JPH07307165A - Lithium secondary battery - Google Patents
Lithium secondary batteryInfo
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- JPH07307165A JPH07307165A JP6097750A JP9775094A JPH07307165A JP H07307165 A JPH07307165 A JP H07307165A JP 6097750 A JP6097750 A JP 6097750A JP 9775094 A JP9775094 A JP 9775094A JP H07307165 A JPH07307165 A JP H07307165A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、初期充放電特性に優れ
たリチウムを吸蔵放出可能な正極と、初期充放電特性に
優れたリチウムを吸蔵放出可能な負極とを組み合わせた
高容量のリチウム二次電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-capacity lithium battery that combines a positive electrode capable of occluding / releasing lithium excellent in initial charge / discharge characteristics and a negative electrode capable of occluding / releasing lithium excellent in initial charge / discharge characteristics. Regarding the next battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】リチウムを吸蔵放出可能な正極と、リチ
ウムを吸蔵放出可能な負極と、非水電解質溶液とを備え
たリチウム二次電池は、コバルト酸リチウムを含む正極
と炭素材料を含む負極と非水電解質溶液を用いた電池構
成で既に実用化されている。このリチウム二次電池は、
充電時に正極中のリチウムが電解質溶液を介して負極中
に吸蔵され、放電時には負極中のリチウムが放出され電
解質溶液を介して正極中に吸蔵されるという電気化学的
な可逆反応を利用したものであり、これらの電極に要求
される特性としては、電極へのリチウムの吸蔵能力(容
量)および放出能力(容量)が大きいこと、吸蔵放出サ
イクルでの容量劣化が少ないことなどである。2. Description of the Related Art A lithium secondary battery provided with a positive electrode capable of occluding and releasing lithium, a negative electrode capable of occluding and releasing lithium, and a non-aqueous electrolyte solution comprises a positive electrode containing lithium cobalt oxide and a negative electrode containing a carbon material. It has already been put to practical use in a battery configuration using a non-aqueous electrolyte solution. This lithium secondary battery is
It utilizes an electrochemical reversible reaction in which lithium in the positive electrode is occluded in the negative electrode via the electrolyte solution during charging, and lithium in the negative electrode is released during storage and is occluded in the positive electrode via the electrolytic solution. The characteristics required for these electrodes are that the capacity (capacity) and capacity (capacity) of lithium to be stored in the electrode are large, and the capacity deterioration during the capacity storage / release cycle is small.
【0003】リチウムを吸蔵放出可能な電極材料を用い
た電池としては、α−NaCrO2の層状構造を有した
Lix My O2 (M=Co,Ni)の式を有するイオン
導電体で構成された電極を用いた電池(特公昭63−5
9507号公報)、正極として金属カルコゲン化合物や
有機高分子化合物等を炭素化した特定構造の炭素材料を
用い、負極として有機高分子化合物等を炭素化した特定
構造の炭素材料を用いた電池(特開昭62−12206
6号公報)、正極としてアルカリ金属と遷移金属にさら
にAl、In、Snなどが混入された複合酸化物を用
い、負極として特定構造の炭素質材料を用いた電池(特
開昭62−90863号公報)、正極としてLiCoO
2 またはLiNiO2 を用い、負極としてカーボンを用
いた電池(特開昭63−121260号公報)など多く
の提案がなされている。[0003] The battery using the capable of absorbing and desorbing lithium electrode material, Li x M y O 2 ( M = Co, Ni) having a layered structure of alpha-NaCrO 2 composed of ionic conductor having the formula Battery using the prepared electrode (Japanese Patent Publication No. 63-5)
9507), a battery using a carbon material having a specific structure obtained by carbonizing a metal chalcogen compound or an organic polymer compound as a positive electrode and a carbon material having a specific structure obtained by carbonizing an organic polymer compound as a negative electrode (special Kaisho 62-12206
No. 6), a battery using a composite oxide in which Al, In, Sn and the like are further mixed in an alkali metal and a transition metal as a positive electrode and a carbonaceous material having a specific structure as a negative electrode (JP-A-62-90863). Gazette), LiCoO as a positive electrode
Many proposals have been made such as a battery using 2 or LiNiO 2 and using carbon as a negative electrode (Japanese Patent Laid-Open No. 63-121260).
【0004】リチウム二次電池用の正極材料についてさ
らに詳しく説明する。六方晶系であるα−NaFeO2
型構造を有するコバルト酸リチウム(以下、コバルト酸
リチウムと略す)は、酸素イオン最密充填層の垂直方向
にリチウムイオンとコバルトイオンとが交互に層状に規
則配列した構造を有する化合物であり、その構造のため
層内のリチウムイオンの拡散が比較的容易であり、リチ
ウムイオンを電気化学的に脱離、挿入することが可能で
ある。これに対して、α−NaFeO2 型構造を有する
ニッケル酸リチウム(以下、ニッケル酸リチウムと略
す。)も、コバルト酸リチウムと同様の性質を有する物
質として知られており、原料コスト、資源的豊富さの面
で有利であるが、コバルト酸リチウムに比べて高性能な
ニッケル酸リチウムを安定的に合成することは難しいと
いう問題があった。The cathode material for lithium secondary batteries will be described in more detail. Hexagonal α-NaFeO 2
Lithium cobalt oxide having a type structure (hereinafter, abbreviated as lithium cobalt oxide) is a compound having a structure in which lithium ions and cobalt ions are alternately arranged in a layered pattern in the vertical direction of the oxygen ion closest packing layer. Due to the structure, diffusion of lithium ions in the layer is relatively easy, and lithium ions can be desorbed and inserted electrochemically. On the other hand, lithium nickelate having an α-NaFeO 2 type structure (hereinafter, abbreviated as lithium nickelate) is also known as a substance having the same properties as lithium cobaltate, and has a high raw material cost and abundant resources. However, there is a problem that it is difficult to stably synthesize lithium nickelate having higher performance than lithium cobaltate.
【0005】ニッケル酸リチウムの合成が難しい理由と
して、800℃を越える高温で焼成するとリチウムイオ
ンとニッケルイオンとが不規則に配列した、いわゆる岩
塩型ドメイン(以下、岩塩ドメインということがあ
る。)が混入する割合が大きくなってしまう点が挙げら
れる。岩塩ドメインは充放電に寄与しないばかりか、ニ
ッケル酸リチウムからリチウムイオンが引き抜かれる際
の可逆的な構造変化を阻害する。したがって、岩塩ドメ
インが混入すると、二次電池として充分な放電容量が得
られないので好ましくない。The reason why it is difficult to synthesize lithium nickelate is a so-called rock salt type domain (hereinafter sometimes referred to as rock salt domain) in which lithium ions and nickel ions are irregularly arranged when fired at a high temperature exceeding 800 ° C. There is a point that the ratio of mixing becomes large. The rock salt domain not only contributes to charge and discharge, but also inhibits reversible structural change when lithium ions are extracted from lithium nickelate. Therefore, if the rock salt domain is mixed, a sufficient discharge capacity as a secondary battery cannot be obtained, which is not preferable.
【0006】これを避けるために800℃以下の低温で
焼成すると、リチウムサイトにニッケルが入るタイプの
置換が起こりやすくなることが知られている。これは原
料として用いる炭酸リチウム等のリチウム化合物の分解
反応および拡散が律速となり、結果的にリチウムの供給
が遅れるためであると考えられている。リチウムサイト
にニッケルが存在するとリチウムイオンの拡散を阻害し
て充放電特性に悪影響を与えるとされている。このよう
な場合、試料のLi/Ni比は1よりも小さくなるが、
この値と初回の放電容量との関係が調べられており、L
i/Ni比が大きいほど放電容量が大きくなると報告さ
れている〔荒井ら、第33回電池討論会、講演番号1A11(1
992)〕。It is known that if it is fired at a low temperature of 800 ° C. or less to avoid this, the substitution of nickel in the lithium site is likely to occur. It is considered that this is because the decomposition reaction and diffusion of a lithium compound such as lithium carbonate used as a raw material are rate-determining, and as a result, the supply of lithium is delayed. It is said that the presence of nickel at the lithium site hinders the diffusion of lithium ions and adversely affects the charge / discharge characteristics. In such a case, the Li / Ni ratio of the sample becomes smaller than 1, but
The relationship between this value and the initial discharge capacity has been investigated, and L
It has been reported that the larger the i / Ni ratio, the larger the discharge capacity [Arai et al., 33rd Battery Symposium, Lecture No. 1A11 (1
992)].
【0007】したがって、リチウム二次電池用正極材料
としての応用を考えた場合、充放電に寄与せず、可逆的
な充放電を阻害する岩塩ドメインを含まず、かつリチウ
ムイオンの拡散に悪影響を与えるリチウムサイトのニッ
ケル存在量の小さなニッケル酸リチウム、即ち層状構造
で化学量論組成に近いLiNiO2 を得ることが望まし
い。Therefore, in consideration of application as a positive electrode material for a lithium secondary battery, it does not contribute to charge and discharge, does not contain rock salt domains that inhibit reversible charge and discharge, and adversely affects diffusion of lithium ions. It is desirable to obtain lithium nickelate having a small amount of nickel present in the lithium site, that is, LiNiO 2 having a layered structure and a stoichiometric composition.
【0008】そのような試みとしては、例えばニッケル
酸リチウム生成反応に先立つリチウム化合物の分解の必
要がない酸化リチウムLi2 O〔N. Brongerら、Z. Ano
rg.Allg. Chem., 333, 188 (1964)〕および過酸化リチ
ウムLi2 O2 〔菅野ら、電気化学協会第60回大会、講
演番号1G20(1993)〕を用いた方法が知られている。しか
しながら、これらの方法は出発物質がいずれも入手が困
難で、かつ容易に空気中の炭酸ガスまたは水分と反応し
てしまうために空気中で取り扱えないという欠点を有す
る。Examples of such attempts include, for example, lithium oxide Li 2 O [N. Bronger et al., Z. Ano, which does not require decomposition of a lithium compound prior to a lithium nickelate forming reaction.
Allg. Chem., 333, 188 (1964)] and lithium peroxide Li 2 O 2 [Sugano et al., Electrochemical Society 60th Convention, Lecture No. 1G20 (1993)] are known. . However, these methods have drawbacks in that they cannot be handled in air because all the starting materials are difficult to obtain and easily react with carbon dioxide gas or moisture in air.
【0009】また、特開平2−40861号公報には、
水酸化リチウムと酸化ニッケルとを粉末形態で混合し、
大気中600℃から800℃で焼成することにより、L
iyNi2-y O2 (yは0.84から1.22の範囲)
を得る方法が開示されている。しかしながら、同公報に
よればこの方法で得られたLiy Ni2-y O2 は充電最
大電圧Vmax =4.25V、放電最小電圧Vmin =3
V、0.2mA/cm2の定電流で充放電試験を行った
場合、充放電サイクルを繰り返すことにより容量が低下
することが記載されている。すなわち、公報記載の図か
ら、サイクル特性が良好ではなく、第30回目の放電容
量は第5回目の約60%にすぎないことがわかる。この
ようにリチウム二次電池用正極材料としての性能はいま
だ不充分であった。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2-40861 discloses that
Mixing lithium hydroxide and nickel oxide in powder form,
By firing at 600 ° C to 800 ° C in the atmosphere, L
i y Ni 2-y O 2 (y is in the range of 0.84 to 1.22)
Is disclosed. However, according to the publication, Li y Ni 2-y O 2 obtained by this method has a maximum charge voltage Vmax = 4.25 V and a minimum discharge voltage Vmin = 3.
It is described that, when a charge / discharge test is performed at a constant current of V and 0.2 mA / cm 2, the capacity decreases by repeating the charge / discharge cycle. That is, it can be seen from the drawings described in the publication that the cycle characteristics are not good and the discharge capacity at the 30th time is only about 60% at the 5th time. Thus, the performance as a positive electrode material for a lithium secondary battery was still insufficient.
【0010】また、リチウム化合物として硝酸リチウム
を用い、炭酸ニッケルまたは水酸化ニッケルと粉末形態
で混合して酸素中750℃で15時間焼成する方法によ
り、Vmax =4.2V、Vmin =2.5V、0.17m
A/cm2 の定電流で充放電試験を行った場合に約16
0mAh/gの放電容量を示すニッケル酸リチウムが得
られたこと、および2回目以降の充放電のクーロン効率
Eが99.3%と優れた値を示すことが報告されている
が、初回の効率については2回目以降よりもかなり低い
値であることはうかがえるものの具体的な報告はない
〔小槻ら、第33回電池討論会、講演番号1A07(1992)〕。Further, lithium nitrate was used as a lithium compound, mixed with nickel carbonate or nickel hydroxide in powder form, and baked in oxygen at 750 ° C. for 15 hours to obtain Vmax = 4.2V, Vmin = 2.5V, 0.17m
Approximately 16 when charged / discharged at constant current of A / cm 2.
It has been reported that lithium nickel oxide having a discharge capacity of 0 mAh / g was obtained and that the Coulombic efficiency E of the second and subsequent charging / discharging shows an excellent value of 99.3%. Although it can be seen that the value is significantly lower than the second and subsequent times, there is no specific report [Otsuki et al., 33rd Battery Symposium, Lecture No. 1A07 (1992)].
【0011】また、水酸化ニッケル粉末を水酸化リチウ
ム水溶液に分散した後、スプレードライ法により水酸化
ニッケル粉末表面に水酸化リチウムを析出させた後、6
00℃で4時間空気中で焼成する方法が知られている
〔J. R. Dahnら、Solid StateIonics, 44, 87(199
0)〕。この方法では生成物が少量の水酸化リチウムと炭
酸リチウムを含有するため、水で洗浄する必要があると
されている。この洗浄工程でニッケル酸リチウムのリチ
ウムイオンの一部が水素イオンH+ で置換されてしまう
ために、さらに600℃で1時間空気中で焼成して水素
イオンを水として除去しなければならない。このように
非常に複雑な工程であり、工業的に効率的な方法ではな
かった。以上のように、従来の合成法を用いてリチウム
二次電池に応用した際に優れた充放電特性を示すニッケ
ル酸リチウムを含む正極材料は未だ得られていなかっ
た。Further, after the nickel hydroxide powder is dispersed in a lithium hydroxide aqueous solution, lithium hydroxide is deposited on the surface of the nickel hydroxide powder by a spray drying method, and then 6
A method of firing in air at 00 ° C. for 4 hours is known [JR Dahn et al., Solid State Ionics, 44, 87 (199).
0)]. According to this method, since the product contains a small amount of lithium hydroxide and lithium carbonate, it is necessary to wash with water. In this washing step, some of the lithium ions of lithium nickelate are replaced with hydrogen ions H + , so the hydrogen ions must be removed as water by baking in air at 600 ° C. for 1 hour. As such, it is a very complicated process and not an industrially efficient method. As described above, a positive electrode material containing lithium nickel oxide that exhibits excellent charge / discharge characteristics when applied to a lithium secondary battery using the conventional synthesis method has not been obtained yet.
【0012】次にリチウム二次電池用の負極材料につい
てさらに詳しく説明する。リチウムを吸蔵放出可能な炭
素材料を負極に用いた電池は、リチウムを結晶中に混入
した黒鉛負極を用いた電池(特開昭57−208079
号公報)、易黒鉛化性の球状粒子からなる黒鉛質材料を
負極に用いた電池(特開平4−115457号公報)、
有機高分子化合物等を炭素化した擬黒鉛構造を有する炭
素材料を負極に用いた電池(特開昭62−122066
号公報)、特定構造の炭素材料を負極に用いた電池(特
開昭62−90863号公報)、乱層構造を有する炭素
材料を負極に用いた電池(特開平2−66856号公
報)など多数の提案がなされており、負極用炭素材料と
しては黒鉛材料から乱層構造炭素材料まで広範囲にわた
っている。Next, the negative electrode material for the lithium secondary battery will be described in more detail. A battery using a carbon material capable of inserting and extracting lithium as a negative electrode is a battery using a graphite negative electrode in which lithium is mixed in a crystal (Japanese Patent Laid-Open No. 57-208079).
Japanese Patent Laid-Open No. 4-115457), a battery using a graphitic material composed of easily graphitizable spherical particles as a negative electrode (Japanese Patent Laid-Open No. 4-115457),
A battery using as a negative electrode a carbon material having a pseudo-graphite structure obtained by carbonizing an organic polymer compound or the like (Japanese Patent Laid-Open No. 62-122066).
Japanese Patent Laid-Open No. 2-66856, a battery using a carbon material having a specific structure as a negative electrode (Japanese Patent Laid-Open No. 62-90863), a battery using a carbon material having a turbostratic structure as a negative electrode (Japanese Patent Laid-Open No. 2-66856), and many others. Has been made, and the carbon material for the negative electrode has a wide range from graphite material to turbostratic carbon material.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは広範囲な
負極用炭素粉末を電極に用いた実験検討の結果、リチウ
ムの吸蔵能力および放出能力が大きく、さらにリチウム
放出時の電圧がリチウム電池に近いことなどより炭素粉
末の中では黒鉛粉末、特に鱗片状の天然黒鉛や鱗片状の
人造黒鉛がリチウム二次電池用負極材料として適してい
ることを確認した。しかしながら、これらの炭素材料は
初期充放電特性が不十分であり、これを負極に用いた電
池では高容量のものが得られないことが明らかになっ
た。As a result of experiments using a wide range of carbon powders for negative electrodes as electrodes, the present inventors have found that lithium storage capacity and release capacity are large, and that the lithium discharge voltage is higher than that of lithium batteries. It was confirmed that graphite powder, particularly flake-shaped natural graphite or flake-shaped artificial graphite, is suitable as a negative electrode material for lithium secondary batteries among carbon powders. However, it has been clarified that these carbon materials have insufficient initial charge / discharge characteristics, and batteries having a negative electrode cannot have high capacity.
【0014】充放電によりリチウムを吸蔵放出可能な正
極を含む電極と、充放電によりリチウムを吸蔵放出可能
な負極用炭素粉末を含む電極から構成した電池におい
て、ニッケル酸リチウムを含む電極と黒鉛を含む電極を
用いて構成した電池では、初期段階ではこの電池の電圧
はほとんど0Vであり、ニッケル酸リチウムを含む電極
を正極、黒鉛を含む電極を負極として充電することによ
り4V程度の電圧をもつ電池が完成される。この初期充
電段階での電気量(初期充電容量という)に対して、電
池が放電できる電気量(放電容量という)はかなり少な
いこと、即ち初回の充放電におけるクーロン効率が悪く
高容量の電池が得られないことが判明した。ここで、充
放電のクーロン効率Eは次式で定義される。 E=(放電電気量)/(充電電気量)×100(%) =(放電電流×放電時間)/(充電電流×充電時間)×
100(%)A battery comprising an electrode containing a positive electrode capable of occluding and releasing lithium by charging and discharging and an electrode containing a carbon powder for negative electrode capable of occluding and releasing lithium by charging and discharging, including an electrode containing lithium nickel oxide and graphite. In the battery constructed by using the electrodes, the voltage of this battery is almost 0V at the initial stage, and a battery having a voltage of about 4V is obtained by charging the electrode containing lithium nickel oxide as the positive electrode and the electrode containing graphite as the negative electrode. Will be completed. The amount of electricity that can be discharged by the battery (called the discharge capacity) is considerably smaller than the amount of electricity at the initial charge stage (called the initial charge capacity), that is, the Coulomb efficiency in the first charge / discharge is poor and a high capacity battery is obtained. It turned out not to be possible. Here, the charge / discharge Coulombic efficiency E is defined by the following equation. E = (discharged electricity amount) / (charged electricity amount) × 100 (%) = (discharge current × discharge time) / (charge current × charge time) ×
100 (%)
【0015】充電段階では主に正極中のリチウムが放出
されて負極の黒鉛に吸蔵される反応が行われ、放電段階
では主に負極中に吸蔵されたリチウムが放出されて正極
中に吸蔵される反応が行われるが、この正負電極での各
々のクーロン効率が関連して、結果的に正極中のリチウ
ムの利用効率が低下しているためと考えられる。一方、
正極や負極の充放電特性は対極にLiメタルを用いた電
池(評価用電池)を構成して評価することが一般的に行
われている。この評価によれば、正負電極には各々に不
可逆容量(=充電容量−放電容量)が存在し、具体的に
は正極の初期不可逆容量(=正極からのリチウム放出容
量−正極へのリチウム吸蔵容量)と、負極の初期不可逆
容量(=負極へのリチウム吸蔵容量−負極からのリチウ
ム放出容量)の両者が複雑に関連して、電池としての初
期クーロン効率が低下しているものと考えられる。In the charging step, a reaction is mainly carried out in which lithium in the positive electrode is released and occluded in the graphite of the negative electrode, and in the discharging step, mainly lithium occluded in the negative electrode is released and occluded in the positive electrode. It is considered that the reaction takes place, and the coulombic efficiencies at the positive and negative electrodes are related to each other, and as a result, the utilization efficiency of lithium in the positive electrode is reduced. on the other hand,
The charge and discharge characteristics of the positive electrode and the negative electrode are generally evaluated by forming a battery (evaluation battery) using Li metal for the counter electrode. According to this evaluation, the positive and negative electrodes each have an irreversible capacity (= charge capacity-discharge capacity), and specifically, the initial irreversible capacity of the positive electrode (= lithium release capacity from the positive electrode-lithium storage capacity to the positive electrode). ) And the initial irreversible capacity of the negative electrode (= the lithium storage capacity to the negative electrode-the lithium release capacity from the negative electrode) are complicatedly related, and it is considered that the initial Coulombic efficiency of the battery is lowered.
【0016】本発明の目的は、リチウムを吸蔵放出可能
なリチウム二次電池用正極と負極の初期充放電時におけ
る不可逆容量を小さくした(各電極のクーロン効率を向
上した)電極を組み合わせて、正極中のリチウムの利用
効率を向上させた高容量のリチウム二次電池を提供する
ことにある。An object of the present invention is to combine a positive electrode for a lithium secondary battery capable of occluding and releasing lithium with an electrode having a small irreversible capacity at the time of initial charge / discharge of the negative electrode (improving the Coulombic efficiency of each electrode) to form a positive electrode. An object of the present invention is to provide a high-capacity lithium secondary battery with improved utilization efficiency of lithium.
【0017】本発明者らは、容量と初期充放電特性に注
目して鋭意実験検討を行なった結果、リチウムを吸蔵放
出可能なリチウム二次電池用正極として、硝酸リチウム
溶液中にニッケル化合物を分散させた後乾燥することで
両者を混合し、その後焼成することにより得られたニッ
ケル酸リチウムを含む電極は、初回の充放電において8
0%以上のクーロン効率を示すことを見出した。The inventors of the present invention have conducted intensive experiments and studies by paying attention to the capacity and initial charge / discharge characteristics, and as a result, as a positive electrode for a lithium secondary battery capable of inserting and extracting lithium, a nickel compound is dispersed in a lithium nitrate solution. The electrode containing lithium nickel oxide obtained by mixing the both by drying after drying, and then firing is 8
It has been found that it exhibits a Coulombic efficiency of 0% or more.
【0018】一方、リチウムを吸蔵放出可能なリチウム
二次電池用負極として、黒鉛材と擬黒鉛質カーボンブラ
ックとを含む混合電極は、両者単独材を負極材とした場
合よりも大幅に不可逆容量を低下できることを見出し
た。また、負極に用いる電極材をシランカップリング剤
で処理することにより大幅に不可逆容量を小さくできる
ことを見出した。そして、前記正極と負極とを組み合わ
せて用いることにより、正極中のリチウムの利用効率
(初回の充放電におけるクーロン効率)の高い高容量な
リチウム二次電池が得られることを見出し、本発明を完
成するに至った。On the other hand, as a negative electrode for a lithium secondary battery capable of occluding and releasing lithium, a mixed electrode containing a graphite material and pseudo-graphitic carbon black has a significantly higher irreversible capacity than the case where both materials are used as the negative electrode material. We found that it can be lowered. It was also found that the irreversible capacity can be significantly reduced by treating the electrode material used for the negative electrode with a silane coupling agent. Then, by using the positive electrode and the negative electrode in combination, it was found that a high-capacity lithium secondary battery with high utilization efficiency of lithium in the positive electrode (Coulomb efficiency in the first charge and discharge) can be obtained, and the present invention is completed. Came to do.
【0019】すなわち、本発明は次に記す発明からな
る。 (1)充放電によりリチウムを吸蔵放出可能な正極と、
充放電によりリチウムを吸蔵放出可能な負極と、非水電
解質溶液とを備えたリチウム二次電池において、該正極
が下記(A)のニッケル酸リチウムを含む電極であり、
かつ該負極が下記(B)の炭素材料または下記(C)の
炭素材料を含む電極であることを特徴とするリチウム二
次電池。 (A)初回の充放電におけるクーロン効率が80%以上
であり、α−NaFeO 2 型構造を有するニッケル酸リ
チウム。 (B)黒鉛材70〜99重量%と擬黒鉛質カーボンブラ
ック30〜1重量%とを含有し、該黒鉛材が鱗片状天然
黒鉛粉末または鱗片状人造黒鉛粉末であり、かつ該擬黒
鉛質カーボンブラックがX線回折における格子面間隔
(d002 )が3.38〜3.46Åであり、結晶子厚み
(Lc )が50〜150Åであり、真比重が1.9〜
2.1であり、平均一次粒子径が10〜100nmであ
る炭素材料。 (C)黒鉛材がシランカップリング剤で処理されたもの
である炭素材料。That is, the present invention comprises the following inventions.
It (1) A positive electrode capable of inserting and extracting lithium by charging and discharging,
A negative electrode that can store and release lithium by charging and discharging, and a non-aqueous
In a lithium secondary battery including a denaturing solution, the positive electrode
Is an electrode containing the following lithium nickelate (A),
And the negative electrode is made of the following carbon material (B) or (C)
A lithium battery characterized by being an electrode containing a carbon material.
Next battery. (A) Coulomb efficiency of 80% or more in the first charge and discharge
And α-NaFeO 2Nickel oxide having a die structure
Tium. (B) 70-99% by weight of graphite material and pseudo-graphitic carbon bra
30 to 1% by weight, and the graphite material is scaly natural
Graphite powder or scale-like artificial graphite powder, and the pseudo black
Lattice plane spacing of lead carbon black in X-ray diffraction
(D002) Is 3.38 to 3.46Å, and the crystallite thickness is
(Lc) is 50 to 150Å and the true specific gravity is 1.9 to
2.1, and the average primary particle size is 10 to 100 nm.
Carbon material. (C) Graphite material treated with a silane coupling agent
Is a carbon material.
【0020】(2)ニッケル酸リチウムが、硝酸リチウ
ム溶液中にニッケル化合物を分散させた後溶媒を揮散さ
せ、硝酸リチウムとニッケル化合物との混合物を得て、
酸素を含む雰囲気下で該混合物を焼成することにより得
られたニッケル酸リチウムであることを特徴とする
(1)記載のリチウム二次電池。 (3)(B)の炭素材料が、シランカップリング剤で処
理されたものであることを特徴とする(1)記載のリチ
ウム二次電池。(2) Lithium nickelate is prepared by dispersing a nickel compound in a lithium nitrate solution and then volatilizing the solvent to obtain a mixture of lithium nitrate and a nickel compound.
The lithium secondary battery according to (1), which is lithium nickelate obtained by firing the mixture in an atmosphere containing oxygen. (3) The lithium secondary battery according to (1), wherein the carbon material (B) is treated with a silane coupling agent.
【0021】以下、本発明について詳しく説明する。ま
ず、リチウム二次電池用正極材料について説明する。リ
チウム二次電池用正極材料としてニッケル酸リチウムを
用いた場合、初回の充放電におけるクーロン効率が10
0%を大きく下回り、従来は80%以上のものは得られ
ていなかった。The present invention will be described in detail below. First, the positive electrode material for lithium secondary batteries will be described. When lithium nickel oxide is used as the positive electrode material for the lithium secondary battery, the Coulomb efficiency in the first charge / discharge is 10%.
It is much lower than 0%, and in the past, 80% or more has not been obtained.
【0022】本発明のリチウム二次電池に用いる正極材
料は、初回の充放電におけるクーロン効率が80%以上
であり、好ましくは85%以上のニッケル酸リチウムで
ある。さらに、該正極材料は2回目以降の効率は99%
以上を示し、サイクル劣化も小さいという特徴を有す
る。The positive electrode material used in the lithium secondary battery of the present invention is a lithium nickelate having a Coulomb efficiency of 80% or more in the first charge / discharge, and preferably 85% or more. Furthermore, the positive electrode material has an efficiency of 99% after the second time.
The above is shown, and there is a feature that cycle deterioration is small.
【0023】正極材料の原料として用いる硝酸リチウム
は高純度であることが好ましい。いったん溶液としてか
ら混合を行うため、粒径については特に制限はない。It is preferable that lithium nitrate used as a raw material for the positive electrode material has high purity. Since the solution is once mixed, the particle size is not particularly limited.
【0024】硝酸リチウムを溶解させる溶媒としては、
水又はエタノール等のアルコール類が挙げられる。特に
水が好ましい。しかしながら、これらに限定されるもの
ではなく、硝酸リチウムを溶解するその他の有機溶媒を
使用することもできる。溶媒中に炭酸ガスが溶存してい
ると難溶性の炭酸リチウムを生成する可能性があるた
め、硝酸リチウム溶液の調製に先だって脱炭酸操作を行
うことがより好ましいが、不可欠な操作ではない。As a solvent for dissolving lithium nitrate,
Examples thereof include water and alcohols such as ethanol. Water is particularly preferable. However, the present invention is not limited to these, and other organic solvents that dissolve lithium nitrate can also be used. When carbon dioxide gas is dissolved in the solvent, it is possible to form sparingly soluble lithium carbonate. Therefore, it is more preferable to perform decarboxylation operation prior to the preparation of the lithium nitrate solution, but it is not an essential operation.
【0025】硝酸リチウム溶液中に分散させるニッケル
化合物としては、酸化ニッケル、炭酸ニッケル、水酸化
ニッケル等を用いることができる。酸化ニッケルとして
は、一酸化ニッケル(NiO)、三酸化二ニッケル(N
i2 O3 )、四酸化三ニッケル(Ni3 O4 )が挙げら
れる。なお、三酸化二ニッケル、四酸化三ニッケルにつ
いては水化物も含む。使用されるニッケル化合物は高純
度であることが好ましい。また、分散性とその表面に硝
酸リチウムを析出させることを考慮すると、使用される
ニッケル化合物の平均粒径は、好ましくは100μm以
下であり、さらに好ましくは50μm以下である。比表
面積としては1m2 /g以上のニッケル化合物を用いる
ことが好ましい。硝酸リチウム溶液にニッケル化合物を
分散させる場合、ニッケル化合物を真空容器に入れ真空
にした後、硝酸リチウム溶液を添加し真空含浸すること
が好ましい。ニッケル化合物の細孔部まで硝酸リチウム
溶液が浸透し、より均一に混合することができる。この
ようにして焼成して得られるニッケル酸リチウムは、真
空含浸を行わないものに比べて放電容量に変化はない
が、試料間の放電容量のバラツキが低減される。As the nickel compound dispersed in the lithium nitrate solution, nickel oxide, nickel carbonate, nickel hydroxide or the like can be used. As nickel oxide, nickel monoxide (NiO), dinickel trioxide (N
i 2 O 3 ) and trinickel tetroxide (Ni 3 O 4 ). Note that dinickel trioxide and trinickel tetraoxide also include hydrates. The nickel compound used is preferably highly pure. Considering dispersibility and depositing lithium nitrate on the surface, the average particle size of the nickel compound used is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. It is preferable to use a nickel compound having a specific surface area of 1 m 2 / g or more. When the nickel compound is dispersed in the lithium nitrate solution, it is preferable that the nickel compound is placed in a vacuum container and evacuated, and then the lithium nitrate solution is added to carry out vacuum impregnation. The lithium nitrate solution penetrates into the pores of the nickel compound, and can be mixed more uniformly. The lithium nickelate obtained by firing in this manner has no change in discharge capacity as compared with the one not vacuum impregnated, but the variation in discharge capacity between samples is reduced.
【0026】硝酸リチウムとニッケル化合物との混合比
は、Li/Ni=1の化学量論組成比で行うことができ
るが、1.0≦Li/Ni≦1.1の範囲が好ましい。
この比が1.0未満では、硝酸リチウム溶液のロスがあ
ると得られた複合酸化物がリチウム不足になるので好ま
しくない。この比が1.1を超えると、未反応のリチウ
ム成分が焼成後空気中で取り扱う際に炭酸リチウムとな
って試料中に残留してしまう割合が大きくなり、放電容
量を低下させるので好ましくない。The lithium nitrate and the nickel compound can be mixed at a stoichiometric composition ratio of Li / Ni = 1, but preferably in the range of 1.0 ≦ Li / Ni ≦ 1.1.
If this ratio is less than 1.0, there is a lithium deficiency in the obtained composite oxide when there is a loss of the lithium nitrate solution, which is not preferable. If this ratio exceeds 1.1, the proportion of unreacted lithium component that becomes lithium carbonate and remains in the sample when handled in the air after firing is unfavorable because it lowers the discharge capacity.
【0027】ニッケル化合物を分散させた硝酸リチウム
溶液から溶媒を揮散させるには、ロータリーエバポレー
ター、スプレードライヤーを用いることができる。ま
た、乾燥、焼成を同時に行うスプレードライヤーと縦型
焼成炉を組み合わせた、いわゆる噴霧熱分解装置を使用
することができる。A rotary evaporator and a spray dryer can be used to volatilize the solvent from the lithium nitrate solution in which the nickel compound is dispersed. Further, it is possible to use a so-called spray pyrolyzer, which is a combination of a spray dryer for simultaneously drying and firing and a vertical firing furnace.
【0028】焼成雰囲気としては酸素を含む雰囲気が好
ましい。具体的には、不活性ガスと酸素との混合気体、
空気等の酸素を含む雰囲気を挙げることができる。焼成
雰囲気の酸素分圧は高い方が好ましい。焼成は、好まし
くは酸素中で、さらに好ましくは酸素気流中で行われ
る。また、焼成前に硝酸リチウムとニッケル化合物の混
合粉末を、乾燥することが好ましい。ただし、硝酸リチ
ウムの融点以上で行うと相分離を起こす可能性があるた
め好ましくない。このようにして焼成して得られるニッ
ケル酸リチウムの放電容量は、乾燥しないものに比べて
変化はないが、試料間の放電容量のバラツキが低減され
るので好ましい。The firing atmosphere is preferably an atmosphere containing oxygen. Specifically, a mixed gas of an inert gas and oxygen,
An atmosphere containing oxygen such as air can be used. The oxygen partial pressure in the firing atmosphere is preferably high. Calcination is preferably carried out in oxygen, more preferably in a stream of oxygen. Further, it is preferable to dry the mixed powder of lithium nitrate and nickel compound before firing. However, if the temperature is higher than the melting point of lithium nitrate, phase separation may occur, which is not preferable. The discharge capacity of lithium nickel oxide obtained by firing in this manner is not different from that of the non-dried one, but variation in discharge capacity between samples is reduced, which is preferable.
【0029】焼成温度は、350℃以上800℃以下が
好ましい。さらに好ましくは600℃以上750℃以下
である。焼成温度が800℃を超えると、岩塩ドメイン
の混入割合が大きくなるので好ましくない。また、焼成
温度が350℃未満であるとニッケル酸リチウムの生成
反応がほとんど進行しないため好ましくない。焼成時間
は、2時間以上が好ましく、5時間以上がさらに好まし
い。The firing temperature is preferably 350 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. More preferably, it is 600 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. If the firing temperature exceeds 800 ° C., the mixing ratio of rock salt domains increases, which is not preferable. Further, if the firing temperature is lower than 350 ° C., the reaction for producing lithium nickelate hardly proceeds, which is not preferable. The firing time is preferably 2 hours or longer, more preferably 5 hours or longer.
【0030】焼成後のニッケル酸リチウム粉末の洗浄操
作は特に必要とはされないが、洗浄およびその後の熱処
理、または単独の熱処理工程を必要に応じて付加するこ
ともできる。A washing operation of the lithium nickel oxide powder after firing is not particularly required, but washing and subsequent heat treatment, or a single heat treatment step may be added as necessary.
【0031】次に、本発明におけるリチウム二次電池用
負極に用いる(B)の炭素材料について説明する。本発
明におけるリチウム二次電池用負極は、黒鉛材70〜9
9重量%に対して擬黒鉛質カーボンブラック30〜1重
量%である炭素材料(B)を含む。好ましくは黒鉛材8
0〜97重量%に対して擬黒鉛質カーボンブラック20
〜3重量%、より好ましくは、黒鉛材90〜96重量%
に対して擬黒鉛質処理カーボンブラック10〜4重量%
である。擬黒鉛質カーボンブラックの配合量が30重量
%を超えると負極活物質の放電容量が低下し、一方配合
量が1重量%未満では負極活物質の不可逆容量が増加し
てしまうので好ましくない。Next, the carbon material (B) used for the negative electrode for the lithium secondary battery in the present invention will be described. The negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention is a graphite material 70 to 9
The carbon material (B) is included in an amount of 30 to 1% by weight of pseudo-graphitic carbon black with respect to 9% by weight. Preferably graphite material 8
Pseudographitic carbon black 20 to 0 to 97% by weight
~ 3 wt%, more preferably 90-96 wt% graphite material
To 10 to 4% by weight of pseudo-graphite treated carbon black
Is. When the blending amount of the pseudographitic carbon black exceeds 30% by weight, the discharge capacity of the negative electrode active material decreases, while when the blending amount is less than 1% by weight, the irreversible capacity of the negative electrode active material increases, which is not preferable.
【0032】本発明において用いる黒鉛材は、鱗片状の
天然黒鉛や鱗片状の人造黒鉛である。該黒鉛材として
は、X線回折における格子面間隔(d002 )が3.37
Å以下であり、真比重が2.23以上のものが好まし
い。さらに好ましくはX線回折における格子面間隔(d
002 )が3.36Å以下であり、真比重が2.24以上
の黒鉛材である。ここで、格子面間隔(d002 )とは、
X線としてCuKα線を用い、高純度シリコンを標準物
質とするX線回折法〔大谷杉郎、炭素繊維、733〜7
42頁(1986)近代編集社〕によって測定された値
のことを意味する。The graphite material used in the present invention is scaly natural graphite or scaly artificial graphite. The graphite material has a lattice spacing (d 002 ) of 3.37 in X-ray diffraction.
It is preferably Å or less and has a true specific gravity of 2.23 or more. More preferably, the lattice plane spacing (d
002 ) is 3.36Å or less and the true specific gravity is 2.24 or more. Here, the lattice spacing (d 002 ) is
An X-ray diffraction method using CuKα rays as X-rays and using high-purity silicon as a standard substance [Shiro Otani, carbon fiber, 733-7]
42 (1986), Modern Editing Co., Ltd.].
【0033】本発明において用いる黒鉛材の灰分は好ま
しくは0.5重量%以下、より好ましくは0.1重量%
以下である。天然黒鉛の場合は産地によっても異なる
が、含有する灰分が数重量%以上と大きいため、好まし
くは2500℃以上、さらに好ましくは2800℃以上
の高温度で処理して、灰分を好ましくは0.5重量%以
下、さらに好ましくは0.1重量%以下にしたものがよ
い。ここで、灰分はJISM8812による値を意味す
る。The ash content of the graphite material used in the present invention is preferably 0.5% by weight or less, more preferably 0.1% by weight.
It is the following. In the case of natural graphite, the content of ash varies depending on the place of production, but since the ash content is as large as several wt% or more, it is preferably treated at a high temperature of 2500 ° C. or higher, more preferably 2800 ° C. or higher, and the ash content is preferably 0.5 or more. The content is preferably not more than 0.1% by weight, more preferably not more than 0.1% by weight. Here, the ash content means a value according to JISM8812.
【0034】本発明において用いる黒鉛材の粒度は特に
制限されないが、平均粒径が1〜50μm程度のものが
好ましい。さらに好ましくは、2〜20μmである。The particle size of the graphite material used in the present invention is not particularly limited, but the average particle size is preferably about 1 to 50 μm. More preferably, it is 2 to 20 μm.
【0035】本発明において用いる擬黒鉛質カーボンブ
ラックは、X線回折における格子面間隔(d002 )が
3.38〜3.46Åであり、結晶子厚み(Lc )が5
0〜150Åであり、真比重が1.9〜2.1であり、
平均一次粒子径が10〜100nmである。また、該擬
黒鉛質カーボンブラックは、窒素吸着法による比表面積
は通常10〜300m2 /g程度が好ましく、揮発分が
0.5重量%以下のものが好ましい。ここで、真比重は
JIS R7222による値、揮発分はJIS M88
12による値を意味する。The pseudo-graphitic carbon black used in the present invention has a lattice spacing (d 002 ) in X-ray diffraction of 3.38 to 3.46Å and a crystallite thickness (Lc) of 5
0 to 150Å, the true specific gravity is 1.9 to 2.1,
The average primary particle diameter is 10 to 100 nm. Further, the pseudo-graphitic carbon black preferably has a specific surface area of about 10 to 300 m 2 / g by a nitrogen adsorption method, and preferably has a volatile content of 0.5% by weight or less. Here, the true specific gravity is the value according to JIS R7222, and the volatile content is JIS M88.
Means a value of 12.
【0036】該擬黒鉛質カーボンブラックは、カーボン
ブラックにいわゆる黒鉛化処理を施すことにより得られ
る。具体的には該擬黒鉛質カーボンブラックは、カーボ
ンブラックを約1500〜3000℃の温度で熱処理す
ることにより得られる。特に約2500〜3000℃で
熱処理したものが好ましい。カーボンブラックはこのよ
うな黒鉛化処理を行なってもX線回折における格子面間
隔(d002 )が3.37Å以下で、真比重が2.23以
上の黒鉛材にはなりにくい難黒鉛化質炭素材である。The pseudo-graphitic carbon black can be obtained by subjecting carbon black to so-called graphitization treatment. Specifically, the pseudo-graphitic carbon black is obtained by heat treating carbon black at a temperature of about 1500 to 3000 ° C. Particularly, the one heat-treated at about 2500 to 3000 ° C. is preferable. Carbon black is a non-graphitizable carbon that has a lattice spacing (d 002 ) in X-ray diffraction of 3.37 Å or less and a true specific gravity of 2.23 or more, and is difficult to be a graphite material even if such a graphitization treatment is performed. It is a material.
【0037】該擬黒鉛質カーボンブラックとして、具体
的には例えば、クレオソート油、エチレンボトム油、天
然ガスなどを原料としたファーネスブラックやアセチレ
ンを原料としたアセチレンブラックなどのカーボンブラ
ックを2500〜2800℃程度の高温度で熱処理した
ものが挙げられる。黒鉛化処理をしていないかまたは黒
鉛化処理をしても、X線回折における格子面間隔(d
002 )が3.46Åを超え、真比重が1.9未満であ
り、揮発分が0.5重量%を超えるカーボンブラックを
用いた場合は不可逆容量低下の効果がないかまたは少な
く、またリチウム放出時の電位がリチウム電位に対して
高くなり好ましくない。次に、本発明におけるリチウム
二次電池用負極で用いる(C)の炭素材料について説明
する。(C)の炭素材料は、シランカップリング処理さ
れた黒鉛材であり、黒鉛材の表面または表面の一部がシ
ランカップリング剤で被覆されたものである。ここで、
該黒鉛材は前記の(B)の炭素材料において用いる黒鉛
材と同じである。As the pseudo-graphitic carbon black, for example, carbon black such as furnace black made of creosote oil, ethylene bottom oil, natural gas or the like, or acetylene black made of acetylene as a raw material is 2500 to 2800. The heat treatment may be performed at a high temperature of about ℃. With or without graphitization, the lattice spacing (d) in X-ray diffraction
002 ) is more than 3.46Å, the true specific gravity is less than 1.9, and the use of carbon black having a volatile content of more than 0.5% by weight has no or little effect of reducing the irreversible capacity, and also releases lithium. The electric potential at this time is higher than the lithium electric potential, which is not preferable. Next, the carbon material (C) used in the negative electrode for a lithium secondary battery in the present invention will be described. The carbon material (C) is a silane coupling-treated graphite material, and the surface or a part of the surface of the graphite material is coated with a silane coupling agent. here,
The graphite material is the same as the graphite material used in the carbon material (B).
【0038】さらに、本発明において用いる負極用の
(B)の炭素材料は、シランカップリング剤で処理した
ものが好ましい。本発明において用いるシランカップリ
ング剤は、一般式化1で表されるものが挙げられる。Further, the carbon material (B) for the negative electrode used in the present invention is preferably treated with a silane coupling agent. Examples of the silane coupling agent used in the present invention include those represented by the general formula 1.
【化1】YSiX3 式中、Yとしては、CH2=CH−、CH2=C(CH3)COOC3H6 −、Embedded image In the formula YSiX 3 , Y is CH 2 ═CH−, CH 2 ═C (CH 3 ) COOC 3 H 6 −,
【化2】 [Chemical 2]
【化3】 NH2C3H6-、 NH2C2H4NHC3H6-、 NH2CONHC3H6-、 CH3COOC2H4
NHC2H4NHC3H6-、 NH2C2H4NHC2H4NHC3H6-、 SHC3H6-、 ClC3
H6-、 CH3-、 C2H5-、 C2H5OCONHC3H6-、 OCNC3H6-、C6H5-、C
6H5CH2NHC3H6-、 C6H5NHC3H6- などが挙げられる。ま
た、Xとしては、珪素原子に結合している官能基であ
り、-OCH3 、-OC2H5,-OCOCH3,-OC2H4OCH3,-N(CH3)2,-Cl
などの基が挙げられる。[Chemical 3] NH 2 C 3 H 6- , NH 2 C 2 H 4 NHC 3 H 6- , NH 2 CONHC 3 H 6- , CH 3 COOC 2 H 4
NHC 2 H 4 NHC 3 H 6- , NH 2 C 2 H 4 NHC 2 H 4 NHC 3 H 6- , SHC 3 H 6- , ClC 3
H 6- , CH 3- , C 2 H 5- , C 2 H 5 OCONHC 3 H 6- , OCNC 3 H 6- , C 6 H 5- , C
6 H 5 CH 2 NHC 3 H 6- , C 6 H 5 NHC 3 H 6- and the like. As the X, a functional group bonded to a silicon atom, -OCH 3, -OC 2 H 5 , -OCOCH 3, -OC 2 H 4 OCH 3, -N (CH 3) 2, -Cl
Groups such as.
【0039】シランカップリング剤として、具体的に
は、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシ
ラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(2−メ
トキシエトキシ)シラン、γ−メタアクリロキシプロピ
ルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピル
トリエトキシシラン、γ- アミノプロピルトリエトキシ
シラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β
−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシ
シラン、N-β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピル
トリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキ
シシラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、
β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメ
トキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシ
ル)エチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルト
リエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキ
シシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラ
ン、γ−クロルプロピルトリメトキシシラン、γ−クロ
ルプロピルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシ
ラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキ
シシラン、フェニルトリメトキシシランなどが挙げられ
る。Specific examples of the silane coupling agent include vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane and γ-meta. Acryloxypropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β
-(Aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-ureidopropyltriethoxysilane, γ-ureidopropyltrimethoxysilane,
β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltriethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, phenyltrimethoxy Examples include silane.
【0040】これらの中でも好ましくは、ビニルトリエ
トキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリ
ス(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタアクリロ
キシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキ
シプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルト
リエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、N-β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルト
リメトキシシラン、N-β−(アミノエチル)−γ−アミ
ノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピル
トリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキ
シシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エ
チルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシク
ロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、γ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプ
ロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。Of these, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane and γ- are preferable. Aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxysilane, γ- Ureidopropyltriethoxysilane, γ-ureidopropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyl Trimethoxy Emissions, such as γ- glycidoxypropyl triethoxy silane.
【0041】さらに好ましくは、ビニルトリエトキシシ
ラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(2−
メトキシエトキシ)シラン、γ−メタアクリロキシプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエト
キシシラン、N-β−(アミノエチル)−γ−アミノプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエ
トキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシ
ル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシランなどが挙げられる。More preferably, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris (2-
(Methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-ureidopropyltriethoxysilane, β- Examples include (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane.
【0042】シランカップリング剤処理により優れた効
果が得られる機構は明かではないが、リチウムと化学反
応してしまい電池の充放電反応に寄与しなくなると考え
られる表面吸着水や表面官能基が、耐水性(親油性)の
向上により低下するためではないかと考えられる。従っ
て同様な効果を期待できるチタネートカップリング剤や
アルミネートカップリング剤なども適用可能であると考
えられる。さらに、正極材料であるニッケル酸リチウム
粉末や補助導電材をシランカップリング剤で処理したも
のを本発明のリチウム二次電池用正極に適用することも
できる。Although the mechanism by which the excellent effect is obtained by the treatment with the silane coupling agent is not clear, surface adsorbed water and surface functional groups which are considered to chemically react with lithium and do not contribute to the charge / discharge reaction of the battery, It is considered that this is because the water resistance (lipophilicity) is improved and the water content is reduced. Therefore, it is considered that titanate coupling agents, aluminate coupling agents, and the like, which can expect the same effects, are also applicable. Furthermore, a lithium nickel oxide powder as a positive electrode material or an auxiliary conductive material treated with a silane coupling agent can be applied to the positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention.
【0043】また、本発明における(C)の炭素材料
を、または必要に応じて(B)の炭素材料もしくは正極
材料を(以下、これらを電極材料と総称することがあ
る。)、シランカップリング剤で処理する方法について
は特に制限されないが、一例を示せば、シランカップリ
ング剤を水と反応させてその一部または全量を加水分解
させたものを電極材に添加して混合後、乾燥させる方法
が挙げられる。本発明で用いるシランカップリング剤の
量は特に制限されないが、使用する電極材の比表面積を
考慮して決めることが好ましい。すなわち、シランカッ
プリング剤はその種類によって異なるが1g当たり概ね
100から600m2 の面積を被覆できると見積もられ
る(Sm2 /gとする)ため、使用する電極材の比表面
積をAm2 /gとすると、電極材1g当たり、A/S
(g)のシランカップリング剤の量を一つの目安とする
ことが好ましい。ただし、電極材の全表面積をシランカ
ップリング剤で被覆できない使用量でも、不可逆容量を
大幅に小さくすることができることを確認している。さ
らに詳しく説明すると、シランカップリング剤の量は、
使用する電極材100重量部に対して、0.01重量部
から20重量部が好ましく、さらに好ましくは0.1重
量部から10重量部である。Further, the carbon material (C) in the present invention, or the carbon material (B) or the positive electrode material (B), if necessary (hereinafter, these may be collectively referred to as an electrode material), is subjected to silane coupling. The method of treating with a chemical agent is not particularly limited, but if one example is shown, a silane coupling agent is reacted with water to hydrolyze a part or the whole amount thereof is added to an electrode material, mixed, and then dried. There is a method. The amount of the silane coupling agent used in the present invention is not particularly limited, but it is preferably determined in consideration of the specific surface area of the electrode material used. That is, the silane coupling agent is estimated to be able to cover an area of approximately 100 to 600 m 2 per 1 g (Sm 2 / g), though it depends on the type, so that the specific surface area of the electrode material used is Am 2 / g. Then, A / S per 1 g of electrode material
It is preferable to use the amount of the silane coupling agent (g) as a guide. However, it has been confirmed that the irreversible capacity can be significantly reduced even if the total surface area of the electrode material cannot be covered with the silane coupling agent. More specifically, the amount of silane coupling agent is
The amount is preferably 0.01 to 20 parts by weight, more preferably 0.1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the electrode material used.
【0044】次に、本発明のリチウム二次電池の製造方
法について説明する。リチウムを吸蔵放出可能な正極に
ついては、本発明で用いるニッケル酸リチウム粉末と補
助導電材粉末、粉末同士を決着するためのバインダーな
どとを均一に混合した後加圧成形するか、または溶媒等
を用いてペースト化し集電体上に塗布乾燥後プレスする
など、公知の方法で製造することができる。また、リチ
ウムを吸蔵放出可能な負極については、黒鉛材粉末と擬
黒鉛質カーボンブラック粉末と、粉末同士を結着するた
めのバインダーなどとを均一に混合した後加圧成形する
か、または有機溶媒等を用いてペースト化し集電材上に
塗布乾燥後プレスするなど、正極と同様な公知の方法で
製造することができる。Next, a method for manufacturing the lithium secondary battery of the present invention will be described. For a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, lithium nickel oxide powder and auxiliary conductive material powder used in the present invention are uniformly mixed with a binder or the like for binding the powder, and then pressure molding is performed, or a solvent or the like is used. It can be manufactured by a known method such as forming a paste by using, coating on a current collector, drying and pressing. Regarding the negative electrode capable of occluding and releasing lithium, the graphite material powder, the pseudographitic carbon black powder, and the binder for binding the powders are uniformly mixed and then pressure-molded, or an organic solvent is used. It can be manufactured by a known method similar to that for the positive electrode, such as forming a paste using the above or the like, coating on a current collector, drying and pressing.
【0045】前記の正極や負極に用いるバインダーは、
結着効果があり、使用する非水電解質溶液に対する耐性
や,正極や負極での電位に対する耐性を有するものであ
ればよく、例えばフッ素樹脂やポリエチレン、ポリプロ
ピレンなどが挙げられる。該バインダーの量は、使用す
るニッケル酸リチウム粉末100重量部に対して1〜2
0重量部程度、また黒鉛材粉末と擬黒鉛質カーボンブラ
ック粉末の合計量100重量部に対して1〜20重量部
程度とすることが好ましい。The binder used for the positive electrode and the negative electrode is
Any material having a binding effect and resistance to the non-aqueous electrolyte solution used and to the potential of the positive electrode and the negative electrode may be used, and examples thereof include fluororesin, polyethylene, and polypropylene. The amount of the binder is 1-2 with respect to 100 parts by weight of the lithium nickel oxide powder used.
It is preferably about 0 parts by weight, and about 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the graphite material powder and the pseudographitic carbon black powder.
【0046】前記正極用補助導電材としては、導電効果
があり、使用する非水電解質溶液に対する耐性や、正極
や負極での電位に対する耐性を有するものであればよ
く、例えば黒鉛粉末やカーボンブラック、導電性高分子
などが挙げられる。該補助導電材の量は、使用するニッ
ケル酸リチウム粉末100重量部に対して1〜20重量
部程度とすることが好ましい。As the above-mentioned auxiliary conductive material for the positive electrode, any material may be used as long as it has a conductive effect and has resistance to the non-aqueous electrolyte solution used and to the potential at the positive electrode and the negative electrode. For example, graphite powder or carbon black, Examples thereof include conductive polymers. The amount of the auxiliary conductive material is preferably about 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium nickel oxide powder used.
【0047】本発明のリチウム二次電池に用いられる非
水電解質溶液としては、リチウム塩を高誘電率の有機溶
媒に溶解させた溶液が好ましい。リチウム塩の種類に
は、特に制限はなく、例えば、LiPF6 、LiB
F4 、LiCF3 SO3 、LiClO4 などを使用する
ことができる。リチウム塩の濃度は、通常0.5mol
/lないし1.5mol/l程度に選ばれる。また、有
機溶媒は、リチウム塩を溶解して電気伝導性を与え、か
つ構成する負極・正極材に対して電気化学的に安定性の
あるものであればよい。例えば、エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、
ジエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、テ
トラヒドロフラン、アセトニトリル、スルホランまたは
γ−ブチロラクトン等が挙げられる。通常は、二種類以
上を混合して使用し、好ましくはエチレンカーボネー
ト、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネート
を混合して用いる。The non-aqueous electrolyte solution used in the lithium secondary battery of the present invention is preferably a solution prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent having a high dielectric constant. The type of lithium salt is not particularly limited, and examples include LiPF 6 and LiB.
F 4 , LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 or the like can be used. The concentration of lithium salt is usually 0.5 mol
/ L to 1.5 mol / l. Further, the organic solvent may be any one as long as it dissolves a lithium salt to give electrical conductivity and is electrochemically stable with respect to the constituent negative electrode / positive electrode material. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate,
Examples include diethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, acetonitrile, sulfolane, γ-butyrolactone, and the like. Usually, two or more kinds are mixed and used, and preferably ethylene carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate are mixed and used.
【0048】本発明のリチウム二次電池においては、正
極と負極と非水電解質溶液のほかに、一般に両極の接触
を防止し、かつ非水電解質溶液を保持し、リチウムイオ
ンを通過できる機能を有するセパレータと、電極材を保
持して集電する機能を有する集電材とを組み合わせて用
いることが好ましい。該セパレータとしては、例えばポ
リエチレン、ポリプロピレンまたはポリテトラフルオロ
エチレン等の多孔質フィルムや不織布、織布などが挙げ
られる。該セパレータの厚さは、10〜200μm程度
が好ましい。In the lithium secondary battery of the present invention, in addition to the positive electrode, the negative electrode and the non-aqueous electrolyte solution, it generally has a function of preventing contact between the both electrodes, holding the non-aqueous electrolyte solution, and allowing passage of lithium ions. It is preferable to use a separator and a current collector having a function of holding an electrode material and collecting current in combination. Examples of the separator include porous films such as polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene, non-woven fabrics, and woven fabrics. The thickness of the separator is preferably about 10 to 200 μm.
【0049】また、該集電体は、正極・負極、および電
解液に対して電気化学的に安定性のある導体を使用する
ことができる。例えば、ニッケル、チタン、ステンレス
鋼、銅、アルミニウムなどが挙げられる。また、本発明
のリチウム二次電池は、円筒型、箱型、コイン型、ボタ
ン型、ペーパー型、カード型など種々の形状とすること
ができる。As the current collector, a positive / negative electrode and a conductor that is electrochemically stable with respect to the electrolytic solution can be used. For example, nickel, titanium, stainless steel, copper, aluminum and the like can be mentioned. Further, the lithium secondary battery of the present invention can be formed into various shapes such as a cylinder type, a box type, a coin type, a button type, a paper type and a card type.
【0050】[0050]
【実施例】以下、本発明について実施例および比較例を
示して、その効果を具体的に説明するが、本発明は下記
の実施例に制限されるものではない。 実施例1 リチウム二次電池用正極を以下のようにして作製した。
硝酸リチウム(和光純薬工業株式会社製、試薬特級グレ
ード)108.6gを水150gに溶解させ、さらに炭
酸ニッケル〔NiCO3 ・2Ni( OH)2・4H2 O:
和光純薬工業株式会社製、試薬グレード〕188.1g
を加えてよく分散させた後、ロータリーエバポレーター
を用いて水を蒸発させた。得られた混合粉末をめのう製
乳鉢で軽く解砕した後、アルミナ炉心管を使用した管状
炉に入れ、酸素流量50cm3 /minの酸素気流中に
おいて700℃で5時間焼成した。得られた焼成品を粉
砕し、粉末X線回折測定を行ったところ、α−NaFe
O 2 型構造を有するニッケル酸リチウムであることが確
認された。EXAMPLES Examples and comparative examples of the present invention will be described below.
The effect of the present invention will be described in detail below.
However, the present invention is not limited to this example. Example 1 A positive electrode for a lithium secondary battery was produced as follows.
Lithium nitrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent grade
108.6 g of water is dissolved in 150 g of water, and charcoal is added.
Nickel acid [NiCO3・ 2Ni (OH)2・ 4H2O:
Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent grade] 188.1 g
Add well and disperse well, then use a rotary evaporator.
Was used to evaporate the water. Agate powder obtained
After crushing lightly in a mortar, tubular using alumina core tube
Put in the furnace, oxygen flow rate 50cm3/ Min in oxygen flow
It was baked at 700 ° C. for 5 hours. Powder the obtained baked product
When crushed and subjected to powder X-ray diffraction measurement, α-NaFe
O 2Confirmed to be lithium nickelate having a mold structure
It has been certified.
【0051】前記ニッケル酸リチウム粉末と補助導電材
としての人造黒鉛粉末を充分混合した後、バインダーと
してポリフッ化ビニリデン、溶媒としてN−メリルピロ
リドンを用いて作製したペーストをアルミ箔集電体の両
面に塗布、乾燥、ロールプレスを行って正極用シート電
極を得た。このときのニッケル酸リチウムと、補助導電
材、バインダーの配合比率は重量比で87:10:3と
した。After thoroughly mixing the lithium nickel oxide powder and the artificial graphite powder as an auxiliary conductive material, a paste prepared by using polyvinylidene fluoride as a binder and N-merylpyrrolidone as a solvent is coated on both sides of an aluminum foil current collector. Application, drying and roll pressing were performed to obtain a positive electrode sheet electrode. At this time, the mixing ratio of the lithium nickel oxide, the auxiliary conductive material and the binder was 87: 10: 3 by weight.
【0052】次に、リチウム二次電池用負極を以下のよ
うにして作製した。X線回折における格子面間隔(d
002 )が3.36Å、真比重が2.26、窒素吸着法に
よる比表面積が9m2 /g、平均粒径が10μmの天然
黒鉛(マダガスカル産)鱗片状粉末と、X線回折におけ
る格子面間隔(d002 )が3.40A、結晶子厚み(L
c )が120Å、窒素吸着法による比表面積が24m2
/g、真比重が1.98、数平均一次粒子径が66nm
の擬黒鉛質カーボンブラック粉末〔東海カーボン(株)
製、商品名TB3800〕とを、重量比95:5で充分
混合後、シランカップリング剤〔日本ユニカー(株)
製、製品名A1100〕で処理・乾燥して、シランカッ
プリング剤処理混合炭素材料を得た。このときの炭素材
料とシランカップリング剤は重量比で100:1とし
た。Next, a negative electrode for a lithium secondary battery was produced as follows. Lattice plane spacing (d
002 ) is 3.36Å, true specific gravity is 2.26, specific surface area by nitrogen adsorption method is 9 m 2 / g, average particle size is 10 μm, and natural graphite (Madagascar) flaky powder, and lattice spacing in X-ray diffraction (D 002 ) is 3.40 A, crystallite thickness (L
c) is 120Å and the specific surface area by nitrogen adsorption method is 24m 2
/ G, true specific gravity 1.98, number average primary particle size 66 nm
Pseudo-graphitic carbon black powder [Tokai Carbon Co., Ltd.
Manufactured by trade name TB3800] in a weight ratio of 95: 5 and thoroughly mixed, and then a silane coupling agent [Nippon Unicar Co., Ltd.]
Manufactured by Product Name A1100] and dried to obtain a silane coupling agent-treated mixed carbon material. The weight ratio of the carbon material and the silane coupling agent at this time was 100: 1.
【0053】前記シランカップリング剤処理炭素材料
と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン、溶媒とし
てN−メチルピロリドンを用いて作製したペーストを銅
箔集電体の両面に塗布、乾燥、ロールプレスを行って負
極用シート電極を得た。このときの炭素材とバインダー
との配合比率は重量比で90:10とした。A paste prepared by using the silane coupling agent-treated carbon material, polyvinylidene fluoride as a binder, and N-methylpyrrolidone as a solvent was applied to both surfaces of a copper foil current collector, dried, and roll pressed to form a negative electrode. A sheet electrode for use was obtained. The weight ratio of the carbon material and the binder at this time was 90:10.
【0054】以上のようにして得た正極と負極をポリプ
ロピレン製セパレーターを介して捲き取り、エチレンカ
ーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DM
C)、ジエチルカーボネート(DEC)を容量比2:
1:1の混合溶媒に6フッ化燐酸リチウムを溶解した電
解質溶液(濃度1mol/l)を含浸して、円筒型電池
を作製した。この電池の初期電圧は、0.02Vであっ
た。ついで、電流50mA、定電圧4.10Vで15時
間充電して初期電圧4.1Vのリチウム二次電池を得
た。そして、定電流100mAで電圧2.75Vまで放
電させた後、電流500mA、定電圧4.10Vで3時
間充電と定電流100mAで電圧2.75Vまで放電さ
せる試験を繰り返した。結果を表1に示す。The positive electrode and the negative electrode obtained as described above were wound up with a polypropylene separator interposed therebetween, and ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DM
C) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 2:
A cylindrical battery was produced by impregnating a 1: 1 mixed solvent with an electrolyte solution (concentration 1 mol / l) in which lithium hexafluorophosphate was dissolved. The initial voltage of this battery was 0.02V. Then, the battery was charged at a current of 50 mA and a constant voltage of 4.10 V for 15 hours to obtain a lithium secondary battery having an initial voltage of 4.1 V. Then, after discharging the battery at a constant current of 100 mA to a voltage of 2.75 V, a test of charging at a current of 500 mA and a constant voltage of 4.10 V for 3 hours and discharging to a voltage of 2.75 V at a constant current of 100 mA was repeated. The results are shown in Table 1.
【0055】さらに、前記同様にして作製した片面塗布
の正極シート電極をリチウム対極で初期充放電特性を評
価(電圧範囲4.2V〜2.5V、定電流0.17mA
/cm2 )したところ、初期のクーロン効率は85%で
あった。また、前記同様にして作製した片面塗布の負極
シート電極をリチウム対極で初期充放電特性を評価(電
圧範囲0V〜0.6V、定電流0.17mA/cm2 )
したところ、初期のクーロン効率は88%であった。Furthermore, the single-sided coated positive electrode sheet electrode prepared in the same manner as above was evaluated for initial charge / discharge characteristics with a lithium counter electrode (voltage range 4.2 V to 2.5 V, constant current 0.17 mA).
/ Cm 2 ), the initial Coulombic efficiency was 85%. Further, the one-side coated negative electrode sheet electrode prepared in the same manner as above was evaluated for initial charge / discharge characteristics with a lithium counter electrode (voltage range 0 V to 0.6 V, constant current 0.17 mA / cm 2 ).
As a result, the initial Coulombic efficiency was 88%.
【0056】比較例1 炭酸リチウムと炭酸コバルトを原料として、大気中90
0℃で焼成して得たコバルト酸リチウム粉末と、補助導
電材の人造黒鉛粉末、バインダーとしてポリフッ化ビニ
リデンを用いた以外は実施例1と同様にして正極用シー
ト電極を得た。一方、平均粒径が6μmのメソカーボン
マイクロビーズの黒鉛化炭素〔大阪ガス(株)製、MC
MB6−28〕球状粉末とバインダーとしてポリフッ化
ビニリデンを用いた以外は実施例1と同様にして負極用
シート電極を得た。COMPARATIVE EXAMPLE 1 Lithium carbonate and cobalt carbonate were used as raw materials, and 90% in air.
A sheet electrode for a positive electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that lithium cobalt oxide powder obtained by firing at 0 ° C., artificial graphite powder as an auxiliary conductive material, and polyvinylidene fluoride as a binder were used. On the other hand, graphitized carbon of mesocarbon microbeads having an average particle size of 6 μm [manufactured by Osaka Gas Co., Ltd., MC
MB6-28] A sheet electrode for negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that spherical powder and polyvinylidene fluoride were used as the binder.
【0057】以上のようにして得た正極と負極をポリプ
ロピレン製セパレーターを介して捲き取り、エチレンカ
ーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)
の等容量混合溶媒に6フッ化燐酸リチウムを溶解した電
解質溶液(濃度1mol/l)を含浸して、円筒型電池
を作製した。この電池の初期電圧は、0.01Vであっ
た。ついで、定電流50mA、定電圧4.20Vで15
時間充電して初期電圧4.2Vのリチウム二次電池を得
た。そして、定電流80mAで電圧2.75Vまで放電
させた後、電流400mA、定電圧4.20Vで3時間
充電と定電流80mAで電圧2.75Vまで放電させる
試験を繰り返した。結果を表1に示す。The positive electrode and the negative electrode obtained as described above were wound up with a polypropylene separator interposed therebetween, and ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) were obtained.
An electrolyte solution (concentration: 1 mol / l) in which lithium hexafluorophosphate was dissolved was mixed in an equal volume mixed solvent of 1 to prepare a cylindrical battery. The initial voltage of this battery was 0.01V. Then, at a constant current of 50 mA and a constant voltage of 4.20 V, 15
After charging for an hour, a lithium secondary battery having an initial voltage of 4.2 V was obtained. Then, after discharging the battery at a constant current of 80 mA to a voltage of 2.75 V, a test of charging at a current of 400 mA and a constant voltage of 4.20 V for 3 hours and discharging at a constant current of 80 mA to a voltage of 2.75 V was repeated. The results are shown in Table 1.
【0058】[0058]
【表1】 [Table 1]
【0059】[0059]
【発明の効果】本発明のリチウム二次電池は、クーロン
効率を向上させた正極および負極を組み合わせてなるも
のであり、正極中のリチウムの利用効率を向上させた高
容量のリチウム二次電池であり、工業的価値が大きい。The lithium secondary battery of the present invention is a combination of a positive electrode and a negative electrode with improved Coulomb efficiency, and is a high-capacity lithium secondary battery with improved utilization efficiency of lithium in the positive electrode. Yes, and has great industrial value.
フロントページの続き (72)発明者 西田 裕紀 茨城県つくば市北原6 住友化学工業株式 会社内Front page continued (72) Inventor Yuki Nishida 6 Kitahara, Tsukuba, Ibaraki Sumitomo Chemical Co., Ltd.
Claims (3)
極と、充放電によりリチウムを吸蔵放出可能な負極と、
非水電解質溶液とを備えたリチウム二次電池において、
該正極が下記(A)のニッケル酸リチウムを含む電極で
あり、かつ該負極が下記(B)の炭素材料または下記
(C)の炭素材料を含む電極であることを特徴とするリ
チウム二次電池。 (A)初回の充放電におけるクーロン効率が80%以上
であり、α−NaFeO 2 型構造を有するニッケル酸リ
チウム。 (B)黒鉛材70〜99重量%と擬黒鉛質カーボンブラ
ック30〜1重量%とを含有し、該黒鉛材が鱗片状天然
黒鉛粉末または鱗片状人造黒鉛粉末であり、かつ該擬黒
鉛質カーボンブラックがX線回折における格子面間隔
(d002 )が3.38〜3.46Åであり、結晶子厚み
(Lc )が50〜150Åであり、真比重が1.9〜
2.1であり、平均一次粒子径が10〜100nmであ
る炭素材料。 (C)黒鉛材がシランカップリング剤で処理されたもの
である炭素材料。1. A positive electrode capable of inserting and extracting lithium by charging and discharging.
A negative electrode capable of inserting and extracting lithium by charging and discharging,
In a lithium secondary battery provided with a non-aqueous electrolyte solution,
The positive electrode is an electrode containing lithium nickelate (A) below.
And the negative electrode has the following (B) carbon material or
(C) An electrode containing a carbon material
Tium secondary battery. (A) Coulomb efficiency of 80% or more in the first charge and discharge
And α-NaFeO 2Nickel oxide having a die structure
Tium. (B) 70-99% by weight of graphite material and pseudo-graphitic carbon bra
30 to 1% by weight, and the graphite material is scaly natural
Graphite powder or scale-like artificial graphite powder, and the pseudo black
Lattice plane spacing of lead carbon black in X-ray diffraction
(D002) Is 3.38 to 3.46Å, and the crystallite thickness is
(Lc) is 50 to 150Å and the true specific gravity is 1.9 to
2.1, and the average primary particle size is 10 to 100 nm.
Carbon material. (C) Graphite material treated with a silane coupling agent
Is a carbon material.
中にニッケル化合物を分散させた後溶媒を揮散させ、硝
酸リチウムとニッケル化合物との混合物を得て、酸素を
含む雰囲気下で該混合物を焼成することにより得られた
ニッケル酸リチウムであることを特徴とする請求項1記
載のリチウム二次電池。2. Lithium nickelate is prepared by dispersing a nickel compound in a lithium nitrate solution and then volatilizing a solvent to obtain a mixture of lithium nitrate and a nickel compound, and calcining the mixture in an atmosphere containing oxygen. The lithium secondary battery according to claim 1, which is lithium nickel oxide obtained by the above.
剤で処理されたものであることを特徴とする請求項1記
載のリチウム二次電池。3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the carbon material (B) is treated with a silane coupling agent.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6097750A JPH07307165A (en) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | Lithium secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6097750A JPH07307165A (en) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | Lithium secondary battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07307165A true JPH07307165A (en) | 1995-11-21 |
Family
ID=14200566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6097750A Pending JPH07307165A (en) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | Lithium secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
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