JPH09259880A - 非水電解液二次電池及びその正極活物質の製造法 - Google Patents
非水電解液二次電池及びその正極活物質の製造法Info
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- JPH09259880A JPH09259880A JP8062616A JP6261696A JPH09259880A JP H09259880 A JPH09259880 A JP H09259880A JP 8062616 A JP8062616 A JP 8062616A JP 6261696 A JP6261696 A JP 6261696A JP H09259880 A JPH09259880 A JP H09259880A
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- lithium
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は非水電解液二次電池用正極活物質L
iMn2 O4 の製造法を改良し、サイクル特性向上をは
かることを目的とする。 【解決手段】 高圧酸素雰囲気中で熱処理し、その後、
低温まで徐冷することにより得られるLiMn2 O4 で
表される物質を正極活物質とした二次電池。
iMn2 O4 の製造法を改良し、サイクル特性向上をは
かることを目的とする。 【解決手段】 高圧酸素雰囲気中で熱処理し、その後、
低温まで徐冷することにより得られるLiMn2 O4 で
表される物質を正極活物質とした二次電池。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非水電解液二次電池
の改良、特に正極活物質の改良に関わり、電池のサイク
ル特性の向上を意図するものである。
の改良、特に正極活物質の改良に関わり、電池のサイク
ル特性の向上を意図するものである。
【0002】
【従来の技術】リチウム二次電池の正極活物質として、
マンガンとリチウムの複合酸化物であるLiMn2 O4
が提案され、研究が盛んに行われている。高電圧・高エ
ネルギー密度という特徴を有しているものの、充放電サ
イクル寿命が短いといった課題を有しており、実用電池
としての利用には至っていない。
マンガンとリチウムの複合酸化物であるLiMn2 O4
が提案され、研究が盛んに行われている。高電圧・高エ
ネルギー密度という特徴を有しているものの、充放電サ
イクル寿命が短いといった課題を有しており、実用電池
としての利用には至っていない。
【0003】LiMn2 O4 はスピネル構造をした正方
晶の結晶構造であり、充電によりリチウムが抜き取ら
れ、放電によりリチウムが結晶中に入る。従来の大気圧
力下の空気または酸素雰囲気下で合成したLiMn2 O
4 には結晶構造に欠陥があり、この欠陥が原因となって
充放電の繰り返しによる容量低下が起こることが判明し
た。
晶の結晶構造であり、充電によりリチウムが抜き取ら
れ、放電によりリチウムが結晶中に入る。従来の大気圧
力下の空気または酸素雰囲気下で合成したLiMn2 O
4 には結晶構造に欠陥があり、この欠陥が原因となって
充放電の繰り返しによる容量低下が起こることが判明し
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑み、正極活物質の充放電サイクル特性の向上をはかる
ことを目的とするものである。
鑑み、正極活物質の充放電サイクル特性の向上をはかる
ことを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明の要旨
は、リチウム、リチウムを吸蔵、放出しうる化合物また
はリチウム合金を負極とし、リチウム塩を含む非水電解
液を用い、かつ、正極活物質として、酸素圧力範囲0.
4kgf/cm2 〜10kgf/cm2 、加熱温度範囲
600℃〜850℃で2時間以上処理し、その後、50
0℃以下まで10℃/min以下の速度で徐冷すること
により得られるLiMn2 O4 で表される物質を用いる
非水電解液二次電池にある。さらに、上記リチウムマン
ガン複合酸化物を合成する際に、出発原料として水酸化
リチウムと電解二酸化マンガン(γ−MnO2 )を用い
るものである。
は、リチウム、リチウムを吸蔵、放出しうる化合物また
はリチウム合金を負極とし、リチウム塩を含む非水電解
液を用い、かつ、正極活物質として、酸素圧力範囲0.
4kgf/cm2 〜10kgf/cm2 、加熱温度範囲
600℃〜850℃で2時間以上処理し、その後、50
0℃以下まで10℃/min以下の速度で徐冷すること
により得られるLiMn2 O4 で表される物質を用いる
非水電解液二次電池にある。さらに、上記リチウムマン
ガン複合酸化物を合成する際に、出発原料として水酸化
リチウムと電解二酸化マンガン(γ−MnO2 )を用い
るものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本願発明のLiMn2 O4 は出発
原料を酸素圧力範囲0.4kgf/cm2 から10kg
f/cm2 、加熱温度範囲600℃から850℃で2時
間以上処理し、その後、500℃以下まで10℃/mi
n以下の速度で徐冷する、あるいは予め大気雰囲気下ま
たは大気圧力酸素雰囲気下で上記出発原料を用いて合成
したLiMn2 O4 を上記条件で熱処理することにより
得られた結晶欠陥の少ないLiMn2 O4 を用いる。
原料を酸素圧力範囲0.4kgf/cm2 から10kg
f/cm2 、加熱温度範囲600℃から850℃で2時
間以上処理し、その後、500℃以下まで10℃/mi
n以下の速度で徐冷する、あるいは予め大気雰囲気下ま
たは大気圧力酸素雰囲気下で上記出発原料を用いて合成
したLiMn2 O4 を上記条件で熱処理することにより
得られた結晶欠陥の少ないLiMn2 O4 を用いる。
【0007】これらを用いて、二次電池の正極活物質と
しての特性を調べると、サイクル特性の良好な、すなわ
ちサイクル後の充放電容量の大きい二次電池用正極活物
質となることが判明した。その理由として、結晶欠陥の
少ないLiMn2 O4 はスピネル構造の結晶の安定性が
増し、サイクル特性が向上したと考えられる。
しての特性を調べると、サイクル特性の良好な、すなわ
ちサイクル後の充放電容量の大きい二次電池用正極活物
質となることが判明した。その理由として、結晶欠陥の
少ないLiMn2 O4 はスピネル構造の結晶の安定性が
増し、サイクル特性が向上したと考えられる。
【0008】酸素圧力範囲は0.4kgf/cm2 から
10kgf/cm2 で結晶欠陥を少なくする効果が大き
い。0.4kgf/cm2 未満ではその効果が小さく、
また10kgf/cm2 越える圧力ではLiMn2 O4
の一部が分解してMn2 O3が生成してしまい、正極活
物質としての性能が低下してしまう。
10kgf/cm2 で結晶欠陥を少なくする効果が大き
い。0.4kgf/cm2 未満ではその効果が小さく、
また10kgf/cm2 越える圧力ではLiMn2 O4
の一部が分解してMn2 O3が生成してしまい、正極活
物質としての性能が低下してしまう。
【0009】加熱温度範囲は600℃から850℃で、
加熱時間は2時間以上で結晶欠陥を少なくする効果が大
きい。600℃未満ではその効果が小さく、850℃を
越える温度ではスピネル構造を持つLiMn2 O4 が分
解してしまう。また、500℃を越える温度までの徐冷
では結晶欠陥を少なくする効果が小さい。徐冷速度の範
囲は好ましくは0.2℃/minから2.0℃/min
である。2.0℃/minを越える速度ではその効果が
小さく、また0.2℃/min未満での速度ではその効
果が0.2℃/minの場合と変わらない。
加熱時間は2時間以上で結晶欠陥を少なくする効果が大
きい。600℃未満ではその効果が小さく、850℃を
越える温度ではスピネル構造を持つLiMn2 O4 が分
解してしまう。また、500℃を越える温度までの徐冷
では結晶欠陥を少なくする効果が小さい。徐冷速度の範
囲は好ましくは0.2℃/minから2.0℃/min
である。2.0℃/minを越える速度ではその効果が
小さく、また0.2℃/min未満での速度ではその効
果が0.2℃/minの場合と変わらない。
【0010】
【実施例】以下に実施例を説明する。 (実施例1)水酸化リチウム1モルに対して電解二酸化
マンガン(EMD)2モルの割合で良く混合したのち、
混合物を酸素ガス圧力0.2kgf/cm2 (サンプル
1)、0.4kgf/cm2 (サンプル2)、5kgf
/cm2 (サンプル3)、10kgf/cm2 (サンプ
ル4)および20kgf/cm2 (サンプル5)で、7
50℃、24時間加熱し、その後450℃まで0.5℃
/minの速度で徐冷して本願発明に係わるLiMn2
O4 を合成した。
マンガン(EMD)2モルの割合で良く混合したのち、
混合物を酸素ガス圧力0.2kgf/cm2 (サンプル
1)、0.4kgf/cm2 (サンプル2)、5kgf
/cm2 (サンプル3)、10kgf/cm2 (サンプ
ル4)および20kgf/cm2 (サンプル5)で、7
50℃、24時間加熱し、その後450℃まで0.5℃
/minの速度で徐冷して本願発明に係わるLiMn2
O4 を合成した。
【0011】(実施例2)実施例1記載の混合物を大気
中で750℃、24時間加熱した後、酸素ガス圧力5k
gf/cm2 で750℃、2時間加熱した。その後、
0.5℃/minの速度で徐冷して本出願に係わるLi
Mn2 O4 (サンプル6)を合成した。 (実施例3)実施例1記載の徐冷速度が10℃/min
で、酸素圧力が5kgf/cm2 の条件で本出願に係わ
るLiMn2 O4 (サンプル7)を合成した。
中で750℃、24時間加熱した後、酸素ガス圧力5k
gf/cm2 で750℃、2時間加熱した。その後、
0.5℃/minの速度で徐冷して本出願に係わるLi
Mn2 O4 (サンプル6)を合成した。 (実施例3)実施例1記載の徐冷速度が10℃/min
で、酸素圧力が5kgf/cm2 の条件で本出願に係わ
るLiMn2 O4 (サンプル7)を合成した。
【0012】(実施例4)実施例1記載の徐冷速度が1
5℃/minで、酸素圧力が5kgf/cm2 の条件で
本出願に係わるLiMn2 O4 (サンプル8)を合成し
た。 (実施例5)実施例1記載の徐冷温度が550℃、その
速度が0.5℃/minで、酸素圧力が5kgf/cm
2 の条件で本出願のLiMn2 O4 (サンプル9)を合
成した。
5℃/minで、酸素圧力が5kgf/cm2 の条件で
本出願に係わるLiMn2 O4 (サンプル8)を合成し
た。 (実施例5)実施例1記載の徐冷温度が550℃、その
速度が0.5℃/minで、酸素圧力が5kgf/cm
2 の条件で本出願のLiMn2 O4 (サンプル9)を合
成した。
【0013】(実施例6)実施例1記載の出発物質を水
酸化リチウムと炭酸マンガンとして、酸素圧力が5kg
f/cm2 の条件でLiMn2 O4 (サンプル10)を
合成した。 (実施例7)実施例1記載の出発物質を炭酸リチウムと
電解二酸化マンガン(γ−MnO2)として、酸素圧力
が5kgf/cm2 の条件でLiMn2 O4 (サンプル
11)を合成した。
酸化リチウムと炭酸マンガンとして、酸素圧力が5kg
f/cm2 の条件でLiMn2 O4 (サンプル10)を
合成した。 (実施例7)実施例1記載の出発物質を炭酸リチウムと
電解二酸化マンガン(γ−MnO2)として、酸素圧力
が5kgf/cm2 の条件でLiMn2 O4 (サンプル
11)を合成した。
【0014】(従来例1)実施例1で高圧酸素雰囲気に
代えて大気雰囲気中(O2 分圧・0.2kgf/c
m2 )にて750℃、24時間加熱し、その後、450
℃まで0.5℃/minの速度で徐冷してLiMn2 O
4 を合成した。 (従来例2)従来例1で750℃、24時間加熱後、加
熱炉の電源を切り炉冷してLiMn 2 O4 を合成した。
その際の450℃までの冷却速度は10℃/minであ
った。
代えて大気雰囲気中(O2 分圧・0.2kgf/c
m2 )にて750℃、24時間加熱し、その後、450
℃まで0.5℃/minの速度で徐冷してLiMn2 O
4 を合成した。 (従来例2)従来例1で750℃、24時間加熱後、加
熱炉の電源を切り炉冷してLiMn 2 O4 を合成した。
その際の450℃までの冷却速度は10℃/minであ
った。
【0015】粉末X線回折により実施例および従来例で
合成したサンプルはサンプル5を除いて全て立方晶の単
相であることを確認した。サンプル5にはMn2 O3 が
共存していた。上記正極活物質と導電剤としてのアセチ
レンブラックおよび結着剤としてのポリ4弗化エチレン
樹脂を重量比で75:20:5の割合で混合して正極合
剤とした。また、正極合剤0.1gを直径16mmに1
ton/cm2 でプレス成型して正極とした。
合成したサンプルはサンプル5を除いて全て立方晶の単
相であることを確認した。サンプル5にはMn2 O3 が
共存していた。上記正極活物質と導電剤としてのアセチ
レンブラックおよび結着剤としてのポリ4弗化エチレン
樹脂を重量比で75:20:5の割合で混合して正極合
剤とした。また、正極合剤0.1gを直径16mmに1
ton/cm2 でプレス成型して正極とした。
【0016】図1の上にセパレーター3として多孔性ポ
リプロピレンフィルムを置いた。負極4として直径16
mm厚さ0.4mmのリチウム板を、ポリプロピレン製
ガスケット5を付けた封口缶6に圧着した。非水電解液
として1モル/1の過塩素酸リチウムを溶解したエチレ
ンカーボネート+1,2−ジメトキシエタン(50vo
l%:50vol%)溶液を用い、これをセパレーター
3上および負極4上に加えた。この後、電池を封口し
た。
リプロピレンフィルムを置いた。負極4として直径16
mm厚さ0.4mmのリチウム板を、ポリプロピレン製
ガスケット5を付けた封口缶6に圧着した。非水電解液
として1モル/1の過塩素酸リチウムを溶解したエチレ
ンカーボネート+1,2−ジメトキシエタン(50vo
l%:50vol%)溶液を用い、これをセパレーター
3上および負極4上に加えた。この後、電池を封口し
た。
【0017】これらの電池の充放電サイクル特性の比較
を行った。なお、本実施例における充放電サイクル試験
は、充放電電流2mA、電圧範囲が4.35Vから2.
75Vの間で定電流充放電することで行った。表1に初
期放電容量および初期放電容量に対する200サイクル
目の放電容量の容量維持率を示す。ここで、放電容量は
正極活物質1g当たりに換算している。
を行った。なお、本実施例における充放電サイクル試験
は、充放電電流2mA、電圧範囲が4.35Vから2.
75Vの間で定電流充放電することで行った。表1に初
期放電容量および初期放電容量に対する200サイクル
目の放電容量の容量維持率を示す。ここで、放電容量は
正極活物質1g当たりに換算している。
【0018】
【表1】
【0019】表1に示すように酸素圧力0.4kgf/
cm2 から10kgf/cm2 の範囲で加熱した後、5
00℃以下の温度まで10℃/min以下の速度で徐冷
するとサイクル特性を改善する効果が大きいことが判
る。大気中で加熱した後、高圧酸素雰囲気下で熱処理し
た場合にも同様の効果が大きいことが判る。
cm2 から10kgf/cm2 の範囲で加熱した後、5
00℃以下の温度まで10℃/min以下の速度で徐冷
するとサイクル特性を改善する効果が大きいことが判
る。大気中で加熱した後、高圧酸素雰囲気下で熱処理し
た場合にも同様の効果が大きいことが判る。
【0020】大気中で加熱した後、高圧酸素雰囲気下で
熱処理した場合にも同様の効果が確認された。酸素が1
0kgf/cm2 越える圧力で合成するとMn2 O3 が
生成してしまい正極性能が低下した。500℃を越える
温度までの徐冷ではサイクル特性改善の効果は小さかっ
た。
熱処理した場合にも同様の効果が確認された。酸素が1
0kgf/cm2 越える圧力で合成するとMn2 O3 が
生成してしまい正極性能が低下した。500℃を越える
温度までの徐冷ではサイクル特性改善の効果は小さかっ
た。
【0021】また、10℃/minを越える徐冷速度で
はサイクル特性改善の効果は小さかった。出発原料には
水酸化リチウムと電解二酸化マンガンの組み合わせが好
ましいことが判る。本実施例では電池の負極材料として
金属リチウムを用いているが、リチウム合金またはリチ
ウムを吸蔵、放出することができる化合物を用いた場合
にも同様の結果を得ている。
はサイクル特性改善の効果は小さかった。出発原料には
水酸化リチウムと電解二酸化マンガンの組み合わせが好
ましいことが判る。本実施例では電池の負極材料として
金属リチウムを用いているが、リチウム合金またはリチ
ウムを吸蔵、放出することができる化合物を用いた場合
にも同様の結果を得ている。
【0022】
【発明の効果】以上の実施例の説明で明らかなように、
本発明によりLiMn2 O4 の製造法を改良し、サイク
ル特性に優れた非水電解液二次電池用正極活物質を提供
することができ、産業上の意義は大きい。
本発明によりLiMn2 O4 の製造法を改良し、サイク
ル特性に優れた非水電解液二次電池用正極活物質を提供
することができ、産業上の意義は大きい。
【図1】本発明の実施例の非水電解液二次電池用活物質
の製造法の試験に用いたコイン形電池の縦断面図
の製造法の試験に用いたコイン形電池の縦断面図
1 正極 2 ケース 3 セパレーター 4 負極 5 ガスケット 6 封口缶
Claims (3)
- 【請求項1】 負極にリチウム、リチウムを吸蔵、放出
しうる化合物またはリチウム合金を、電解液にはリチウ
ム塩を含む非水電解液を用い、かつ正極活物質として、
酸素圧力範囲0.4kgf/cm2 から10kgf/c
m2 、加熱温度範囲600℃から850℃で2時間以上
処理し、その後、500℃以下まで10℃/min以下
の速度で徐冷することにより得られるLiMn2 O4 で
表される物質を用いる非水電解液二次電池。 - 【請求項2】 請求項1記載のLiMn2 O4 として水
酸化リチウムと電解二酸化マンガン(γ−MnO2 )を
出発原料として合成したLiMn2 O4 を用いることを
特徴とする非水電解液二次電池。 - 【請求項3】 非水電解液二次電池に用いられるLiM
n2 O4 で表される正極活物質の製造法であって、出発
原料の混合物又は予め合成したLiMn2 O 4 を、酸素
圧力範囲0.4kgf/cm2から10kgf/cm2、
加熱温度範囲600℃から850℃で2時間以上処理
し、その後500℃以下で10℃/min以下の速度で
徐冷してLiMn2 O4 を得ることを特徴とする正極活
物質の製造法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8062616A JPH09259880A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 非水電解液二次電池及びその正極活物質の製造法 |
EP97104538A EP0797263A2 (en) | 1996-03-19 | 1997-03-17 | Nonaqueous electrolyte secondary cell |
US08/819,708 US5866279A (en) | 1996-03-19 | 1997-03-18 | Nonaqueous electrolyte secondary cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8062616A JPH09259880A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 非水電解液二次電池及びその正極活物質の製造法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09259880A true JPH09259880A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13205436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8062616A Pending JPH09259880A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 非水電解液二次電池及びその正極活物質の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09259880A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11102703A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 非水二次電池 |
WO2011002074A1 (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-06 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウム遷移金属酸化物の製造方法 |
CN114556617A (zh) * | 2019-12-19 | 2022-05-27 | 宝马股份公司 | 锂离子电池以及用于制造锂离子电池的方法 |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP8062616A patent/JPH09259880A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11102703A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 非水二次電池 |
WO2011002074A1 (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-06 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウム遷移金属酸化物の製造方法 |
JP4673451B2 (ja) * | 2009-07-03 | 2011-04-20 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウム遷移金属酸化物の製造方法 |
CN114556617A (zh) * | 2019-12-19 | 2022-05-27 | 宝马股份公司 | 锂离子电池以及用于制造锂离子电池的方法 |
CN114556617B (zh) * | 2019-12-19 | 2024-01-23 | 宝马股份公司 | 锂离子电池以及用于制造锂离子电池的方法 |
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