開昭58−111,276)、あ
るいはLiCl(特開昭58−142,771)などに
より処理することが挙げられる。
【0053】電極活物質の集電体としては、構成された
電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば
何でもよい。例えば、正極には、材料としてステンレス
鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素などの
他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、
ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、負極に
は、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、
アルミニウム、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼
の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理
させたもの)、Al−Cd合金などが用いられる。これ
らの材料の表面を酸化することも用いられる。形状は、
フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチされ
たもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体な
どが用いられる。厚みは、特に限定されないが、1〜5
00μmのものが用いられる。
【0054】電池の形状はコイン、ボタン、シ−ト、シ
リンダ−、角などいずれにも適用できる。電池の形状が
コインやボタンのときは、正極活物質や負極活物質の合
剤はペレットの形状に圧縮されて主に用いられる。その
ペレットの厚みや直径は電池の大きさにより決められ
る。また、電池の形状がシ−ト、シリンダ−、角のと
き、正極活物質や負極活物質の合剤は、集電体の上にコ
ート、乾燥、圧縮されて、主に用いられる。そのコート
厚み、長さや巾は、電池の大きさにより決められるが、
コートの厚みは、ドライ後の圧縮された状態で、1〜2
000μmが特に好ましい。
【0055】本発明の非水二次電池の用途には、特に限
定されないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カラ
ーノートパソコン、白黒ノートパソコン、ペン入力パソ
コン、ポケット(パームトップ)パソコン、ノート型ワ
ープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携
帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディ
ーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリ
ンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶
テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニ
ディスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動車電話、
トランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、メモリー
カード、テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電
源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用と
して、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、
ゲーム機器、ロードコンディショナー、アイロン、時
計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補
聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種軍
需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電
池と組み合わせることもできる。
【0056】
【実施例】以下に具体例をあげ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施
例に限定されるものではない。
【0057】合成例−1 一酸化錫13.5g、二酸化珪素6.0gを乾式混合
し、アルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下15℃
/分で1000℃まで昇温した。1000℃で12時間
焼成した後、10℃/分で室温にまで降温し、焼成炉よ
り取り出して、SnSiO3を得た。該化合物を粗粉砕
し、さらにジェットミルで粉砕し、平均粒径4.5μm
のSnSiO3を得た。(化合物1−A)この化合物1
−Aは、図1に示すように、CuKα線を用いたX線回
折法において2θ値で28°付近に頂点を有するブロー
ドなピークを有する物であり、2θ値で40°以上70
°以下には結晶性の回折線は見られなかった。同様の方
法で、それぞれ化学量論量の原料を混合、焼成、粉砕し
以下に示す化合物を合成した。また、それら化合物はC
uKα線を用いたX線回折法において2θ値で20°か
ら40°に頂点を有するブロードな散乱帯を有する物で
あった。また、2θ値で20°以上40°以下に見られ
るブロードな散乱帯の頂点の回折線強度をA、2θ値で
40°以上70°以下に結晶性の回折線が見られる場
合、その内最も強い強度をB(結晶性の回折線が無い場
合B=0)としたとき、B/Aの値を化合物番号ととも
に示す。
【0058】SnGeO3(化合物1−B、B/A=
0)、SnSi0.80.10.13(化合物1−C、B/
A=0)、SnSi0.9Ge0.13(化合物1−D、B
/A=0)、SnSi0.9Pb0.13(化合物1−E、
B/A=0)、SnSi0.5Ge0.53(化合物1−
F、B/A=0)、SnSi0.5Pb0.53(化合物1
−G、B/A=0.3)、SnGe0.9Pb0.13(化
合物1−H、B/A=0)、SnSi0.82.4(化合物
1−I、B/A=0.1)、SnSi1.23.4(化合物
1−J、B/A=0)、SnSi1.54(化合物1−
K、B/A=0)、PbSiO3(化合物1−L、B/
A=0)、PbGeO3(化合物1−M、B/A=
0)、PbSi0.9Ge0.13(化合物1−N、B/A
=0)、SnPO3.5(化合物1−O、B/A=0)、
SnBO2.5(化合物1−P、B/A=0)、SnSi
0.92.8(化合物1−Q、B/A=0)を得た。
【0059】合成例−2 一酸化錫1.35g、二酸化珪素0.6gを乾式混合
し、アルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下15℃
/分で1000℃まで昇温した。1000℃で10時間
焼成した後、アルゴン雰囲気下ステンレスホイ−ル上に
流し出し急冷した。該化合物を粗粉砕し、さらに振動ミ
ルで粉砕し、平均粒径3.5μmのSnSiO3を得
た。(化合物2−A)また、X線回折においてB/A=
9.5であった。
【0060】合成例−3 二酸化錫15.1g、二酸化珪素0.6gを乾式混合
し、アルミナ製るつぼに入れ、空気中、1200℃で1
0時間焼成した。焼成後室温にまで冷却し、焼成炉より
取り出して、SnSi0.12.2を得た。該化合物をジェ
ットミルで粉砕し、平均粒径4μmのSnSi0.12.2
を得た。(化合物3−A)また、X線回折においてB/
A=0であった。同様の方法で、それぞれ化学量論量の
原料を混合、焼成、粉砕し、それぞれSnSi0.32.6
(化合物3−B、B/A=2.4)、SnGe0.12.2
(化合物3−C、B/A=7.4)、SnGe0.32.6
(化合物3−D、B/A=4.7)、SnPb0.12.2
(化合物3−E、B/A=7.5)、SnPb0.12.6
(化合物3−F、B/A=16.5)、SnSi0.1
0.12.4(化合物3−G、B/A=9.5)、SnS
0.1Pb0.12.4(化合物3−H、B/A=29.
1)、SnSi0.012.02(化合物3−I、B/A=
7.1)、SnSi1.55(化合物3−J、B/A=
0)、SnSi26(化合物3−K、B/A=0)、P
bSi0.12.2(化合物3−L、B/A=5.3)、P
bGe0.32.6(化合物3−M、B/A=2.3)、G
eSi0.12.2(化合物3−N、B/A=0)、GeS
0.32.6(化合物3−O、B/A=0)、SnP0.3
2.75(化合物3−P、B/A=1.4)、SnB0.3
2.45(化合物3−Q、B/A=6.4)を得た。
【0061】合成例−4 一酸化錫13.5g、二酸化珪素4.8g、五酸化二り
ん1.42gを露点−50℃の乾燥空気中にて秤量し、
次にこの乾燥空気中にてボールミルにて乾式混合した。
次にアルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下10℃
/分で1100℃まで昇温した。1100℃で10時間
焼成したのち、8.3℃/分で室温にまで冷却し、ガラ
ス状化合物を得た。該化合物をジェットミルで粉砕し、
さらに風力分級を行って平均粒径4μmの化合物4−A
を得た。また、X線回折においてB/A=0であった。
同様の方法で、それぞれ化学量論量の原料を混合、焼
成、粉砕した。但しAl原料としてはAl23を、Sb
原料としてはSb23を用いた。それぞれSnSi0.9
0.13.05(化合物4−B、B/A=0)、SnSi
0.70.33.15(化合物4−C、B/A=0)、SnS
0.50.53.25(化合物4−D、B/A=0)、Sn
Si0.20.83.4(化合物4−E、B/A=0)、S
nSi0.80.1Sb0.13(化合物4−F、B/A=
0.5)を得た。
【0062】合成例−5 一酸化錫10.78g、二酸化珪素3.6g、ピロリン
酸第一錫4.11g、二酸化ゲルマニウム2.1gをボ
ールミルにて乾式混合した。次にアルミナ製るつぼに入
れ、アルゴン雰囲気下10℃/分で1100℃まで昇温
した。1100℃で10時間焼成したのち、アルゴン雰
囲気下で水中に焼成物を投入し急冷し、ガラス状化合物
を得た。該化合物をボールミルを用いて水を媒体として
湿式粉砕した。つぎに粉体を水に分散したまま、25μ
mのふるいを通し粗大粒子を取り除いた。デカンデーシ
ョンによって水をのぞいた後、150℃で1時間乾燥し
た。平均粒径3.1μm化合物5−Aを得た。また、X
線回折においてB/A=0であった。
【0063】同様の方法で、それぞれ化学量論量の原料
を混合、焼成、粉砕した。但しAl原料としてはAl2
3を用いた。それぞれ SnSi0.7Ge0.10.2
3.1(化合物5−B、B/A=0)、SnSi0.6Ge
0.40.13.25(化合物5−C、B/A=0)、SnS
0.2Ge0.10.73.35(化合物5−D、B/A=
0)、SnSi0.80.1Al0.13(化合物5−E、B
/A=0)、SnSi0.80.2Al0.13.25(化合物
5−F、B/A=0)、SnSi0.60.1Al0.32.9
(化合物5−G、B/A=0)、SnSi0.60.3Al
0.13.1(化合物5−H、B/A=0)、SnSi0.3
0.7Al0.13.5(化合物5−I、B/A=1.
5)、SnSi0.80.23.1(化合物5−J、B/A
=0)、SnSi0.60.4Al0.23.5(化合物5−
K、B/A=0)、SnSi0.10.9Al0.13.6(化
合物5−L,B/A=0)、SnSi0.8Al0.20.2
3.4(化合物5−M、B/A=0)、SnSi0.7Al
0.20.33.45(化合物5−N、B/A=0)、SnS
0.4Al0.20.63.6(化合物5−O、B/A=
0)、SnPAl0.13.65(化合物5−P、B/A=
0)を得た。
【0064】実施例−1 合剤の調整法として、負極材料では、合成例−1で合成
した化合物1−Aを82重量%、導電剤として鱗片状黒
鉛を8重量%、アセチレンブラックを4重量%、結着剤
として、ポリ弗化ビニリデンを6重量%の混合比で混合
した合剤を圧縮成形させたペレット(13mmΦ、22
mg)をドライボックス(露点−40〜−70℃、乾燥
空気)中で遠赤外線ヒーター(150℃ 3時間)にて
乾燥後用いた。正極材料では、正極活物質LiCoO2
を82重量%、導電剤として鱗片状黒鉛を8重量%、ア
セチレンブラックを4重量%、結着剤として、テトラフ
ルオロエチレンを6重量%の混合比で混合した合剤を圧
縮成形させた正極ペレット(13mmΦ、化合物A−1
のリチウム挿入容量に合わせた。LiCoO2の充電容
量は170mAh/gとした。)を上記と同じドライボ
ックス中で遠赤外線ヒーター(150℃3時間)にて乾
燥後用いた。
【0065】集電体には、正・負極缶ともに80μm厚
のSUS316のネットをコイン缶に溶接して用いた。
電解質として1mol/リットルLiPF6(エチレン
カーボネート、ブチレンカーボネートとジメチルカーボ
ネートの2:2:6容量混合液)を200μl用い、更
に、セパレーターとして微孔性のポリプロピレンシート
とポリプロピレン不織布を用いて、その電解液を不織布
に含浸させて用いた。そして、図2の様なコイン型非水
二次電池を上記と同じドライボックス中で作製した。図
2のコイン型電池において、1は負極封口板、2は負極
合剤ペレット、3はセパレーター、4は正極合剤ペレッ
ト、5は集電体、6は正極ケース、7はガスケットであ
る。
【0066】この非水二次電池を0.75mA/cm2
の定電流密度にて、4.3〜2.7Vの範囲で充放電試
験を行なった。(試験はすべて充電からはじめた。)そ
の結果を表1に示した。尚、表1に示す略号は、(a)
本発明の負極活物質、(b)第1回目放電容量(負極活
物質1g当りmAh)、(c)放電平均電圧(V)、
(d)充放電サイクル性(第一回目の放電容量の60%
の容量になるサイクル数)をそれぞれ示す。合成例−1
で合成した化合物1−B〜1−Qについても同様の方法
でコイン型非水二次電池を作製し、充放電試験をおこな
った。その結果を表1に示した。この結果から本発明に
用いられる負極活物質は充放電サイクル性に優れ、かつ
高い放電電圧、高容量の非水二次電池を与えることが分
かる。
【0067】
【表1】
【0068】実施例−2 実施例−1において、負極活物質1−Aのかわりに合成
例−2で合成した化合物2−Aを用いる以外は実施例−
1と同じ方法でコイン型非水二次電池を作製し、充放電
試験をおこなった。その結果を表2に示した。尚、表2
に示す略号は(a)、(b)、(c)、(d)ともに実
施例−1と同じである。この結果から本発明に用いられ
る急冷して得られた負極活物質はさらに充放電サイクル
性に優れ、かつ高い放電電圧、高容量の非水二次電池を
与えることが分かる。
【0069】
【表2】
【0070】実施例−3 実施例−1において、負極活物質1−Aのかわりに合成
例−3で合成した化合物3−Aを用いる以外は実施例−
1と同じ方法でコイン型非水二次電池を作製し、充放電
試験をおこなった。その結果を表3に示した。尚、表3
に示す略号は(a)、(b)、(c)、(d)ともに実
施例−1と同じである。合成例−3で合成した化合物3
−B〜3−Qについても同様の方法でコイン型非水二次
電池を作製し、充放電試験をおこなった。その結果を表
3に示した。この結果から本発明に用いられる負極活物
質は、充放電サイクル性に優れ、かつ高い放電電圧、よ
り高容量の非水二次電池を与えることが分かる。
【0071】
【表3】
【0072】比較例−1 実施例−1において、負極活物質1−AのかわりにSn
2(CuKα線を用いたX線回折法において、非晶質
性を示すブロードな散乱帯は見られなかった)を用いる
以外は実施例−1と同じ方法でコイン型非水二次電池を
作製し、充放電試験をおこなった。その結果を表4に示
した。負極活物質としてSnO(CuKα線を用いたX
線回折法において、非晶質性を示すブロードな散乱帯は
見られなかった)についても同様の方法でコイン型非水
二次電池を作製し、充放電試験をおこなった。その結果
を表4に示した。尚、表4に示す略号は(a)、
(b)、(c)、(d)ともに実施例−1と同じであ
る。この結果から本発明で用いられる錫複合酸化物を負
極活物質として用いた場合には、SnO2、SnOに比
べ特に充放電サイクル特性、容量に優れていることがわ
かる。
【0073】
【表4】
【0074】比較例−2 実施例−1において、負極活物質1−AのかわりにFe2
3を用いる以外は実施例−1と同じ方法でコイン型非
水二次電池を作製し、充放電試験をおこなった。その結
果を表5に示した。尚、表5に示す略号は(a)、
(b)、(c)、(d)ともに実施例−1と同じであ
る。負極活物質として非晶質V25、LiCoVO4
ついても同様の方法でコイン型非水二次電池を作製し、
充放電試験をおこなった。その結果を表5に示した。こ
の結果から本発明で用いられる錫複合酸化物を負極活物
質として用いた場合には、Fe23、非晶質V25、L
iCoVO4に比べ充放電サイクル特性、放電電圧、放
電容量全ての点で優れていることがわかる。
【0075】
【表5】
【0076】実施例−4 実施例−1において、正極活物質としてLiCoO2のか
わりにLiNiO2を用いる以外は実施例−1と同じ方法
でコイン型非水二次電池を作製し、充放電試験をおこな
った。その結果を表6に示した。尚、表6に示す略号は
(a)、(b)、(c)、(d)ともに実施例−1と同
じである。正極活物質としてLiCo0.95
0.052.07、LiMn24、LiMnO2についても同様
の方法でコイン型非水二次電池を作製し、充放電試験を
おこなった。その結果を表6に示した。この結果から、
いずれの正極活物質を用いても、充放電サイクル特性、
放電電圧、放電容量全ての点で優れていることがわか
る。
【0077】
【表6】
【0078】実施例−5 負極活物質として、合成例−1で合成した化合物1−A
を用いて、それを86重量%、鱗片状黒鉛6重量%、ア
セチレンブラック3重量%の割合で混合し、更に結着剤
としてスチレンーブタジエンゴムの水分散物を4重量%
およびカルボキシメチルセルロース1重量%を加え、水
を媒体として混練してスラリーを作製した。該スラリー
を厚さ18μmの銅箔の両面に、エクストルージョン法
により塗布し、乾燥後カレンダープレス機により圧縮成
型し、所定の幅、長さに切断して帯状の負極シートを作
製した。負極シートの厚みは124μmであった。正極
活物質として、LiCoO2を87重量%、鱗片状黒鉛
6重量%、アセチレンブラック3重量%、さらに結着剤
としてポリテトラフルオロエチレン水分散物3重量%と
ポリアクリル酸ナトリウム1重量%を加え、水を媒体と
して混練して得られたスラリーを厚さ20μmのアルミ
ニウム箔の両面に上記と同じ方法で塗布、乾燥、プレ
ス、切断した。そして、220μmの帯状正極シートを
作製した。図3に示すように、上記負極シートおよび正
極シートのそれぞれ端部にそれぞれニッケル、アルミニ
ウムのリード板をスポット溶接した後、露点ー40℃以
下の乾燥空気中で150℃2時間脱水乾燥した。図3
は、円筒型電池の断面図を示すものである。
【0079】さらに、脱水乾燥済み正極シート(8)、
微多孔性ポリプロピレンフィルムセパレーター(セルガ
ード2400)、脱水乾燥済み負極シート(9)および
セパレーター(10)の順で積層し、これを巻き込み機
で渦巻き状に巻回した。 この巻回体を負極端子を兼ね
る、ニッケルメッキを施した鉄製の有底円筒型電池缶
(11)に収納した。さらに、電解質として1mol/
リットル・LiPF6(エチレンカーボネート、ブチレ
ンカーボネートとジメチルカーボネートの2:2:6容
量混合液)を電池缶に注入した。正極端子を有する電池
蓋(12)をガスケット(13)を介してかしめて円筒
型電池を作製した。なお、正極端子(12)は正極シー
ト(8)と、電池缶(11)は負極シート(9)とあら
かじめリード端子により接続した。図2に円筒型電池の
断面を示した。なお、(14)は安全弁である。充放電
条件は、4.3〜2.7V、1mA/cm2とした。そ
の結果を、表7に示した。尚、表7に示す略号は
(b)、(c)、(d)ともに実施例−1と同じである。
(e)は単3電池1ml当たりの放電容量を示す。
【0080】
【表7】
【0081】実施例−6 合成例−1、合成例−4、合成例−5で合成した化合物
1−A〜1−Q、化合物4−A〜4−F、化合物5−A
〜5−Pのコイン型非水二次電池を実施例−1に従って
作製し、次の安全性テストを実施した。コイン型非水二
次電池各50個を5mA/cm2の条件で20サイクル
充放電を繰り返した後、電池を分解して負極ペレットを
60%RH空気中に取り出し、自然発火するかどうかの
テストを実施した。その結果、発火したコイン電池は0
個であった。
【0082】比較例−3 負極活物質として、Li−Al合金(80%−20%重
量比、15mmΦ、100mg)を用いて、実施例ー6
と同じ実験を実施した。その結果32個が発火した。こ
の結果から、本発明における非水二次電池は極めて安全
であることがわかる。
【0083】比較例−4 負極活物質として合成例1で合成したSnSiO3(化
合物1−A)を700℃で2時間加熱した後室温まで冷
却し結晶性のSnSiO3を得た。X線回折では非晶質
のピークは見られなかった。この結晶性SnSiO3
用いる以外は実施例−1と同じ方法でコイン型非水二次
電池を作製し、充放電試験をおこなった。その結果を表
8に示した。尚、表8に示す略号は(a)、(b)、
(c)、(d)ともに実施例−1と同じである。この結
果から本発明で用いられる非晶質錫複合酸化物を負極活
物質として用いた場合には、結晶質錫複合酸化物に比べ
特に充放電サイクル特性、容量に優れていることがわか
る。
【0084】
【表8】
【0085】実施例−7 実施例−1において、負極活物質1−Aのかわりに合成
例−4で合成した化合物4−Aを用いる以外は実施例−
1と同じ方法でコイン型非水二次電池を作製し、充放電
試験をおこなった。その結果を表9に示した。尚、表9
に示す略号は(a)、(b)、(c)、(d)ともに実
施例−1と同じである。合成例−4および合成例−5で
合成した化合物4−B〜4−F、5−A〜5−Pについ
ても同様の方法でコイン型非水二次電池を作製し、充放
電試験をおこなった。その結果を表9に示した。この結
果から本発明に用いられる負極活物質は、充放電サイク
ル性に優れ、かつ高い放電電圧、より高容量の非水二次
電池を与えることが分かる。また、Pを含有する化合物
の充放電サイクル性が、更に優れていることが分かる。
【0086】
【表9】
【0087】実施例−8 実施例−4において、負極活物質として、化合物1−A
の代わりに合成例−4で合成した化合物4−Aを用いる
以外は実施例−4と同じ方法で円筒型電池を作成し、充
放電試験を行った。尚、表10に示す略号は(a)、
(b)、(c)、(d)、(e)ともに実施例−1と同
じである。合成例−4および合成例−5で合成した化合
物4−B〜4−F、5−A〜5−Pについても同様の方
法でコイン型非水二次電池を作製し、充放電試験をおこ
なった。その結果を表10に示した。
【0088】
【表10】
【0089】
【発明の効果】本発明のように、正極活物質にリチウム
含有遷移金属酸化物、負極活物質として、少なくとも1
種の特定の複合酸化物を用いると高い放電作動電圧、大
きな放電容量と優れた充放電サイクル特性を与える安全
な非水二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】化合物1−AのX線回折図を示したものであ
る。
【図2】実施例に使用したコイン型電池の断面図を示し
たものである。
【図3】実施例に使用した円筒型電池の断面図を示した
ものである。
【符号の説明】 1 負極封口板 2 負極合剤ペレット 3 セパレーター 4 正極合剤ペレット 5 集電体 6 正極ケース 7 ガスケット 8 正極シート 9 負極シート 10 セパレーター 11 電池缶 12 電池蓋 13 ガスケット 14 安全弁

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質、負極活物質、リチウム塩を
    含む非水電解質から成る非水二次電池に関し、該負極活
    物質が主として周期表IIIb,IVb,Vb族原子か
    ら選ばれる二種以上の原子を含む、主として非晶質酸化
    物及び/または非晶質カルコゲン化合物からなることを
    特徴とする非水二次電池。
  2. 【請求項2】 該負極活物質が電池組み込み時に主とし
    て非晶質酸化物及び/または非晶質カルコゲン化合物で
    あることを特徴とする請求項1記載の非水二次電池。
  3. 【請求項3】 該負極活物質が一般式(1) M12 p4 q 一般式(1) (式中、M1、M2は相異なりSi、Ge、Sn、Pb、
    P、B、Al、As、Sbから選ばれる少なくとも一
    種、M4はO、S、Se、Teから選ばれる少なくとも
    一種、p=0.001〜10、q=1.00〜50の数
    字を表す。)で示される化合物を主体とすることを特徴
    とする請求項1又は請求項2記載の非水二次電池。
  4. 【請求項4】 該負極活物質の少なくとも1種が、一般
    式(2) SnM3 p5 q 一般式(2) (式中、M3はSi、Ge、Pb、P、B、Al、As
    から選ばれる少なくとも一種、M5 はO、Sから選ばれ
    る少なくとも一種、p=0.001〜10、q=1.0
    0〜50の数字を表す。)で示される化合物を主体とす
    ることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1
    項に記載の非水二次電池。
  5. 【請求項5】 該負極活物質の少なくとも一種が、一般
    式(3) SnM3 rs 一般式(3) (式中、M3は一般式(2)と同じ。r=0.01〜
    5.0、s=1.0〜26の数字を表す。)で示される
    酸化物を主体とする複合酸化物であることを特徴とする
    請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の非水二次
    電池。
  6. 【請求項6】 該負極活物質の少なくとも一種が、一般
    式(4) SnSitu6 vs 一般式(4) (式中、M6 はGe、B、Al、Pbから選ばれる少な
    くとも一種。t=0〜2.0、u=0.01〜4.0、
    v=0〜2.0、s=1.0〜26の数字を表す。)で
    示される酸化物を主体とする複合酸化物であることを特
    徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の
    非水二次電池。
  7. 【請求項7】 該負極活物質の少なくとも一種が、一般
    式(5) SnSituAlv7 ws 一般式(5) (式中、M7 はGe、B、Pbから選ばれる少なくとも
    一種。t=0〜2.0、u=0.01〜4.0、v=0
    〜2.0、w=0〜2.0、s=1.0〜26の数字を
    表す。)で示される酸化物を主体とする複合酸化物であ
    ることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1
    項に記載の非水二次電池。
  8. 【請求項8】 該負極活物質を昇温速度毎分4℃以上2
    000℃以下で昇温し、かつ250℃以上1500℃以
    下で0.01時間以上100時間以下焼成しかつ降温速
    度毎分2℃以上107℃以下で得ることを特徴とする請
    求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の非水二次電
    池。
  9. 【請求項9】 該負極活物質を昇温速度毎分10℃以上
    2000℃以下で昇温し、かつ250℃以上1500℃
    以下で0.01時間以上100時間以下焼成しかつ降温
    速度毎分2℃以上107℃以下で得ることを特徴とする
    請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の非水二次
    電池。
  10. 【請求項10】 該正極活物質は、リチウム含有遷移金
    属酸化物であることを特徴とする請求項1乃至請求項9
    のいずれか1項に記載の非水二次電池。
  11. 【請求項11】 該正極活物質の少なくとも1種が、L
    xQOy(式中、Qは、その少なくとも1種がCo、M
    n、Ni、V、Feを含む遷移金属、x=0.2〜1.
    2、y=1.4〜3)であることをを特徴とする請求項
    1乃至請求項10のいずれか1項に記載の非水二次電
    池。
  12. 【請求項12】 該正極活物質の少なくとも1種が、L
    xCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoa
    Ni1-a2、LixCob1-bz、LixCobFe1-b
    2、LixMn24、LixMncCo2-c4、Lix
    cNi2-c4、LixMnc2-c4、LixMncFe
    2-c4(式中、x=0.2〜1.2、a=0.1〜0.
    9、b=0.8〜0.98、c=1.6〜1.96、z
    =2.01から2.3)であることをを特徴とする請求
    項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の非水二次電
    池。
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