JPH10275613A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH10275613A
JPH10275613A JP9077235A JP7723597A JPH10275613A JP H10275613 A JPH10275613 A JP H10275613A JP 9077235 A JP9077235 A JP 9077235A JP 7723597 A JP7723597 A JP 7723597A JP H10275613 A JPH10275613 A JP H10275613A
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JP
Japan
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lithium
secondary battery
limn
heating temperature
electrolyte secondary
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Application number
JP9077235A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Wada
博 和田
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy 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 4 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】 負極にリチウム、リチウムを吸蔵、放出
する事ができる化合物又はリチウム合金を、電解液には
リチウム塩を含む非水電解液を用い、正極活物質とし
て、三酸化二マンガンと炭酸リチウムとの混合物を酸素
濃度が10%以上の雰囲気中で加熱温度400℃から最
終加熱温度間の昇温速度を40℃/hr以下とし、60
0℃以上の最終加熱温度で反応させる過程を経て製造さ
れたLiMn 2 4 で表される物質を用いることを特徴
とする非水電解液二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【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質に関わり、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 4
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】
【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。
【0004】
【課題を解決するための手段】リチウム、リチウムを吸
蔵、放出できる化合物又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とする非水電解液二次電池に
おいて、正極活物質として式LiMn2 4 で表される
リチウムマンガン複合酸化物の製造法として、電解二酸
化マンガン等マンガン酸化物或いは炭酸マンガン等マン
ガン塩を熱処理して得られる三酸化二マンガンを用いて
炭酸リチウムと共に加熱・反応させる。この際、雰囲気
は酸素濃度10%以上、特に20%以上が好ましく、4
00℃から最終加熱温度間の昇温速度は40℃/hr以
下とし、600℃以上の最終加熱温度で反応させ、次い
で500℃以下まで10℃/min以下の速度で徐冷す
る過程を経て製造される。上記過程を経て製造されたL
iMn2 4 を用いることを特徴とするものである。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明について更に詳細に説明す
ると、本発明で正極活物質として用いるLiMn2 4
は三酸化二マンガン(Mn2 3 )と炭酸リチウム(L
2 CO3 )とを昇温速度及び降温速度を制御させて製
造されたものである。三酸化二マンガンと炭酸リチウム
とを2:1のモル比となるように配合し、ボールミルな
どで良く粉砕・混合して均一な組成の混合物とする。三
酸化二マンガンと炭酸リチウムとからLiMn2 4
生成する反応は固相反応なので、原料粒径と混合状態が
LiMn2 4 の生成に大きく関係する。従って、粉砕
・混合は、均一な混合物を与え易い液状溶媒を用いた湿
式法によるのが好ましい。
【0006】この原料混合物を600℃以上に加熱し
て、LiMn2 4 を生成させる。最終加熱温度は60
0〜850℃、特に700〜800℃が好ましい。加熱
温度が低いと、初期容量の大きい二次電池を与えるLi
Mn2 4 が生成し難い。逆に温度が高すぎるとリチウ
ムが輝散し、スピネル構造を持つLiMn2 4 が分解
してしまう。
【0007】昇温は400〜850℃間で40℃/hr
以下の速度で行う。本発明者の知見によれば、得られる
LiMn2 4 の正極活物質としての性能は、この昇温
速度により大きく向上する。昇温速度は小さい方が好ま
しく、20℃/hr以下、特に10℃/hr以下が好ま
しい。しかし、2℃/hrよりも小さい速度で昇温して
も得られるLiMn2 4 の正極活物質としての性能
は、殆ど変化しない。従って、2〜10℃/hrで昇温
するのが好ましい。
【0008】また、例えば、400℃で6時間、次いで
450℃で6時間というような段階的な昇温方法でも同
様な性能向上が図られ、本発明でいう昇温速度とは、4
00〜最終加熱温度までの平均昇温速度[(最終加熱温
度−400℃)/(その温度間に要した時間)]を規定
するものである。逆に昇温速度が40℃/hrよりも速
すぎると、サイクル特性に優れたLiMn2 4 が生成
し難い。また、400℃以上で昇温速度を規定するのは
三酸化二マンガンと炭酸リチウムとの反応がこの温度付
近から開始されるためである。
【0009】加熱は酸素濃度10%(容量)以上、好ま
しくは20%以上の雰囲気中で行う。加熱は通常常圧下
で行うが、所望ならば10kgf/cm2 以下の加圧下
で行うこともできる。10kgf/cm2 を超えるよう
な圧力は不必要であり、かつ好ましくない。最終加熱温
度での保持時間は、温度その他の条件にもよるが、通常
は2時間以上であり、10〜48時間で十分である。
【0010】加熱終了後は、反応温度から500℃以
下、望ましくは450℃以下まで、10℃/min以下
の降温速度で徐冷する。本発明者の知見によれば、得ら
れるLiMn2 4 の正極活物質としての性能は、昇温
速度とこの徐冷を組み合わせることにより大きく向上す
る。徐冷期間の降温速度は小さい方が好ましく、5℃/
min以下、特に2℃/min以下で降温されるのが好
ましい。しかし、0.2℃/minよりも小さい降温速
度で冷却しても、得られるLiMn2 4 の正極活物質
としての性能は殆ど変化しない。従って、0.2〜2℃
/minで降温させるのが好ましい。このようにして得
られたLiMn2 4 は、次いで常法により導電剤及び
結着剤を配合し、混合して均一な組成物としたのち、加
圧成形したり、集電体上に塗布して正極とする。
【0011】本発明に係わる非水電解液二次電池は、正
極の活物質として上述のLiMn24 を用いる以外
は、常法に従って製作することができる。例えば、負極
としてはリチウム金属が用いられる。またリチウム金属
に代えて、リチウム−アルミニウム合金などのリチウム
合金やリチウムを吸蔵・放出する物質、例えば炭素など
を用いることもできる。
【0012】電解液としては、リチウム塩を極性溶媒に
溶解した非水電解液が用いられる。極性溶媒としては、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの
アルキルカーボネートが好ましい。これらのアルキルカ
ーボネートは常温で固体であったり高粘度なので、通常
は他の有機溶媒で希釈して用いられる。希釈用溶媒とし
ては、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネートなどの低粘度溶媒を用いるの
が好ましい。リチウム塩としては、LiPF6、LiB
4 、LiClO4 などが用いられる。
【0013】本発明に係わる二次電池が充放電サイクル
特性に優れている理由は不明であるが、三酸化二マンガ
ンと炭酸リチウムとの反応が十分に進み、しかも不純物
相の生成が抑制された正極活物質LiMn2 4 が得ら
れ、さらにそのLiMn2 4 の結晶構造に欠陥が少な
いことが寄与しているものと考えられる。すなわちLi
Mn2 4 はスピネル構造の結晶であるが、常法により
得られるものに比して本発明方法により得られるものは
不純物相の含有が少なく、しかも結晶欠陥が少なく、結
晶の安定性が大きいので、充放電サイクル特性が向上す
るものと考えられる。
【0014】
【実施例】以下に実施例及び比較例により、本発明をさ
らに具体的に説明する。三酸化二マンガンの製造:電解
二酸化マンガンを750℃で24時間、空気中で加熱し
て三酸化二マンガンを製造した。 LiMn2 4 :マンガン化合物とリチウム化合物との
原子比が2:1のモル比となるように配合した。この配
合物にエタノールを加え、乳鉢中でよく摺りつぶし、均
一な混合物とした。得られた混合物を空気気流中で40
0℃から750℃まで所定の速度で昇温し750℃で2
4時間加熱した。次いで徐冷下限温度まで所定の速度で
冷却したのち、室温まで放冷してLiMn2 4 を製造
した。得られたLiMn2 4 は、粉末X線回折によ
り、全て立方晶の単相であることが確認された。表−1
にLiMn2 4 の製造条件を示す。
【0015】
【表1】
【0016】電池の製作:上記で得られたLiMn2
4 と、導電剤としてのアセチレンブラック及び結着剤と
してのポリテトラフルオロエチレンとを、重量比75:
20:5の割合で配合し、乳鉢で混練し均一な混合物と
した。この混合物0.1gを、直径16mmの成形型に
均一な厚さになるように入れ、1ton/cm2 の圧力
でプレス成形して正極を作製した。
【0017】電池ケース内に、多孔性プロピレンフィル
ムからなるセパレーターを挟んで、一方に上記の正極、
他方に直径16mm、厚さ0.4mmのリチウム金属
(負極)を配置し、これに非水電解液を加えてケースを
密封した。非水電解液としては、エチレンカーボネート
と1,2−ジメトキシエタンとの1:1(容量比)混合
液に、過塩素酸リチウムを1モル/lとなるように溶解
したものを用いた。
【0018】初期放電容量及び充放電サイクル特性:上
記で作製した電池につき、初期放電容量及び充放電サイ
クル特性を測定した。充放電サイクル試験は、4.35
Vから2.75Vの範囲で、2mAで定電流充電するこ
とにより行った。結果を表−2に示す。充放電容量維持
率は初期放電容量に対する100サイクル目の放電容量
の比である。放電容量は正極活物質1g当たりに換算し
た値である。また、実施例及び比較例の番号は表−1に
対応している。
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】本発明に係わる非水電解液二次電池は、
充放電サイクルに優れている。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負極にリチウム、リチウムを吸蔵、放出
    する事ができる化合物又はリチウム合金を、電解液には
    リチウム塩を含む非水電解液を用い、正極活物質とし
    て、三酸化二マンガンと炭酸リチウムとの混合物を酸素
    濃度が10%以上の雰囲気中で加熱温度400℃から最
    終加熱温度間の昇温速度を40℃/hr以下とし、60
    0℃以上の最終加熱温度で反応させる過程を経て製造さ
    れたLiMn2 4 で表される物質を用いることを特徴
    とする非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】 最終加熱温度で反応終了後、500℃以
    下まで10℃/min以下の速度で徐冷する過程を経て
    製造されたLiMn2 4 で表される物質を用いること
    を特徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。
  3. 【請求項3】 400℃から最終加熱温度間を10℃/
    hr以下の速度で昇温する過程を経て製造されたLiM
    2 4 を用いることを特徴とする請求項1又は2記載
    の非水電解液二次電池。
  4. 【請求項4】 最終加熱温度で反応終了後、2℃/mi
    n以下の速度で徐冷する過程を経て製造されたLiMn
    2 4 を用いることを特徴とする請求項1又は3記載の
    非水電解液二次電池。
  5. 【請求項5】 450℃以下まで徐冷する過程を経て製
    造されたLiMn24 を用いることを特徴とする請求
    項2、3又は4記載の非水電解液二次電池。
  6. 【請求項6】 三酸化二マンガンと炭酸リチウムとを酸
    素濃度が21%以上の雰囲気中で加熱・反応させる過程
    を経て製造されたLiMn2 4 を用いることを特徴と
    する請求項1ないし5のいずれかに記載の非水電解液二
    次電池。
  7. 【請求項7】 三酸化二マンガンと炭酸リチウムとを7
    00℃〜800℃の最終加熱温度で加熱・反応させる過
    程を経て製造されたLiMn2 4 を用いることを特徴
    とする請求項1ないし6のいずれかに記載の非水電解液
    二次電池。
JP9077235A 1997-03-28 1997-03-28 非水電解液二次電池 Pending JPH10275613A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002226214A (ja) * 2001-01-26 2002-08-14 Tosoh Corp 新規リチウムマンガン複合酸化物及びその製造方法並びにその用途
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WO2012046735A1 (ja) 2010-10-06 2012-04-12 東ソー株式会社 マンガン酸化物及びその製造方法、並びにそれを用いたリチウムマンガン系複合酸化物の製造方法

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