JPH11283627A - Lithium secondary battery and manufacture thereof - Google Patents

Lithium secondary battery and manufacture thereof

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JPH11283627A
JPH11283627A JP11021809A JP2180999A JPH11283627A JP H11283627 A JPH11283627 A JP H11283627A JP 11021809 A JP11021809 A JP 11021809A JP 2180999 A JP2180999 A JP 2180999A JP H11283627 A JPH11283627 A JP H11283627A
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secondary battery
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary battery of a high capacity, having a long cycle lifetime, and a method for manufacturing the same. SOLUTION: A lithium secondary battery comprises at least a negative electrode 301, a positive electrode 303 and an electrolyte 307, in which an oxidation/ reduction reaction of a lithium ion is used for charging/discharging. An electrode having active material which has at least an amorphous phase and 0.48 degree or more of a half-width of the peak at which a highest diffraction intensity appears at an X-ray diffraction angle 2θ in an X-ray diffraction chart representing the diffraction ray intensity at 2θ and which is composed mainly of a material including one or more elements selected from a group of cobalt, nickel, manganese and iron, is used as the negative electrode 301 and/or the positive electrode 303.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
及びその二次電池と製造方法に関する。より詳細には、
二次電池の充放電の繰り返しによって発生する電極活物
質の膨張収縮による電極インピーダンス上昇を抑制して
長寿命化したリチウム二次電池及びその製造方法に関す
る。また、リチウムイオンのインターカーレート及びデ
インターカーレートできるサイトを増加させたことによ
って正極及び負極を高容量化した高エネルギー密度のリ
チウム二次電池及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery, a secondary battery thereof, and a manufacturing method. More specifically,
The present invention relates to a lithium secondary battery having a long life by suppressing an increase in electrode impedance due to expansion and contraction of an electrode active material generated by repeated charge and discharge of a secondary battery, and a method of manufacturing the same. In addition, the present invention relates to a high energy density lithium secondary battery in which the number of sites where lithium ions can be intercalated and deintercalated is increased to increase the capacity of a positive electrode and a negative electrode, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、大気中に含まれるCO2ガス量が
増加しつつある為、温室効果により地球の温暖化が生じ
ると予測されている。火力発電所は、化石燃料などを燃
焼させて得られる熱エネルギーを電気エネルギーに変換
しているが、CO2ガス量を多量に排出する為、新たな
火力発電所を建設することが難しくなってきている。し
たがって、火力発電所などの発電機にて作られた電力の
有効利用として、夜間電力を一般家庭に設置した二次電
池に蓄えて、これを電力消費量が多い昼間に使用して負
荷を平準化する、いわゆるロードレベリングが提案され
ている。
2. Description of the Related Art Recently, the amount of CO 2 gas contained in the atmosphere is increasing, and it is predicted that the greenhouse effect will cause global warming. Thermal power plants convert thermal energy obtained by burning fossil fuels and the like into electric energy, but because it emits a large amount of CO 2 gas, it has become difficult to construct a new thermal power plant. ing. Therefore, as an effective use of the power generated by generators such as thermal power plants, nighttime power is stored in secondary batteries installed in ordinary households, and this is used during the daytime when power consumption is high, and the load is leveled. The so-called road leveling has been proposed.

【0003】また、COX、NOX、CHなどを含む大気
汚染に係わる物質を排出しないという特徴を有する電気
自動車用途では、高エネルギー密度の二次電池の開発が
期待されている。さらに、ブック型パーソナルコンピュ
ーター、ワードプロセッサー、ビデオカメラ及び携帯電
話などのポータブル機器の電源用途では、小型・軽量で
高性能な二次電池の開発が急務になっている。
[0003] Further, for electric vehicles which are characterized in that they do not emit substances related to air pollution including CO X , NO X , CH and the like, development of secondary batteries with high energy density is expected. Furthermore, for the power supply of portable devices such as book-type personal computers, word processors, video cameras, and mobile phones, there is an urgent need to develop small, lightweight, and high-performance secondary batteries.

【0004】小型・軽量で高性能な二次電池としては、
黒鉛層間化合物を二次電池の負極に応用する例がJOUNAL
OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 117, 222 (1970)に
報告されて以来、例えば、炭素材を負極活物質に、リチ
ウムイオンを層間化合物に導入したものを正極活物質に
用い、炭素材の層間に充電反応でリチウムイオンをイン
ターカーレートして蓄えるロッキングチェアー型二次電
池いわゆる"リチウムイオン電池"の開発が進み、実用化
されている。このリチウムイオン電池では、ゲスト材料
であるリチウムイオンを層間にインターカレートでき
る、ホスト材料である炭素材を負極に用いることによっ
て、充電時のリチウムのデンドライト成長を抑えて、充
放電サイクルにおいて長寿命を達成している。
As a small, lightweight and high-performance secondary battery,
JOUNAL is an example of applying graphite intercalation compounds to the anode of secondary batteries
Since it was reported in OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 117, 222 (1970), for example, a carbon material was used as the negative electrode active material and lithium ion introduced into the intercalation compound was used as the positive electrode active material. The so-called "lithium ion battery", which is a rocking chair type secondary battery that intercalates and stores lithium ions, has been developed and put into practical use. In this lithium-ion battery, the carbon material as the host material, which can intercalate lithium ions as the guest material between layers, is used for the negative electrode, thereby suppressing the growth of lithium dendrites during charging and providing a long life in the charge-discharge cycle. Have achieved.

【0005】上述のリチウムイオン電池では長寿命の二
次電池を達成できることから、更に負極に各種の炭素材
を応用する提案及び研究も盛んに行われている。特開昭
62−122066では、水素 / 炭素の原子比が0.15未満、(00
2)面の面間隔が0.337ナノメートル以上、c軸の結晶子の
大きさが15ナノメートル以下である炭素材料を負極に用
いた二次電池が提案されている。また、特開昭63−2172
95では、(002)面の面間隔が0.370ナノメートル以上、真
密度が1.70g/ml未満、かつ空気気流中における示差熱分
析で700℃以上に発熱ピークを有しない、炭素材料を負
極に用いた二次電池が提案されている。各種炭素材の電
池負極への応用する研究例として、電気化学,Vol 57, p
614 (1989)では炭素繊維、第34回電池討論会講演要旨
集, p77 (1993)ではメソフェーズ微小球体、第33回電池
討論会講演要旨集, p 217 (1992)では天然グラファイ
ト、第34回電池討論会講演要旨集, p 77 (1993)ではグ
ラファイトウィスカー、電気化学協会第58回大会講演要
旨集, p158(1991)ではフルフリルアルコール樹脂の焼成
体が報告されている。
[0005] Since the above-mentioned lithium-ion battery can achieve a long-life secondary battery, proposals and studies for applying various carbon materials to the negative electrode have been actively made. JP
In 62-122066, the atomic ratio of hydrogen / carbon is less than 0.15, (00
2) A secondary battery using a carbon material having a plane spacing of 0.337 nm or more and a c-axis crystallite size of 15 nm or less as a negative electrode has been proposed. Also, JP-A-63-2172
In 95, a carbon material is used for the negative electrode, where the (002) plane spacing is 0.370 nm or more, the true density is less than 1.70 g / ml, and there is no exothermic peak at 700 ° C or more in differential thermal analysis in an air stream. Secondary batteries have been proposed. Electrochemical, Vol 57, p.
614 (1989) carbon fiber, 34th Battery Symposium Proceedings, p77 (1993) mesophase microspheres, 33rd Symposium Battery Speech, p217 (1992) natural graphite, 34th Battery Abstracts of the debates, p 77 (1993), graphite whiskers, and the 58th Annual Meeting of the Electrochemical Society of Japan, p 158 (1991), report fired furfuryl alcohol resins.

【0006】しかし、リチウムを貯蔵する負極活物質と
して炭素材を用いるリチウムイオン電池では、充放電の
繰り返し中安定して取り出せる放電容量(リチウムのデ
インターカーレート)が、黒鉛層間化合物の理論容量を
越えるものはまだ得られていない。すなわち炭素原子6
個に対して1個のリチウム原子を蓄えられる黒鉛層間化
合物の理論容量を越えるものはまだ得られていない。し
たがって、炭素材を負極活物質としているリチウムイオ
ン電池は、サイクル寿命は長いが、金属リチウムそのも
のを負極活物質に使用するリチウム電池のエネルギー密
度には及ばない。仮に、充電時にリチウムイオン電池の
炭素材負極に理論容量以上のリチウム量をインターカレ
ートしようとした場合には、炭素材負極表面にリチウム
金属がデンドライト(樹枝)状に成長し、最終的には充放
電サイクルの繰り返しで負極と正極間の内部短絡に至る
ので、グラファイト負極の理論容量を越える"リチウム
イオン電池"では実用化するに十分なサイクル寿命が得
られていない。
However, in a lithium ion battery using a carbon material as a negative electrode active material for storing lithium, the discharge capacity (deintercalation rate of lithium) that can be stably taken out during repeated charge / discharge depends on the theoretical capacity of the graphite intercalation compound. Nothing beyond that has yet been obtained. Ie 6 carbon atoms
Nothing exceeding the theoretical capacity of a graphite intercalation compound capable of storing one lithium atom per piece has yet been obtained. Therefore, a lithium ion battery using a carbon material as a negative electrode active material has a long cycle life, but does not reach the energy density of a lithium battery using metallic lithium itself as the negative electrode active material. If an attempt is made to intercalate a lithium amount greater than the theoretical capacity to the carbon material negative electrode of a lithium ion battery during charging, lithium metal grows in dendrite (dendritic) form on the carbon material negative electrode surface, and eventually Since repeated charge / discharge cycles lead to internal short circuit between the negative electrode and the positive electrode, a "lithium-ion battery" exceeding the theoretical capacity of the graphite negative electrode has not obtained a sufficient cycle life for practical use.

【0007】これに対し、金属リチウムを負極に用いた
高容量のリチウム二次電池の実用も望まれているが、実
現には至っていない。その理由は、充放電のサイクル寿
命が極めて短いためである。充放電のサイクル寿命が極
めて短い主原因としては、金属リチウムが電解液中の水
分などの不純物や有機溶媒と反応して電極上に絶縁膜を
形成し、これが原因で充放電の繰り返しによってリチウ
ム金属がデンドライト(樹枝)状に成長し、負極と正極間
の内部短絡を引き起こし寿命に至ることにあると、一般
的に考えられている。
On the other hand, practical use of a high-capacity lithium secondary battery using metallic lithium as a negative electrode has been desired, but has not been realized. The reason is that the charge and discharge cycle life is extremely short. The main cause of the extremely short charge / discharge cycle life is that lithium metal reacts with impurities such as moisture in the electrolyte and organic solvents to form an insulating film on the electrode. Is generally considered to grow in dendrite (dendritic) form, causing an internal short circuit between the negative electrode and the positive electrode, leading to the end of life.

【0008】また、上述のリチウムのデンドライトが成
長して負極と正極が短絡状態となった場合、電池の持つ
エネルギーがその短絡によって短時間に消費されること
によって発熱したり、電解液の溶媒が分解してガスを発
生することによって内圧が高まったりして電池を破損し
てしまう場合もある。
Further, when the above-mentioned lithium dendrite grows and the negative electrode and the positive electrode are short-circuited, the energy of the battery is consumed in a short time due to the short-circuit, and heat is generated, or the solvent of the electrolyte is consumed. Decomposition and generation of gas may increase the internal pressure or damage the battery.

【0009】上述の金属リチウム負極の問題点である、
金属リチウムと電解液中の水分や有機溶媒とが反応する
のを抑えるために、負極にリチウムとアルミニウムなど
からなるリチウム合金を用いる方法も提案されている。
しかしながら、この場合、リチウム合金が硬いためにス
パイラル状に巻くことができないのでスパイラル円筒形
電池の作製ができないこと、サイクル寿命が思ったほど
延びないこと、金属リチウムを負極に用いた電池に匹敵
するエネルギー密度は得られないこと、などの理由か
ら、広範囲な実用化には至っていないのが現状である。
The above-mentioned problems of the metal lithium anode are as follows.
In order to suppress the reaction between metallic lithium and the water or organic solvent in the electrolytic solution, a method using a lithium alloy composed of lithium, aluminum, or the like for the negative electrode has been proposed.
However, in this case, since the lithium alloy is hard and cannot be spirally wound, a spiral cylindrical battery cannot be manufactured, the cycle life is not extended as expected, and it is comparable to a battery using lithium metal as the negative electrode. At present, it has not been put to practical use in a wide range because energy density cannot be obtained.

【0010】特開平5-190171、特開平5-47381、特開昭6
3-114057、特開昭63-13264号公報では負極に各種リチウ
ム合金を使用する案、及び特開平5-234585ではリチウム
表面にリチウムと金属間化合物を生成しにくい金属粉を
設ける案が提案されているが、いずれも負極の寿命を飛
躍的に伸ばす決定的な方法となり得ていない。
JP-A-5-190171, JP-A-5-47381, JP-A-6
3-114057, JP-A-63-13264 proposes using various lithium alloys for the negative electrode, and JP-A-5-234585 proposes providing a metal powder on the lithium surface that does not easily produce lithium and an intermetallic compound. However, none of these methods can be a decisive method for dramatically extending the life of the negative electrode.

【0011】一方、JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMIS
STRY 22 (1992) 620-627には、リチウム一次電池よりエ
ネルギー密度が劣るが、表面がエッチングされたアルミ
ニウム箔を負極として用いた高エネルギー密度のリチウ
ム二次電池の報告が掲載されている。しかし、充放電サ
イクルを実用域まで繰り返した場合、アルミニウム箔が
膨張収縮を繰り返し、亀裂が入ってしまい、集電性が低
下するとともにデンドライトの成長が起こり、実用レベ
ルで使用可能なサイクル寿命を有する二次電池は得られ
ていない。
On the other hand, JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMIS
STRY 22 (1992) 620-627 describes a high-energy-density lithium secondary battery that uses aluminum foil with an etched surface as the negative electrode, although its energy density is lower than that of a lithium primary battery. However, when the charge / discharge cycle is repeated up to the practical use range, the aluminum foil repeatedly expands and contracts, cracks are generated, the current collecting property is reduced and dendrite growth occurs, and the cycle life can be used at a practical level. No secondary battery has been obtained.

【0012】このような事情から、現在実用化されてい
る炭素材負極より長寿命でかつ高エネルギー密度の負極
材料の開発が熱望されている。
Under such circumstances, development of a negative electrode material having a longer life and a higher energy density than a carbon material negative electrode currently in practical use is eagerly desired.

【0013】更に、高エネルギー密度のリチウム二次電
池を実現するには、負極のみならず正極材料の開発も必
須である。現状では、正極活物質としてリチウムイオン
を層間化合物に挿入(インターカレート)したリチウム−
遷移金属酸化物が主に使用されているが、理論容量の40
〜60%の放電容量しか達成されていない。特に実用化電
池として長サイクル寿命の電池を得ようとすると、理論
容量に対してできるだけ少ない量しか充放電できず、高
容量化に反する。これは、例えば第34回電池討論会2
A04(p39−40)よりコバルト酸リチウムを例に
とると、コバルト酸リチウムを充電してリチウムをデイ
ンターカレートしていくと3/4を超えたあたりで結晶構
造が単斜晶から六方晶へ変化する。その際、C軸が極端
に縮むため、次の放電以降リチウムの可逆性が極端に悪
くなりサイクル特性が悪くなる。これはニッケル酸リチ
ウム等においても同様の現象が起こることが知られてい
る。
Further, in order to realize a lithium secondary battery having a high energy density, it is essential to develop not only a negative electrode but also a positive electrode material. At present, lithium-ion is inserted (intercalated) into the intercalation compound as a positive electrode active material.
Transition metal oxides are mainly used, but have a theoretical capacity of 40
Only ~ 60% discharge capacity has been achieved. In particular, if a battery having a long cycle life is to be obtained as a battery for practical use, only a minimum amount of charge and discharge can be performed with respect to the theoretical capacity, which is contrary to the increase in capacity. This is, for example, the 34th Battery Symposium 2
Taking lithium cobalt oxide as an example from A04 (p39-40), when lithium cobalt oxide is charged and lithium is deintercalated, the crystal structure changes from monoclinic to hexagonal at around 3/4. Changes to At this time, since the C axis is extremely reduced, the reversibility of lithium is extremely deteriorated after the next discharge, and the cycle characteristics are deteriorated. It is known that the same phenomenon occurs in lithium nickel oxide and the like.

【0014】この構造変化を抑制する為、例えば第34
回電池討論会2A08(p47−48)ではコバルト酸
リチウム中のリチウムの一部をナトリウム、カリウム、
銅、銀で置換すること等が提案されているが、利用率及
びサイクル特性を向上するには至っていない。また、ニ
ッケル酸リチウムに対してはコバルト、マンガン、アル
ミニウム等の添加が報告されているがいずれも結晶構造
変化を抑制し利用率の向上及びサイクル特性を改善させ
るには至っていない。
In order to suppress this structural change, for example,
In the 2nd session of the debate on batteries 2A08 (p47-48), part of lithium in lithium cobaltate was changed to sodium, potassium,
Substitution with copper or silver has been proposed, but has not been improved in utilization rate and cycle characteristics. In addition, addition of cobalt, manganese, aluminum and the like to lithium nickelate has been reported, but none of them has been able to suppress the change in crystal structure, improve the utilization factor and improve the cycle characteristics.

【0015】以上のような状況からも解るように、リチ
ウムイオンをゲストとして充放電反応に利用する、"リ
チウムイオン電池"も含めたリチウム二次電池(以下、
本発明ではリチウムイオンの酸化還元反応によるインタ
ーカレーションとデインターカレーション反応を電極に
おける充放電反応に利用した二次電池を、炭素材を負極
に用いる"リチウムイオン電池"も含めて、リチウム二次
電池と呼ぶ)では、実用域のサイクル寿命を備え、かつ
現在実用化されている炭素材負極及び遷移金属酸化物正
極より更なる高容量な負極及び正極の開発が強く望まれ
ている。
As can be understood from the above situation, lithium secondary batteries including lithium ion batteries (hereinafter, referred to as “lithium ion batteries”) utilizing lithium ions as guests for charge / discharge reactions.
In the present invention, a secondary battery utilizing the intercalation and deintercalation reactions by the oxidation-reduction reaction of lithium ions for the charge / discharge reaction at the electrode is used for lithium secondary batteries including a “lithium ion battery” using a carbon material for the negative electrode. It is strongly desired to develop a negative electrode and a positive electrode having a cycle life in a practical range and having higher capacities than the carbon material negative electrode and the transition metal oxide positive electrode which are currently in practical use.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたもので、その課題とすることろは、リチ
ウムイオンの酸化還元反応を充放電反応に利用するリチ
ウム二次電池において、高容量な正極あるいは負極を構
成する高容量正極活物質あるいは負極活物質を有する電
極を備えた二次電池並びにその製造方法を提供すること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a lithium secondary battery using a redox reaction of lithium ions for a charge / discharge reaction. An object of the present invention is to provide a secondary battery provided with an electrode having a high-capacity positive electrode active material or a negative electrode active material constituting a high-capacity positive electrode or negative electrode, and a method for manufacturing the same.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、少なく
とも負極、正極、電解質からなり、リチウムイオンの酸
化還元反応反応を充放電に利用したリチウム二次電池に
おいて、 (a)少なくとも非晶質相を有しX線回折角度2θに対
する回折線強度を取ったX線回折チャートにおける2θ
に対して最も強い回折強度が現れたピークの半価幅が0.
48度以上であって、非晶質相を含有しかつコバルト、ニ
ッケル、マンガン、鉄から選択される少なくとも一種類
以上の元素を含む材料を成分とする、活物質を有する電
極を、該負極及び/又は該正極として用いたリチウム二
次電池である。
SUMMARY OF THE INVENTION A first aspect of the present invention is a lithium secondary battery comprising at least a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte and utilizing the oxidation-reduction reaction of lithium ions for charge and discharge. 2θ in an X-ray diffraction chart obtained by taking diffraction line intensity with respect to X-ray diffraction angle 2θ having a phase
The half-value width of the peak at which the highest diffraction intensity appeared was 0.
At least 48 degrees, containing an amorphous phase and cobalt, nickel, manganese, and a material containing at least one element selected from iron as a component, an electrode having an active material, the negative electrode, And / or a lithium secondary battery used as the positive electrode.

【0018】本発明の第二は、少なくとも負極、正極、
電解質からなり、リチウムイオンの酸化還元反応を充放
電に利用した二次電池において、負極が、 (b)少なくとも非晶質相を含有し、X線回折で2θに
対して最も強い回折強度が現れたピークの半価幅が0.48
度以上であり、非晶質相を有した金属元素及び炭素から
選択される少なくとも一種類以上を含む材料と、リチウ
ム電池の充放電反応中に前記活物質が用いられる電極に
おいてリチウム以外の物質に対して電気化学的に不活性
となる材料との複合体を活物質として有する電極であ
る、リチウム二次電池である。
In the second aspect of the present invention, at least a negative electrode, a positive electrode,
In a secondary battery composed of an electrolyte and utilizing the oxidation-reduction reaction of lithium ions for charge and discharge, the negative electrode contains (b) at least an amorphous phase, and the strongest diffraction intensity for 2θ appears in X-ray diffraction. The peak half width is 0.48
Degree or more, a material containing at least one or more selected from a metal element having an amorphous phase and carbon, and a material other than lithium in an electrode in which the active material is used during a charge and discharge reaction of a lithium battery. On the other hand, a lithium secondary battery is an electrode having a complex with a material that is electrochemically inactive as an active material.

【0019】また、本発明によると、結晶性の材料に物
理エネルギーを付与することによって非晶質相を有した
材料を調製し、該非晶質相を有した材料を正極活物質及
び/又は負極活物質に用いて電極を形成することを特徴
とするリチウム二次電池の製造方法、が提供される。
According to the present invention, a material having an amorphous phase is prepared by applying physical energy to a crystalline material, and the material having the amorphous phase is used as a positive electrode active material and / or a negative electrode. A method for manufacturing a lithium secondary battery, wherein an electrode is formed using an active material, is provided.

【0020】尚、本発明においては、“活物質”とは電
池における充電及び放電の電気化学反応(該反応の繰返
し)に関与する物質を総称するものである。
In the present invention, the term "active material" is a general term for substances involved in the electrochemical reaction of charging and discharging in a battery (repetition of the reaction).

【0021】(作用)本発明によれば、少なくとも負
極、正極、電解質から形成され、リチウムイオンの酸化
還元反応を充放電に利用したリチウム二次電池におい
て、少なくとも非晶質相を含有し、X線回折角度2θに
対する回折線強度を取ったX線回折チャートにおける2
θに対して最も強い回折強度が現れたピークの半価幅が
0.48度以上で、非晶質相を含有し、かつコバルト、ニッ
ケル、マンガン、鉄から少なくとも選択される一種類以
上の元素からなる化合物を活物質として用いた電極を用
いることによって、放電容量が大きく、かつサイクル寿
命が長いリチウム二次電池を提供することができる。
(Action) According to the present invention, a lithium secondary battery formed of at least a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte and utilizing the oxidation-reduction reaction of lithium ions for charge and discharge contains at least an amorphous phase, 2 in the X-ray diffraction chart obtained by taking the diffraction line intensity for the X-ray diffraction angle 2θ
The half-value width of the peak where the strongest diffraction intensity appears for θ is
0.48 degrees or more, containing an amorphous phase, and cobalt, nickel, manganese, by using an electrode using a compound consisting of at least one element selected from iron as an active material, the discharge capacity is large In addition, a lithium secondary battery having a long cycle life can be provided.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明における第一及び第二のリ
チウム二次電池における、具体的な電極の組み合わせに
よる形態は下記のようになる。 1)上記少なくとも非晶質相を有し、X線回折角度2θ
に対する回折線強度を取ったX線回折チャートにおける
2θに対して最も強い回折強度が現れたピークの半価幅
が0.48度以上である活物質であって、非晶質相を有しか
つコバルト、ニッケル、マンガン、鉄から選択される少
なくとも一種類以上の元素を含む材料を成分とする、活
物質を有する電極(a)を正極に用いたリチウム二次電
池。 2)上記電極(a)を負極に用いたリチウム二次電池。 3)上記電極(a)を正極及び負極に用い、かつ正極と
負極の活物質組成が異なるリチウム二次電池。 4)上記少なくとも非晶質相を含有し、X線回折で2θ
に対して最も強い回折強度が現れたピークの半価幅が0.
48度以上であり、非晶質相を有した金属元素及び炭素か
ら選択される少なくとも一種類以上を含む材料と、リチ
ウム電池の充放電反応中に前記活物質が用いられる電極
においてリチウム以外の物質に対して電気化学的に不活
性な材料との複合体を活物質として有する電極(b)を
負極に用いたリチウム二次電池。 5)上記電極(a)を正極に用い、上記電極(b)を負
極に用いたリチウム二次電池。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the first and second lithium secondary batteries according to the present invention, the specific form of the combination of electrodes is as follows. 1) X-ray diffraction angle 2θ having at least the amorphous phase
An active material in which the half-width of the peak at which the highest diffraction intensity appears for 2θ in the X-ray diffraction chart obtained by taking the diffraction line intensity is 0.48 degrees or more, having an amorphous phase and cobalt, A lithium secondary battery comprising, as a positive electrode, an electrode (a) having an active material, comprising a material containing at least one or more elements selected from nickel, manganese, and iron. 2) A lithium secondary battery using the electrode (a) as a negative electrode. 3) A lithium secondary battery using the above-mentioned electrode (a) for a positive electrode and a negative electrode, and different in active material composition between the positive electrode and the negative electrode. 4) It contains at least the amorphous phase and has 2θ by X-ray diffraction.
The half-value width of the peak at which the highest diffraction intensity appeared was 0.
At least 48 degrees, a material containing at least one or more selected from a metal element having an amorphous phase and carbon, and a material other than lithium at the electrode where the active material is used during a charge and discharge reaction of a lithium battery. A lithium secondary battery using, as a negative electrode, an electrode (b) having a complex with an electrochemically inert material as an active material. 5) A lithium secondary battery using the electrode (a) as a positive electrode and the electrode (b) as a negative electrode.

【0023】以下、各形態において使用する電極(a)
及び(b)について詳細に説明する。電極(a)は、上
述したようなX線回折による特性を持ち、非晶質相を有
しかつコバルト、ニッケル、マンガン、鉄から少なくと
も選択される一種類以上の元素を含む材料を成分とす
る、活物質を有するもので、上記1)、2)、3)、
5)の形態でリチウム二次電池の正極及び/又は負極に
用いる。かかる活物質を構成する非晶質相を有する材料
は、好ましくはリチウム電池の充放電反応に関して可逆
性がある、即ちリチウムイオンの酸化還元反応を生じさ
せる、コバルト、ニッケル、マンガン、鉄から少なくと
も選択される一種類以上の元素を含有する結晶性の材料
を出発物質とし、これを非晶質化することによって得た
ものである。かかる活物質は、リチウム二次電池の正極
又は負極に用いた場合、リチウムイオンのインターカー
レート及びデインターカーレートできるサイトが増大し
ており、高容量の正極活物質あるいは負極活物質として
機能する。
Hereinafter, the electrode (a) used in each embodiment
And (b) will be described in detail. The electrode (a) has a characteristic by X-ray diffraction as described above, has an amorphous phase, and contains, as a component, a material containing at least one element selected from cobalt, nickel, manganese, and iron. , Having an active material, the above 1), 2), 3),
It is used for the positive electrode and / or the negative electrode of the lithium secondary battery in the form of 5). The material having an amorphous phase constituting such an active material is preferably at least selected from cobalt, nickel, manganese, and iron, which are reversible with respect to the charge / discharge reaction of a lithium battery, that is, cause a redox reaction of lithium ions. It is obtained by using a crystalline material containing one or more kinds of elements as a starting material and amorphizing it. When such an active material is used for a positive electrode or a negative electrode of a lithium secondary battery, sites where lithium ions can be intercalated and deintercalated are increased, and the active material functions as a high-capacity positive electrode active material or a negative electrode active material. .

【0024】また、上記コバルト、ニッケル、マンガ
ン、鉄から選択される一種類以上の元素を含有する結晶
性の材料の非晶質化の際に、リチウム電池の充放電反応
中に当該活物質が用いられる電極において電気化学的に
不活性となる材料、またはリチウム電池の充放電反応中
に当該活物質が用いられる電極においてリチウム以外の
物質に対して電気化学的に不活性となる材料を同時に添
加して複合化することがより好ましい。このようにして
最終的に得られる非晶質相を有する化合物(複合体)
は、上述の電気化学的に不活性となる材料を出発物質で
ある結晶質の材料の表面で反応させ、この結晶性材料の
結晶質の部分を別の状態、すなわち原子配列を不規則化
した非晶質状態にさせたものである。また、場合によっ
ては電気化学的に不活性となる材料が非晶質材料と反応
してその内部にまで拡散して結晶質の材料が別の状態に
なる場合もあると推定される。
When the crystalline material containing at least one element selected from the group consisting of cobalt, nickel, manganese, and iron is made amorphous, the active material is not charged during the charge / discharge reaction of the lithium battery. At the same time, add a material that is electrochemically inactive at the electrode used, or a material that is electrochemically inert to substances other than lithium at the electrode where the active material is used during the charge / discharge reaction of the lithium battery It is more preferable to combine them. Compound (composite) having amorphous phase finally obtained in this way
Reacted the above-mentioned electrochemically inactive material on the surface of the crystalline material as a starting material, and changed the crystalline portion of this crystalline material into another state, that is, disordered atomic arrangement. It is in an amorphous state. Further, in some cases, it is presumed that the electrochemically inactive material reacts with the amorphous material and diffuses into the amorphous material to change the crystalline material to another state.

【0025】上述したような複合化を採用すると、結晶
質材料を非晶質化する速度が速くなる点、また最終的に
得られる非晶質相を有する材料(複合体)においてリチ
ウムイオンのインターカーレート及びデインターカーレ
ートできるサイトがより増大する点、更に上記電気化学
的に不活性となる材料として導電性のある材料を用いれ
ば、最終的に得られる非晶質相を有する複合体が、リチ
ウム二次電池用として可逆性のある材料(コバルト、ニ
ッケル、マンガン、鉄から選択される少なくとも一種の
元素からなる材料)の粒子のまわりを上記の電気化学的
に不活性となる材料で被覆した構造となり、リチウム二
次電池用として可逆性のある材料の導電性を向上させる
ことができる点で有利である。
The adoption of the above-described complexing increases the rate at which the crystalline material is made amorphous, and furthermore, the lithium ion intercalation in the finally obtained material (composite) having an amorphous phase. The point that the number of sites where the carrate and the deintercalate can be increased is further increased, and furthermore, if a conductive material is used as the electrochemically inactive material, a composite having an amorphous phase finally obtained is obtained. Around particles of a reversible material for lithium secondary batteries (a material comprising at least one element selected from cobalt, nickel, manganese, and iron) with the above-described electrochemically inactive material This is advantageous in that the conductivity of a reversible material for a lithium secondary battery can be improved.

【0026】このような電極(a)の活物質を構成する
非晶質相を有する材料を得るための出発物質としての結
晶性材料としては、上記コバルト、ニッケル、マンガ
ン、鉄から選択される一種類以上の元素を含有する材料
であって(これら金属単体を含む)、好ましくはリチウ
ムイオンを電気化学的に挿入もしくは脱離可能な遷移金
属化合物、より好ましくは遷移金属の酸化物、窒化物、
硫化物、水酸化物、過酸化物あるいはリチウムを含有し
た遷移金属の酸化物、窒化物、硫化物、水酸化物過酸化
物等が用いられる。また、リチウム以外のアルカリ金属
を含有した、上記遷移金属の酸化物や過酸化物あるい
は、上記リチウムを含有した遷移金属の酸化物や過酸化
物等も用いられる。ここで、コバルト、ニッケル、マン
ガン、鉄の化合物は4V級の高電圧を発現するので、こ
のような材料を必須成分として含む活物質を有する電極
を用いた二次電池は高エネルギー密度が得られる点が特
徴である。また、コバルト、ニッケル、マンガン、鉄の
化合物は充放電を繰り返しても可逆性を維持し、長寿命
の電極である点も有利である。
As a crystalline material as a starting material for obtaining a material having an amorphous phase constituting the active material of the electrode (a), one selected from the above-mentioned cobalt, nickel, manganese, and iron A material containing more than one kind of element (including these metal elements), preferably a transition metal compound capable of electrochemically inserting or removing lithium ions, more preferably an oxide or nitride of a transition metal,
Oxides, nitrides, sulfides, hydroxide peroxides, and the like of sulfides, hydroxides, peroxides, and transition metals containing lithium are used. Further, an oxide or a peroxide of the above-mentioned transition metal containing an alkali metal other than lithium, or an oxide or a peroxide of the above-mentioned transition metal containing lithium may be used. Here, since a compound of cobalt, nickel, manganese, and iron expresses a high voltage of 4V class, a secondary battery using an electrode having an active material containing such a material as an essential component can have a high energy density. The feature is the point. Further, the compounds of cobalt, nickel, manganese, and iron are also advantageous in that they maintain reversibility even after repeated charging and discharging, and are long-life electrodes.

【0027】かかる材料において、コバルト、ニッケ
ル、マンガン、鉄に加えて、遷移金属元素、例えば、部
分的にd殻あるいはf殻を有する元素であるところの、S
c,Y, ランタノイド, アクチノイド, Ti, Zr, Hf, V, N
b, Ta, Cr, Mo, W, Tc, Re, Fe,Ru, Os, Rh, Ir, Pd, P
t, Cu, Ag, Auを加えることができる。ここで、材料の
組成によって、最終的に得られる非晶質相を有する材料
を、正極の活物質あるいは負極の活物質に選択して用い
る。特に、上記コバルト、ニッケル、マンガン、鉄のう
ちの元素のみで構成される材料より得る材料について
は、負極活物質に用いる。
In such a material, in addition to cobalt, nickel, manganese, and iron, a transition metal element, for example, S which is an element partially having a d shell or an f shell,
c, Y, Lanthanoid, Actinoid, Ti, Zr, Hf, V, N
b, Ta, Cr, Mo, W, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Rh, Ir, Pd, P
t, Cu, Ag, Au can be added. Here, depending on the composition of the material, a material having an amorphous phase finally obtained is selected and used as a positive electrode active material or a negative electrode active material. In particular, a material obtained from a material composed of only the above elements of cobalt, nickel, manganese, and iron is used as the negative electrode active material.

【0028】また、上記コバルト、ニッケル、マンガ
ン、鉄から選択される一種類以上の元素を含有する結晶
性材料から得られる非晶質相を有する材料と好適に複合
化される、リチウム電池の充放電反応中に当該活物質が
用いられる電極において電気化学的に不活性となる材
料、またはリチウム電池の充放電反応中に当該活物質が
用いられる電極においてリチウム以外の物質に対して電
気化学的に不活性となる材料としては、上記コバルト、
ニッケル、マンガン、鉄から選択される一種類以上の元
素を含有する材料とは異なる元素構成、組成の材料であ
って、金属、炭素材料、金属を含む化合物等を用いるこ
とができる。
[0028] In addition, the charging of a lithium battery, which is preferably compounded with a material having an amorphous phase obtained from a crystalline material containing at least one element selected from the group consisting of cobalt, nickel, manganese, and iron. A material that becomes electrochemically inactive at the electrode where the active material is used during the discharge reaction, or electrochemically reacts with a material other than lithium at the electrode where the active material is used during the charge / discharge reaction of a lithium battery. Inert materials include the above cobalt,
It is a material having an element configuration and composition different from a material containing at least one element selected from nickel, manganese, and iron, and a metal, a carbon material, a compound containing a metal, or the like can be used.

【0029】ここで、電気化学的に不活性となる材料と
は、電池(あるいは電極)を充放電(酸化還元)する際、
該材料の用いられる電極においてリチウムイオンと反
応(インターカーレート-デインターカーレート)しな
い、電解液と反応しない、別の物質に変化しない、
例えば添加した金属が酸化物等に変化しない、すなわち
添加した金属等が充放電に直接関与(電池充放電中、リ
チウムのインターカーレート-デインターカーレート反
応以外の反応が起こらない事)しないといった性能を備
えるものであるが、“リチウム電池の充放電反応中に電
気化学的に不活性となる材料”とは、該材料が用いられ
た電極において上記の要件〜の全てを満たすもので
あり、また“リチウム電池の充放電反応中においてリチ
ウム以外の物質に対して電気化学的に不活性となる材
料”とは、該材料が用いられた電極において上記の要件
を満たさず、要件及びを夫々満たすものであり、
用いられる電極及び対極となる電極の材料の電位との関
係を考慮して選択して用いることができる。そして、
“リチウム電池の充放電反応中に電気化学的に不活性と
なる材料”とコバルト、ニッケル、マンガン、鉄から選
択される少なくとも一種の元素からなる材料とを複合化
した材料を活物質として有する電極(a)は正極に、ま
た“リチウム電池の充放電反応中においてリチウム以外
の物質に対して電気化学的に不活性となる材料”とコバ
ルト、ニッケル、マンガン、鉄から選択される少なくと
も一種の元素からなる材料とを複合化した材料を活物質
として有する電極(a)は負極に用いる。
Here, the electrochemically inactive material refers to a material that is charged or discharged (oxidized and reduced) in a battery (or an electrode).
Does not react with lithium ions (intercalate-deintercalate) at the electrode where the material is used, does not react with the electrolytic solution, does not change to another substance,
For example, the added metal does not change into an oxide or the like, that is, the added metal or the like does not directly participate in charge / discharge (a reaction other than an intercalate-deintercalate reaction of lithium does not occur during battery charge / discharge). Although having a performance, "a material that is electrochemically inactive during the charge / discharge reaction of a lithium battery" is a material that satisfies all of the above requirements in an electrode using the material, Further, “a material that is electrochemically inert to substances other than lithium during a charge / discharge reaction of a lithium battery” does not satisfy the above-described requirements in an electrode using the material, but satisfies the requirements and the respective requirements. Things,
It can be selected and used in consideration of the relationship between the electrode used and the potential of the material of the electrode serving as the counter electrode. And
Electrode having as active material a composite material of "a material that becomes electrochemically inactive during charge / discharge reaction of lithium battery" and a material composed of at least one element selected from cobalt, nickel, manganese, and iron (A) is a positive electrode, "a material that is electrochemically inert to substances other than lithium during a charge / discharge reaction of a lithium battery" and at least one element selected from cobalt, nickel, manganese, and iron The electrode (a) having, as an active material, a material obtained by compounding a material consisting of

【0030】上記リチウム二次電池の充放電反応中に当
該活物質が用いられる電極において電気化学的に不活性
となる材料、または上記リチウム二次電池の充放電反応
中に当該活物質が用いられる電極においてリチウム以外
の物質に対して電気化学的に不活性となる材料として用
いる金属としては、電導度が高い材料が望ましい。ま
た、充放電中電解液と反応したり、電解液に溶解しない
金属が好ましい。
A material which becomes electrochemically inactive at the electrode where the active material is used during the charge / discharge reaction of the lithium secondary battery, or the active material is used during the charge / discharge reaction of the lithium secondary battery As a metal used as a material which is electrochemically inert to a substance other than lithium in the electrode, a material having high conductivity is desirable. Further, a metal which does not react with the electrolytic solution during charging and discharging or does not dissolve in the electrolytic solution is preferable.

【0031】上記リチウム二次電池の充放電反応中に当
該活物質が用いられる電極において電気化学的に不活性
となる材料としての金属材料としては、標準電極電位が
卑なものが好ましい。好ましい材質としては、マグネシ
ウム、アルミニウム、マンガン、亜鉛、クロム、鉄、カドミ
ウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、各種合金、及び上記
材料の二種以上の複合金属等を挙げることができ、対極
となる電極に用いる材料(活物質材料)を考慮して選択
して用いることができる。
As the metal material which becomes electrochemically inactive in the electrode using the active material during the charge / discharge reaction of the lithium secondary battery, a metal material having a standard electrode potential is preferable. Preferred materials include magnesium, aluminum, manganese, zinc, chromium, iron, cadmium, cobalt, nickel, zinc, various alloys, and two or more composite metals of the above materials. The material can be selected and used in consideration of a material to be used (active material material).

【0032】また、上記リチウム二次電池の充放電反応
中に当該活物質が用いられる電極においてリチウム以外
の物質に対して電気化学的に不活性となる材料としての
金属材料としては、標準電極電位が貴なものが好まし
い。好ましい材質としては、コバルト、ニッケル、ス
ズ、鉛、白金、銀、銅、金、各種合金、及び上記材料の二種
以上の複合金属等を挙げることができ、対極となる電極
に用いる材料(活物質材料)を考慮して選択して用いる
ことができる。
The metal material which is electrochemically inactive with respect to substances other than lithium at the electrode using the active material during the charge / discharge reaction of the lithium secondary battery includes a standard electrode potential. Are preferred. Preferred materials include cobalt, nickel, tin, lead, platinum, silver, copper, gold, various alloys, and two or more composite metals of the above materials. Material).

【0033】上記リチウム二次電池の充放電反応中に当
該活物質が用いられる電極において電気化学的に不活性
となる材料としては、ケッチェンブラックやアセチレン
ブラック等のカーボンブラックを含む非晶質炭素、天然
黒鉛、難黒鉛化炭素等や易黒鉛化炭素等の人造黒鉛等を
挙げることができ、対極となる電極に用いる材料(活物
質材料)を考慮して選択して用いることができるる。ア
セチレンブラック等のカーボンブラックは一次粒子径が
サブミクロンオーダーと小さいので、活物質の表面を被
覆するのに適している。一方、上記コバルト、ニッケ
ル、マンガン、鉄から選択される少なくとも一種の元素
からなる結晶性の材料との複合化の際に、メカニカルグ
ライディングを行うことを考慮した場合、一次粒子径の
大きな黒鉛は、粒子1個の重量が重くなるのでカーボン
ブラックよりも大きなエネルギーが得られるのでメカニ
カルグライディングが進行し易くより好ましい。
Materials which become electrochemically inactive at the electrode where the active material is used during the charge / discharge reaction of the lithium secondary battery include amorphous carbon containing carbon black such as Ketjen black and acetylene black. And artificial graphite such as natural graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon, and the like, which can be selected and used in consideration of a material (active material) used for an electrode serving as a counter electrode. Since carbon black such as acetylene black has a small primary particle size on the order of submicron, it is suitable for coating the surface of the active material. On the other hand, in the case of complexing with a crystalline material composed of at least one element selected from the above cobalt, nickel, manganese, and iron, in consideration of performing mechanical grinding, graphite having a large primary particle diameter is Since the weight of one particle increases, energy larger than that of carbon black can be obtained, so that mechanical gliding easily proceeds, which is more preferable.

【0034】また、上記リチウム二次電池の充放電反応
中に当該活物質が用いられる電極においてリチウム以外
の物質に対して電気化学的に不活性となる材料として用
いる炭素材料としては、ケッチェンブラックやアセチレ
ンブラック等のカーボンブラックを含む非晶質炭素、天
然黒鉛、難黒鉛化炭素等や易黒鉛化炭素等の人造黒鉛等
を、対極となる電極に用いる材料(活物質材料)を考慮
して選択して用いることができる。
The carbon material used as a material which is electrochemically inactive to substances other than lithium at the electrode using the active material during the charge / discharge reaction of the lithium secondary battery is Ketjen black. Considering the material (active material) used for the counter electrode, amorphous carbon including carbon black such as carbon black and acetylene black, artificial graphite such as natural graphite, non-graphitizable carbon, and easily graphitizable carbon, etc. Can be selected and used.

【0035】上記リチウム二次電池の充放電反応中に当
該活物質が用いられる電極においてリチウム以外の物質
に対して電気化学的に不活性となる材料として用いる、
金属を含む化合物としては、遷移金属化合物が好適であ
る。具体的には、遷移金属の硝酸塩、酢酸塩、ハロゲン
化物塩、硫酸塩、有機酸塩、酸化物、窒化物、硫化物、
硫酸塩、チオ炭酸塩、水酸化物、アルコキシド等を用い
ることができる。これらの遷移金属元素としては、例え
ば、部分的にd殻あるいはf殻を有する元素であるところ
の、Sc,Y, ランタノイド, アクチノイド, Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta, Cr,Mo, W, Mn, Tc,Re, Fe, Ru, Os, Co, R
h, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Auが挙げられる。特に、
第一遷移金属系列であるTi, V, Cr, Mn, Fe, Co,Ni, C
uが好適に用いられる。このような遷移金属化合物につ
いては、対極となる電極に用いる材料(活物質材料)を
考慮して選択して用いることができる。
[0035] used as a material which is electrochemically inactive with respect to substances other than lithium at the electrode where the active material is used during the charge / discharge reaction of the lithium secondary battery;
As the compound containing a metal, a transition metal compound is preferable. Specifically, transition metal nitrates, acetates, halide salts, sulfates, organic acid salts, oxides, nitrides, sulfides,
Sulfate, thiocarbonate, hydroxide, alkoxide and the like can be used. As these transition metal elements, for example, Sc, Y, lanthanoid, actinoid, Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, R
h, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, and Au. Especially,
Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, C
u is preferably used. Such a transition metal compound can be selected and used in consideration of a material (active material) used for an electrode serving as a counter electrode.

【0036】また、上記リチウム二次電池の充放電反応
中に当該活物質が用いられる電極においてリチウム以外
の物質に対して電気化学的に不活性となる材料として用
いる、金属を含む化合物としては、電気化学的に正極電
位に対して卑な電位を持つ材料が好ましい。これは、電
気化学的に正極電位に対して卑な電位を持つ材料、言い
換えればよりリチウム電極電位に近い材料であれば負極
側に用いた場合、リチウムイオンを可逆的にインターカ
ーレート及びデインターカーレートできるからである。
具体的には、リチウムを含有あるいは含有していないチ
タン、銅、バナジウム、モリブデン、鉄等の硫化物や酸化
物、窒化物等が挙げられ、対極となる電極に用いる材料
(活物質材料)を考慮して選択して用いることができ
る。
The metal-containing compound used as a material that is electrochemically inactive with respect to substances other than lithium at the electrode using the active material during the charge / discharge reaction of the lithium secondary battery includes: A material which electrochemically has a potential lower than the potential of the positive electrode is preferable. This is because when a material having an electrochemically lower potential with respect to the positive electrode potential, in other words, a material closer to the lithium electrode potential is used on the negative electrode side, lithium ions are reversibly intercalated and deintercalated. This is because you can car rate.
Specific examples include sulfides, oxides, and nitrides of titanium, copper, vanadium, molybdenum, iron, and the like containing or not containing lithium, and a material (active material) used for an electrode serving as a counter electrode is included. It can be selected and used with consideration.

【0037】一方、電極(b)は、上述したX線回折に
よる特性を持つ非晶質相を有した金属元素及び炭素から
選択される少なくとも一種類以上を含む材料と、リチウ
ム二次電池の充放電反応中に当該活物質が用いられる電
極においてリチウム以外の物質に対して電気化学的に不
活性となる材料との複合体を活物質として有するもの
で、上記4)又は5)の形態でリチウム二次電池の負極
に適用される。かかる活物質を構成する複合体は、好ま
しくは、金属元素及び炭素から選択される少なくとも一
種類以上を含む結晶性の材料に、リチウム二次電池の充
放電反応中に当該活物質が用いられる電極においてリチ
ウム以外の物質に対して電気化学的に不活性となる材料
を同時に添加して複合化することにより得られる。この
ようにして最終的に得られる非晶質相を有する複合体で
は、電極(a)で説明した場合と同様に、上述の電気化
学的に不活性な材料は出発物質である結晶性の材料の表
面で反応して、この結晶質の材料の結晶質の部分を別の
状態、すなわち原子配列を不規則化した非晶質状態にさ
せたものである。
On the other hand, the electrode (b) is made of a material containing at least one selected from a metal element having an amorphous phase having the above-described X-ray diffraction characteristics and carbon, and a lithium secondary battery. An electrode in which the active material is used during a discharge reaction has a complex with a material that is electrochemically inactive to a substance other than lithium as an active material, and lithium in the form of 4) or 5) above It is applied to the negative electrode of a secondary battery. The composite constituting the active material is preferably a crystalline material containing at least one selected from a metal element and carbon, and an electrode in which the active material is used during a charge / discharge reaction of a lithium secondary battery. In the above, a material which is electrochemically inactive with respect to substances other than lithium is simultaneously added to obtain a composite. In the composite having an amorphous phase finally obtained in this way, the above-mentioned electrochemically inactive material is replaced with the crystalline material as a starting material, as in the case described for the electrode (a). Reacts on the surface of the crystalline material to change the crystalline portion of the crystalline material into another state, that is, an amorphous state in which the atomic arrangement is disordered.

【0038】上述したような複合化を採用すると、電極
(a)で説明した場合と同様に、結晶質材料を非晶質化
する速度が速くなる点、また最終的に得られる非晶質相
を有する材料(複合体)においてリチウムイオンのイン
ターカーレート及びデインターカーレートできるサイト
がより増大する点、更に電気化学的に不活性となる材料
として導電性のある材料を用いれば、最終的に得られる
非晶質相を有する化合物(複合体)が、リチウム二次電
池用として可逆性のある材料の導電性を向上させること
ができる点で有利である。
The adoption of the above-described complexing increases the rate at which the crystalline material is made amorphous, as in the case described in connection with the electrode (a). In a material (composite) having the above, the number of sites where lithium ions can be intercalated and deintercalated is increased, and furthermore, if a conductive material is used as the electrochemically inactive material, The obtained compound having an amorphous phase (composite) is advantageous in that the conductivity of a reversible material for a lithium secondary battery can be improved.

【0039】また、電極(b)は、リチウム電池の充放
電反応中においてリチウム以外の物質に対して電気化学
的に不活性となる材料との複合体を成分とする活物質か
らなる負極としたことで、電池反応中に活物質の不要な
分解や不要な酸化膜の形成が抑制され、良好な性能の充
放電反応がなされる。
The electrode (b) was a negative electrode made of an active material containing a complex with a material which became electrochemically inert to substances other than lithium during the charge / discharge reaction of the lithium battery. Thus, unnecessary decomposition of the active material and formation of an unnecessary oxide film during the battery reaction are suppressed, and a charge / discharge reaction with good performance is performed.

【0040】電極(b)に用いる非晶質相を有する複合
体を得るための結晶質の出発原料としては、好ましくは
リチウムイオンを電気化学的に挿入もしくは脱離可能な
炭素材料、電気化学反応でリチウムと合金化する金属、
電気化学反応でリチウムと合金化しない金属、リチウム
をインターカーレート及びデインターカーレートできる
化合物(金属材料)等を用いることができる。
As a crystalline starting material for obtaining a composite having an amorphous phase used for the electrode (b), preferably a carbon material capable of electrochemically inserting or removing lithium ions, an electrochemical reaction Metal that alloys with lithium at
A metal that does not alloy with lithium by an electrochemical reaction, a compound (metal material) that can intercalate and deintercalate lithium, or the like can be used.

【0041】具体的には、炭素材料としては、天然黒
鉛、難黒鉛化炭素や易黒鉛化炭素等の人造黒鉛等の黒鉛
骨格構造を有する炭素が挙げられる。電気化学反応でリ
チウムと合金化する金属としては、Al,Mg,Pb,K,
Na,Ca,Sr,Ba,Si,Ge,Sn,In等が挙げら
れる。電気化学反応でリチウムと合金化しない金属とし
てNi,Co,Ti,Cu,Ag,Au,W,Mo,F
e,Pt,Cr等が挙げられる。また、リチウムイオン
をインターカーレート及びデインターカーレートできる
化合物としては、上記金属の酸化物、窒化物、水酸化
物、硫化物、硫酸塩等が挙げられる。具体例としては、
リチウムチタン酸化物やリチウムコバルト窒化物(Li
3−xCoxN)、リチウム−コバルトバナジウム酸化
物等が挙げられる。
Specifically, examples of the carbon material include carbon having a graphite skeleton structure, such as artificial graphite such as natural graphite, non-graphitizable carbon and graphitizable carbon. Al, Mg, Pb, K,
Na, Ca, Sr, Ba, Si, Ge, Sn, In and the like. Ni, Co, Ti, Cu, Ag, Au, W, Mo, F
e, Pt, Cr and the like. Examples of the compound capable of intercalating and deintercalating lithium ions include oxides, nitrides, hydroxides, sulfides, and sulfates of the above metals. As a specific example,
Lithium titanium oxide and lithium cobalt nitride (Li
3-xCoxN), lithium-cobalt vanadium oxide and the like.

【0042】また、電極(b)において、非晶質相を有
する複合体を得るためのリチウム電池の充放電反応中に
当該活物質を用いる電極(負極)においてリチウム以外
の物質に対して電気化学的に不活性となる材料として
は、上記結晶質の出発原料とは異なる元素構成、組成の
材料であって、上述した電極(a)の活物質材料の負極
において好ましく用いられるリチウム以外の物質に対し
て電気化学的に不活性となる材料を、対極となる電極に
用いられる材料の電位を考慮して、適宜選択して用いる
ことができる。
In the electrode (b), during the charge / discharge reaction of a lithium battery for obtaining a composite having an amorphous phase, the electrode (negative electrode) using the active material electrochemically reacts with a substance other than lithium. The material which becomes inert in nature is a material having an elemental composition and composition different from that of the above-mentioned crystalline starting material, and is preferably a material other than lithium which is preferably used in the above-mentioned negative electrode of the active material of the electrode (a). A material which is electrochemically inactive can be appropriately selected and used in consideration of the potential of the material used for the counter electrode.

【0043】特に電極(b)では、リチウム以外の物質
に対して電気化学的に不活性となる材料に、リチウムイ
オンを可逆的にインターカーレート及びデインターカー
レートできる材料を用いれば、活物質材料とは別に充放
電できるので充放電容量を低下させる事無く、かつ非晶
質化した複合体を得る事ができるので有利である。例え
ば、リチウム以外の物質に対して電気化学的に不活性な
材料であるスズと、結晶質の天然黒鉛を用いて非晶質化
した複合体の場合等である。
In particular, for the electrode (b), if a material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions is used as a material which is electrochemically inactive to substances other than lithium, the active material Since charge and discharge can be performed separately from the material, the charge and discharge capacity is not reduced, and an amorphous composite can be advantageously obtained. For example, there is a case where a complex is made amorphous by using tin, which is a material electrochemically inactive to substances other than lithium, and crystalline natural graphite.

【0044】次に、電極(a)及び(b)の活物質のリ
チウム二次電池の充放電反応に関する性能のメカニズム
について、図面を参照して詳細に説明する。
Next, the mechanism of the performance of the active materials of the electrodes (a) and (b) with respect to the charge / discharge reaction of the lithium secondary battery will be described in detail with reference to the drawings.

【0045】例えば、結晶質状態の活物質(層間化合
物)の場合、図1(a)に示すような規則的に結晶格子
原子1が配列した構造であり、リチウムイオンはホスト
である活物質の原子からなる層間に規則正しくインター
カーレートされる(電池放電時)。
For example, in the case of a crystalline active material (interlayer compound), the active material has a structure in which crystal lattice atoms 1 are regularly arranged as shown in FIG. Intercalation is regularly performed between the layers composed of atoms (during battery discharge).

【0046】これに対して、電極(a)又は(b)で用
いる、結晶質状態の活物質の材料に対して例えば物理エ
ネルギーを付与してやることによって得られた非晶質相
とした活物質では、ホストである活物質の原子配列が図
1(b)のような状態を経て同図(c)のように不規則
なな状態の原子2が現われる。この場合、リチウムイオ
ンをインターカーレートできるサイトが増大し、より高
容量になる。
On the other hand, in the active material in the amorphous phase obtained by applying physical energy to the material of the crystalline active material used for the electrode (a) or (b), for example. Then, the atoms 2 in an irregular state appear as shown in FIG. 1C through the state shown in FIG. In this case, the number of sites capable of intercalating lithium ions increases, and the capacity becomes higher.

【0047】特にまた、正極活物質については、結晶質
状態の層間化合物の場合、一般的にはリチウムイオンが
インターカーレートされる際、ホストである正極活物質
の結晶構造のC軸方向が伸び、逆にデインターカーレー
トされる時はC軸方向が収縮する。二次電池として充放
電を繰り返すと、この膨張収縮のストレスが蓄積し、電
池寿命が短くなるという問題がある。また、正極活物質
へのリチウムイオンのインターカーレート及びデインタ
ーカーレートする量を多くすると結晶構造が変化し、こ
の時の構造ストレスによっても短寿命になる。このた
め、実用的な電池として用いる場合、正極活物質へのリ
チウムイオンのインターカーレート及びデインターカー
レートする量を制限しなければならないという制約があ
り、高容量化を阻んでいる。
In the case of a positive electrode active material, especially in the case of a crystalline intercalation compound, when lithium ions are intercalated, the C-axis direction of the crystal structure of the positive electrode active material serving as a host generally extends. Conversely, when deintercalating is performed, the C-axis direction contracts. When charging and discharging are repeated as a secondary battery, the stress of expansion and contraction accumulates, and there is a problem that the battery life is shortened. When the amount of intercalation and deintercalation of lithium ions to the positive electrode active material is increased, the crystal structure changes, and the life is shortened even by the structural stress at this time. For this reason, when used as a practical battery, there is a restriction that the amount of intercalation and deintercalation of lithium ions into the positive electrode active material must be limited, which hinders an increase in capacity.

【0048】これに対して上述の非晶質相を含有した正
極活物質では、活物質の原子配列が不規則なため、リチ
ウムイオンがインターカーレートしてもホストである正
極活物質の構造変化は少ない。すなわち電池充放電の繰
り返しの間、リチウムイオンのインターカーレート及び
デインターカーレートによる膨張収縮によるストレスが
少ないので、長寿命になる。
On the other hand, in the above-mentioned positive electrode active material containing an amorphous phase, the atomic arrangement of the active material is irregular, so that even if lithium ions are intercalated, the structural change of the positive electrode active material as a host occurs. Is less. That is, during repetition of battery charge and discharge, stress due to expansion and contraction due to the intercalation rate and deintercalation rate of lithium ions is small, and the life is extended.

【0049】実際に本発明における非晶質相を有する活
物質から構成される電極(a)及び/又は(b)を備え
た二次電池と、結晶質の活物質を用いた電池を比較する
と、電池の充放電電圧特性が異なる。例えば正極活物質
を例とした実験に沿って説明する。
A comparison between a secondary battery actually provided with the electrode (a) and / or (b) composed of an active material having an amorphous phase and a battery using a crystalline active material according to the present invention is as follows. In addition, the charge and discharge voltage characteristics of the battery are different. For example, a description will be given along an experiment using a positive electrode active material as an example.

【0050】水酸化ニッケルと水酸化リチウムをニッケ
ルとリチウムのモル比が1:1になるように秤量後、均
一に混合、その後電気炉に移し、酸素気流中750℃で
20時間焼成して得た、結晶質のニッケル酸リチウムを
正極活物質として用いた。この正極活物質にアセチレン
ブラック20wt%加えたものに更にポリフッ化ビニリ
デンを加えて正極を得た。対極には、負極活物質として
2800℃で熱処理したメソフェーズ微小球体(人造黒
鉛)を用いた。これらを用いて作製したリチウム二次電
池(この負極活物質は黒鉛骨格構造を有する結晶質なの
で、充放電時の電圧特性もプラトー領域(電池電圧が時
間経過に対して平坦になる電圧領域)を有している)を
充放電すると、その放電特性は、放電曲線が4V弱付近
にプラトー領域を有しているL字型であった。すなわ
ち、上記の実験での正極活物質では、二つ以上の結晶相
を持ち充放電の間相変化を伴い、放電中結晶格子が連続
的に変化していた。
Nickel hydroxide and lithium hydroxide are weighed so that the molar ratio of nickel to lithium is 1: 1 and uniformly mixed, then transferred to an electric furnace and calcined at 750 ° C. for 20 hours in an oxygen stream. In addition, crystalline lithium nickelate was used as a positive electrode active material. Polyvinylidene fluoride was further added to 20% by weight of acetylene black added to the positive electrode active material to obtain a positive electrode. For the counter electrode, a mesophase microsphere (artificial graphite) heat-treated at 2800 ° C. was used as a negative electrode active material. Lithium secondary batteries made using these materials (because this negative electrode active material is crystalline having a graphite skeleton structure, the voltage characteristics during charging and discharging also have a plateau region (a voltage region where the battery voltage becomes flat over time). ), The discharge characteristics were L-shaped, with a discharge curve having a plateau region near 4 V or less. That is, the positive electrode active material in the above experiment had two or more crystal phases, accompanied by a phase change during charge / discharge, and the crystal lattice changed continuously during discharge.

【0051】これに対して上記で作製したものと同一の
結晶質のニッケル酸リチウム80wt%とアセチレンブ
ラック20wt%を遊星ボールミル中に投入し、15m
mのステンレスボール及び直径4cmの容器を用い、回
転数4000rpm、混合時間1時間の条件でメカニカ
ルグライディングを行った。ここで得られたニッケル酸
リチウムとアセチレンブラックの複合体をX線回折測定
装置を用いて解析したところ、各ピークの半価幅が増大
し非晶質化している事を確認できた。この非晶質相を有
するニッケル酸リチウムとアセチレンブラックの複合体
に、上記結晶質のニッケル酸リチウムと同様にポリフッ
化ビニリデンを加えて正極を得た。対極にも、上記と同
様に2800℃で熱処理したメソフェーズ微小球体(人
造黒鉛)を用いた。これらを用いて作製した電池を充放
電すると、非晶質相を有するニッケル酸リチウムとアセ
チレンブラックの複合体を用いたリチウム二次電池の電
池の放電曲線は例えば図2に示すように、約4Vから
2.5Vにかけてゆっくりと曲線状に変化し、プラトー
領域がない。これは正極活物質における原子配列が不規
則なため、リチウムイオンがインターカーレートしても
ホストである正極活物質の構造変化が少ないためであ
る。本発明の第一のリチウム二次電池の電極(a)に用
いる非晶質相を含有した活物質のX線回折ピークの半価
幅(図3に一ピークを例に半価幅を示す)は、正極活物
質の場合、(003)面あるいは(104)面に相当す
るピークで、半価幅としては0.48度以上が好ましい。
On the other hand, 80 wt% of the same crystalline lithium nickelate and 20 wt% of acetylene black as those prepared above were charged into a planetary ball mill, and 15 m
Using a stainless steel ball having a diameter of 4 m and a vessel having a diameter of 4 cm, mechanical grinding was performed under the conditions of a rotation speed of 4000 rpm and a mixing time of 1 hour. When the obtained composite of lithium nickelate and acetylene black was analyzed using an X-ray diffractometer, it was confirmed that the half width of each peak was increased and the peak was amorphous. Polyvinylidene fluoride was added to the composite of lithium nickelate and acetylene black having the amorphous phase in the same manner as in the above-mentioned crystalline lithium nickelate to obtain a positive electrode. As a counter electrode, mesophase microspheres (artificial graphite) heat-treated at 2800 ° C. as described above were used. When a battery manufactured using these is charged and discharged, a discharge curve of a lithium secondary battery using a composite of lithium nickelate having an amorphous phase and acetylene black is, for example, about 4 V as shown in FIG. From 2.5 V to a gradual curve without a plateau region. This is because the atomic arrangement in the positive electrode active material is irregular, so that even when lithium ions are intercalated, the structural change of the positive electrode active material serving as the host is small. The half width of the X-ray diffraction peak of the active material containing an amorphous phase used for the electrode (a) of the first lithium secondary battery of the present invention (FIG. 3 shows the half width of one peak as an example). Is a peak corresponding to the (003) plane or the (104) plane in the case of the positive electrode active material, and the half width is preferably 0.48 degrees or more.

【0052】また、本発明の第二のリチウム二次電池の
電極(b)に用いる負極活物質の場合、例えば炭素の場
合(002)面あるいは(110)面に相当するピーク
で、半価幅は0.48度以上が好ましく、錫を活物質に用い
た時は、(200)面、(101)面、(211)面に
相当するピークで0.48度以上が好ましい。
In the case of the negative electrode active material used for the electrode (b) of the second lithium secondary battery of the present invention, for example, in the case of carbon, the peak corresponding to the (002) plane or the (110) plane has a half-value width. Is preferably 0.48 degrees or more, and when tin is used as the active material, the peak corresponding to the (200) plane, the (101) plane, and the (211) plane is preferably 0.48 degrees or more.

【0053】これら非晶質相を含有した活物質の材料の
半価幅は、非晶質化する前の結晶質の材料の半価幅に比
べて10%以上大きくなっている方が好ましく、より好
ましくは20%以上大きい方が好ましい。
It is preferable that the half width of the material of the active material containing these amorphous phases is at least 10% larger than the half width of the crystalline material before it becomes amorphous. More preferably, it is larger by 20% or more.

【0054】また、これら活物質の材料の結晶子サイズ
としては、より小さい方が非晶質化が進んでいることに
なるので好ましい。以下のScherrerの式を用い
て算出した結晶子サイズでは、本発明で用いる活物質の
場合、200Å以下が好ましく、特に上述したような負
極活物質であってリチウム以外の物質に対して電気化学
的に不活性となる材料との複合体の場合、400Å以下
であることが好ましい。結晶子サイズの大きさとして
は、出発原料の結晶質の材料に比べて50%以下になっ
ている方が好ましく、より好ましくは2/3以下になっ
ていることが好ましい。
The smaller the crystallite size of the active material is, the smaller the crystallinity of the active material is. In the case of the active material used in the present invention, the crystallite size calculated using the following Scherrer's formula is preferably 200 ° or less. In the case of a composite with an inert material, the temperature is preferably 400 ° or less. The size of the crystallite is preferably 50% or less, more preferably 2/3 or less, of the crystalline material of the starting material.

【0055】 (*)Scherrerの式:t=0.9λ/Bcosθ t:結晶子の大きさ λ:X線ビームの波長 B:X線回折ピークの半価幅 θ:回折角(*) Scherrer's formula: t = 0.9λ / Bcosθ t: crystallite size λ: wavelength of X-ray beam B: half-width of X-ray diffraction peak θ: diffraction angle

【0056】本発明では、上述のような電極(a)又は
(b)を構成する非晶質相を有する活物質を、結晶質の
材料に物理エネルギーを与えることで合成することが好
ましい。より具体的には、結晶質の原材料(コバルト、
ニッケル、マンガン、鉄から選択される少なくとも一種
類以上の元素を含む材料、又は金属元素及び炭素から選
択される少なくとも一種類以上を含む材料)に遠心力を
付与することによって発生する衝突エネルギーを用い
て、固相反応法で、原材料の結晶性を不均一化し、結晶
質の活物質の原子配列を不規則化する。かかる方法によ
れば、焼成を用いる方法の様に原材料の反応を進めるた
めに高温で長時間の処理を行う必要がなく、原材料に遠
心力を付与して、その際発生する衝突エネルギー等によ
る熱で原材料の反応を進められるため、室温で活物質の
合成反応を進めることができる。この際出発原料に用い
る原材料としては、分解温度が低い材料の方が、付与す
る遠心力を小さく、また短時間で合成反応を進行させる
ことができるので好適である。
In the present invention, it is preferable that the active material having an amorphous phase constituting the electrode (a) or (b) is synthesized by applying physical energy to a crystalline material. More specifically, crystalline raw materials (cobalt,
A material containing at least one or more elements selected from nickel, manganese, and iron, or a material containing at least one or more elements selected from a metal element and carbon) by using a collision energy generated by applying a centrifugal force to the material. Then, in the solid-phase reaction method, the crystallinity of the raw material is made non-uniform, and the atomic arrangement of the crystalline active material is made irregular. According to this method, it is not necessary to perform a long-time treatment at a high temperature in order to advance the reaction of the raw material as in the method using baking, and the centrifugal force is applied to the raw material, and heat generated by collision energy or the like generated at that time. Thus, the reaction of the raw material can proceed, so that the synthesis reaction of the active material can proceed at room temperature. In this case, as a raw material used as a starting material, a material having a low decomposition temperature is preferable because the applied centrifugal force is small and the synthesis reaction can proceed in a short time.

【0057】また、電極(a)及び(b)の何れの場合
においても、上述したようなリチウム電池の充放電反応
中に当該活物質が用いられる電極において電気化学的に
不活性となる材料又はリチウム電池の充放電反応中に当
該活物質が用いられる電極においてリチウム以外の物質
に対して電気化学的に不活性となる材料を混合して、物
理エネルギーを付与することが好ましい。更に原材料の
種類によっては、例えば電極(a)の場合のニッケル系
材料の様に活物質合成反応が進みにくい場合、原材料塩
を含む容器の雰囲気温度を予め高めておいたり、雰囲気
をより酸化性(例えば酸素雰囲気等)にする方が反応ス
ピードが加速され好適である。
In each of the electrodes (a) and (b), a material which is electrochemically inactive at the electrode using the active material during the charge / discharge reaction of the lithium battery as described above, or It is preferable to impart a physical energy by mixing a material that is electrochemically inactive to a substance other than lithium in an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of a lithium battery. Furthermore, depending on the type of the raw material, for example, when the active material synthesis reaction is difficult to proceed as in the case of the nickel-based material in the case of the electrode (a), the ambient temperature of the container containing the raw material salt may be increased in advance, or the atmosphere may become more oxidizable. (For example, an oxygen atmosphere or the like) is preferable because the reaction speed is accelerated.

【0058】このような方法を用いれば、加熱の必要が
なく室温で合成ができ、また、反応時間も短縮できる
他、低温で合成反応を行える為非晶質相を含有した活物
質を効率良く合成することができる。
By using such a method, the synthesis can be performed at room temperature without the need for heating, the reaction time can be shortened, and the synthesis reaction can be performed at a low temperature, so that the active material containing an amorphous phase can be efficiently used. Can be synthesized.

【0059】ただし、室温で加熱する事なく合成する場
合等は不純物が残存し、この不純物が電池充放電中に分
解したり、活物質であるリチウムと反応してリチウムの
活性度を低下させる等の悪影響があるので、除去する方
が望ましい。例えば水や有機溶媒等の溶剤に不純物が溶
けるのであれば十分洗浄すれば良い。また酸化、還元、
あるいは不活性ガス雰囲気下で加熱し、分解除去する方
法もある。
However, in the case of synthesizing without heating at room temperature, impurities remain, and the impurities are decomposed during charging / discharging of the battery or react with lithium as an active material to lower the activity of lithium. Therefore, it is desirable to remove them. For example, if impurities are dissolved in a solvent such as water or an organic solvent, sufficient washing may be performed. Oxidation, reduction,
Alternatively, there is a method of heating and decomposing and removing under an inert gas atmosphere.

【0060】ただしこの場合の加熱は一般的に活物質を
合成する時の様な高温(例えば700℃以上)にする必
要はなく、不純物を除去できる温度ならば良い。
However, the heating in this case does not need to be at a high temperature (for example, 700 ° C. or higher) as in the case of synthesizing an active material, but may be any temperature at which impurities can be removed.

【0061】例えば過マンガン酸ナトリウムや過マンガ
ン酸カリウムとヨウ化リチウムの様なリチウム化合物を
出発原料にし、これら材料に対して室温で物理エネルギ
ーを付与して材料を合成する。この中にはヨウ化ナトリ
ウムやヨウ化カリウム等の不純物が混入している。しか
し、これらの不純物は水やアルコール等に易溶なので、
洗浄で除去する事ができる。
For example, starting materials are sodium permanganate or potassium permanganate and a lithium compound such as lithium iodide, and physical energy is applied to these materials at room temperature to synthesize the materials. This contains impurities such as sodium iodide and potassium iodide. However, these impurities are easily soluble in water, alcohol, etc.
It can be removed by washing.

【0062】また例えば酢酸リチウムと酢酸マンガンに
対して物理エネルギーを付与して材料を得た場合、酢酸
塩が不純物として残存する場合がある。この材料を酸素
気流中で200℃で熱処理する事で、不純物である酢酸
塩を分解除去する事ができる。
When a material is obtained by applying physical energy to lithium acetate and manganese acetate, for example, acetate may remain as an impurity. By subjecting this material to a heat treatment at 200 ° C. in an oxygen stream, acetate as an impurity can be decomposed and removed.

【0063】上記2例の様な方法を用いる事でより純度
が高く、電気化学的に可逆性の良いリチウムマンガン酸
化物を得る事ができる。この様にして合成した材料に更
に物理エネルギーを付与する事で更に非晶質化を進める
事も可能で、更に電気化学的に活性度が高く、可逆性の
良い材料にする事も可能である。
By using the method as in the above two examples, it is possible to obtain a lithium manganese oxide having higher purity and excellent electrochemical reversibility. By giving more physical energy to the material synthesized in this way, it is possible to further advance the amorphousization, and it is also possible to make the material highly electrochemically active and highly reversible. .

【0064】本発明で採用する上記方法は、物理エネル
ギーを付与し、一種類以上の原材料に対して遠心力を付
与することで原材料同士が衝突し、その際の衝突エネル
ギー等で反応を生じさせるもので、機械的に粉砕した
り、二種類以上の材料を機械的に混合して合金を形成す
る方法に相当するメカニカルグライディング法あるいは
メカニカルアロイ法(特に金属同士を原材料に用いて合
金を合成する場合)を用いて行うことができる。従って
本発明においては、一般的なメカニカルグライディング
法あるいはメカニカルアロイ法に用いられる装置を適用
することが可能であるが、原材料等に遠心力を与えてそ
の際発生する衝突エネルギーで混合反応させる点、必要
に応じて上述した電気化学的に不活性となる材料と混合
して複合体を作る点、結晶質から非晶質相を含有した材
料を作る点で、一般的なメカニカルグライディング法あ
るいはメカニカルアロイ法に対して更に特徴的な要素を
備えた方法を採用する。
The above method employed in the present invention applies physical energy and applies a centrifugal force to one or more types of raw materials so that the raw materials collide with each other and a reaction is caused by the collision energy or the like at that time. Mechanical grinding method or mechanical alloying method, which is equivalent to a method of mechanically pulverizing or mechanically mixing two or more types of materials to form an alloy (particularly, synthesizing an alloy using metals as raw materials) Case). Therefore, in the present invention, it is possible to apply a device used in a general mechanical gliding method or a mechanical alloy method, but the mixing reaction is performed by applying a centrifugal force to a raw material or the like and collision energy generated at that time, A general mechanical grinding method or a mechanical alloy can be used in order to form a composite by mixing with the above-mentioned electrochemically inactive material as needed, or to make a material containing an amorphous phase from crystalline. A method with elements that are more characteristic to the method is adopted.

【0065】以下で図4および5を参照して、本発明の
製造方法において、メカニカルグライディング法を用い
て結晶質材料を非晶質化する方法を、特に結晶質の原材
料205に上述したリチウム二次電池の充放電反応中に
最終的に得られる活物質が用いられる電極において電気
化学的に不活性となる材料206を加えて複合化して非
晶質化する方法を例に説明する。
Referring to FIGS. 4 and 5, a method for amorphizing a crystalline material using a mechanical grinding method in the manufacturing method of the present invention will be described. An example of a method of adding an electrochemically inactive material 206 to an electrode using an active material finally obtained during a charge / discharge reaction of a secondary battery to form a composite to form an amorphous material will be described.

【0066】図4はメカニカルグライディングを行う場
合の装置の構成の一例を模式的に示すものである。また
この図4の装置を上方から見た場合の概念図が図5であ
る。
FIG. 4 schematically shows an example of the configuration of an apparatus for performing mechanical gliding. FIG. 5 is a conceptual diagram of the apparatus of FIG. 4 when viewed from above.

【0067】冷却ジャケット(103、203)付きの
密閉容器(102、202)に投入された材料(結晶質
の原材料205、電気化学的に不活性となる材料(20
6)は、主軸(101、201)を回転させる(公転)こ
とで媒体であるリング(104、204)が自転運動
し、この際発生した遠心力によって装置内に投入した材
料に加速度を与えることによって、リングと容器内壁と
の間で材料同士が衝突し、この繰り返しによって結晶質
の原材料(205)の非晶質化、原材料(205)と電
気化学的に不活性となる材料(206)との複合化が進
行する。最終的には、図5に示した例のように、活物質
(205)の表面に電気化学的に不活性となる材料(2
06)が均一に被覆され、同時に衝突エネルギーによっ
て非晶質相を含有した複合体(207)になる。
The materials (crystalline raw material 205 and electrochemically inert material (20)) charged in the closed containers (102, 202) with the cooling jackets (103, 203)
6) Rotating (revolving) the main shafts (101, 201) causes the rings (104, 204), which are the medium, to rotate, and gives acceleration to the material charged into the device by the centrifugal force generated at this time. As a result, the materials collide with each other between the ring and the inner wall of the container, and by this repetition, the crystalline raw material (205) becomes amorphous and the raw material (205) becomes electrochemically inert with the material (206). Compounding proceeds. Finally, as shown in the example shown in FIG. 5, the surface of the active material (205) is made of a material (2
06) is uniformly coated, and at the same time, becomes a composite (207) containing an amorphous phase due to collision energy.

【0068】この際、主軸、媒体、容器等の材質、回転
数等の条件によって原材料の非晶質化及び電気化学的に
不活性となる材料との複合化の進行度合が変わる。ま
た、容器内雰囲気は装置へ導入するガス(106)を変
えることで各種雰囲気にすることができる。例えば酸素
ガスを導入すれば酸化雰囲気にすることができるし、酸
化を抑制したければアルゴンガス等の不活性ガスを用い
ることができる。
At this time, the degree of progress of the amorphization of the raw material and the compounding with the electrochemically inactive material changes depending on the conditions such as the material of the main shaft, the medium, the container and the like, the number of rotations, and the like. The atmosphere in the container can be changed to various atmospheres by changing the gas (106) introduced into the apparatus. For example, if an oxygen gas is introduced, an oxidizing atmosphere can be obtained, and if oxidation is to be suppressed, an inert gas such as an argon gas can be used.

【0069】上述した例では、特に電極(a)に用いる
活物質の調製では、結晶質の原材料1種のみを投入しメ
カニカルグラインディングを行うこともできる。また、
異なる2種の結晶質の原材料を投入し混合することもで
きる。
In the above-mentioned example, in particular, in the preparation of the active material used for the electrode (a), it is also possible to perform mechanical grinding by charging only one kind of crystalline raw material. Also,
Two different types of crystalline raw materials can be charged and mixed.

【0070】メカニカルグライディングの条件は、例え
ばa)装置の種類、b)装置の容器や媒体の材質、形状、
c)遠心力、d)遠心力をかける時間、e)雰囲気温度、
f)添加する材料といった要素を検討して決定される。
The conditions of mechanical grinding include, for example, a) the type of the device, b) the material and shape of the container and medium of the device,
c) centrifugal force, d) time to apply centrifugal force, e) ambient temperature,
f) Determined by considering factors such as added materials.

【0071】a)装置の種類 メカニカルグライディングを行うための装置としては、
図4及び図5に示すような原材料粉末に対して大きな遠
心力等の衝撃エネルギーを与えられる装置が好適であ
る。具体的には、材料を収納した容器自身を自転公転で
きる装置、あるいは容器中の媒体等を自公転させて材料
に対して回転運動を与えられる装置が好ましい。例え
ば、遊星ボールミルや転動ボールミル、振動ボールミ
ル、各種粉砕機、高速混合機等を用いることができる。
A) Types of Apparatus The apparatus for performing mechanical gliding includes:
Apparatus capable of giving impact energy such as large centrifugal force to the raw material powder as shown in FIGS. 4 and 5 is preferable. Specifically, it is preferable to use a device capable of revolving the container itself containing the material, or a device capable of rotating the medium or the like in the container and rotating the material. For example, a planetary ball mill, a rolling ball mill, a vibrating ball mill, various pulverizers, a high-speed mixer, or the like can be used.

【0072】b)装置の容器や媒体の材質、形状 装置の容器や媒体の材質としては、耐摩耗性や耐食性の
高い材質が良い。大きな遠心力等で容器や媒体が削れる
とコンタミの原因になり、電池特性等に悪影響を与える
可能性がある。また、メカニカルグライディングをする
時の材料として、酸やアルカリ、有機溶媒等を用いるこ
とがあるので、耐食性のある材質が好ましい。具体的な
容器や媒体の材質としては、セラミックやメノー、ステ
ンレス、超硬(タングステンカーバイド)等がある。ま
た、媒体の形状としてはボールやリング、ビーズ等があ
る。容器や媒体の材質はメカニカルグライディングをす
る時の材料との相性、生産性等から選択される。
B) Material and Shape of Container and Medium of Apparatus The material of the container and medium of the apparatus is preferably a material having high wear resistance and corrosion resistance. If the container or the medium is shaved by a large centrifugal force or the like, it may cause contamination, which may adversely affect battery characteristics and the like. Further, as a material for mechanical grinding, an acid, an alkali, an organic solvent, or the like may be used, and therefore, a material having corrosion resistance is preferable. Specific examples of the material of the container and medium include ceramic, agate, stainless steel, and super hard (tungsten carbide). Further, as the shape of the medium, there are a ball, a ring, a bead and the like. The material of the container or the medium is selected based on the compatibility with the material used for mechanical grinding, productivity, and the like.

【0073】c)遠心力 遠心力をかけた方がメカニカルグライディングがはやく
進行する。しかし、メカニカルグライディングを行う材
料の材質によってはかけすぎない方が良い場合もある。
例えば、融点の低い材料を用いる場合、遠心力がはやい
とその際発生する熱によって材料が溶融してしまう場合
もある。溶融してはまずい場合は融点以上にならないよ
うに遠心力を調節したり、容器を冷却して雰囲気温度を
下げてやる等の対策が必要である。
C) Centrifugal force Applying a centrifugal force causes mechanical gliding to proceed more quickly. However, in some cases, it is better not to apply too much depending on the material of the material to be subjected to mechanical gliding.
For example, when a material having a low melting point is used, if the centrifugal force is fast, the material may be melted by heat generated at that time. If melting is not appropriate, it is necessary to take measures such as adjusting the centrifugal force so that the melting point does not exceed the melting point, or cooling the container to lower the ambient temperature.

【0074】また、メカニカルグライディングと同時に
材料の粉砕による微粉化も起こるので、この点も考慮し
て条件を決める必要がある。
Further, pulverization due to pulverization of the material occurs simultaneously with the mechanical grinding, so that it is necessary to determine the conditions in consideration of this point.

【0075】更に、遠心加速度と重力加速度の比率Gを
考慮する必要がある。Gを決定するファクターとして
は、下記で示したように媒体の重さ、装置の回転数(自公
転数)、容器のサイズがある。
Further, it is necessary to consider the ratio G between the centrifugal acceleration and the gravitational acceleration. Factors that determine G include the weight of the medium, the number of revolutions (the number of revolutions) of the apparatus, and the size of the container, as described below.

【0076】遠心力は上記a)の装置において円運動し
ている物体に対して円の中心に対して現れる力のこと
で、下記の式で表すことができる。
The centrifugal force refers to the force appearing on the center of the circle with respect to the object moving in a circle in the device a), and can be expressed by the following equation.

【0077】遠心力F=W・ω2・r W:物体の重さ(媒体の重さ、ただし、用いる装置の媒
体によって変わる)、ω:角速度、r:容器の半径
Centrifugal force F = W · ω 2 · r W: weight of the object (weight of the medium, which depends on the medium of the device used), ω: angular velocity, r: radius of the container

【0078】また、遠心加速度aは次式で表すことがで
きる。
The centrifugal acceleration a can be expressed by the following equation.

【0079】遠心加速度a=ω2・r 従って、G(遠心加速度と重力加速度の比率)は、下記
の式で表すことができる。
Centrifugal acceleration a = ω 2 · r Therefore, G (the ratio of centrifugal acceleration to gravitational acceleration) can be expressed by the following equation.

【0080】G=a/g=ω2・r/g G(遠心加速度と重力加速度の比率)の好ましい範囲と
しては、5から200Gで、より好ましい範囲としては
10から100G,更に好ましい範囲としては10から
50Gである。ただし上述のように選択する材料によっ
てはこの範囲が変わる。
G = a / g = ω 2 · r / g A preferable range of G (ratio of centrifugal acceleration to gravitational acceleration) is 5 to 200 G, a more preferable range is 10 to 100 G, and a more preferable range is 10 to 50G. However, this range varies depending on the material selected as described above.

【0081】d)遠心力をかける時間 遠心力をかける時間としては、上記の装置や容器等の材
質、遠心力等の条件とリンクして決めなければならない
が、時間が長いほど活物質材料の非晶質化及び活物質と
上述した電気化学的に不活性となる材料との複合化が進
行するので好ましい。
D) Time for applying the centrifugal force The time for applying the centrifugal force must be determined by linking to the above-mentioned materials of the apparatus and the container and the conditions of the centrifugal force. Amorphization and complexation of the active material with the above-described electrochemically inactive material are preferable because they proceed.

【0082】e)雰囲気 雰囲気温度を高めればメカニカルグライディングも進行
するので好ましい。
E) Atmosphere It is preferable to increase the ambient temperature because mechanical gliding also proceeds.

【0083】原材料が塩である場合、活物質を合成する
には雰囲気温度を上げた方が好適である。ただし、雰囲
気温度プラスメカニカルグライディング時の発熱による
温度上昇によって温度が高くなると、非晶質化したもの
が逆に結晶に戻ってしまう場合もあるので、この点も考
慮して雰囲気温度を設定するのが好ましい。また、材質
によっては、例えば低融点の場合は、冷却した方が良い
場合もある。
When the raw material is a salt, it is preferable to raise the ambient temperature in order to synthesize the active material. However, if the temperature rises due to the temperature rise due to the ambient temperature plus the heat generated during mechanical gliding, the amorphous material may return to the crystal in reverse.Therefore, the atmosphere temperature should be set in consideration of this point. Is preferred. Depending on the material, for example, in the case of a low melting point, it may be better to cool.

【0084】また、メカニカルグライディングを行う
際、添加する材料によっては酸化し易い材料もある。例
えば金属を添加する場合等である。不活性ガス雰囲気下
でメカニカルグライディングをすることによって酸化等
を抑制できるので不活性ガス雰囲気は好ましい。逆にメ
カニカルグライディング実施後、装置の雰囲気を酸素等
の酸化雰囲気にして、更にメカニカルグライディング後
の材料中に所定量のリチウム塩を添加して再度メカニカ
ルグライディングを行うことで、添加した金属をリチウ
ム含有金属酸化物に変化させることもできる。こうする
ことでメカニカルグライディング後、導電補助材以外に
は不必要な添加物である金属を低減でき、更に高容量化
を図ることができる。
In addition, when mechanical grinding is performed, some materials are easily oxidized depending on the materials to be added. For example, when a metal is added. An inert gas atmosphere is preferable since oxidation can be suppressed by performing mechanical grinding in an inert gas atmosphere. Conversely, after the mechanical grinding is performed, the atmosphere of the apparatus is changed to an oxidizing atmosphere such as oxygen, and a predetermined amount of a lithium salt is added to the material after the mechanical grinding, and the mechanical grinding is performed again. It can be changed to a metal oxide. This makes it possible to reduce the amount of unnecessary metal other than the conductive auxiliary material after mechanical grinding, and to further increase the capacity.

【0085】雰囲気としては、酸化雰囲気、還元雰囲
気、不活性雰囲気等が好適である。酸化雰囲気として
は、酸素、オゾン、空気、水蒸気、アンモニアガスから
選択される一種類以上のガスが好適に用いられる。これ
らのガス雰囲気にすることで酸化を促進することができ
る。
As the atmosphere, an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere, an inert atmosphere and the like are preferable. As the oxidizing atmosphere, at least one gas selected from oxygen, ozone, air, water vapor, and ammonia gas is suitably used. Oxidation can be promoted by setting these gas atmospheres.

【0086】還元雰囲気としては、水素、不活性ガスと
水素の混合ガスが好適である。これらのガス雰囲気にす
ることで還元を促進したり、酸化を抑制することができ
る。
As the reducing atmosphere, hydrogen and a mixed gas of an inert gas and hydrogen are preferable. By setting these gas atmospheres, reduction can be promoted and oxidation can be suppressed.

【0087】不活性ガス雰囲気としては、アルゴンガ
ス、ヘリウムガス、窒素ガスから選択される一種類以上
のガスが好適である。これらのガス雰囲気にすることで
酸化を抑制することができ、また、窒化を促進すること
もできる。
As the inert gas atmosphere, at least one gas selected from argon gas, helium gas, and nitrogen gas is preferable. The use of such a gas atmosphere can suppress oxidation and promote nitridation.

【0088】更に酸素プラズマあるいは窒素プラズマ処
理する工程を、メカニカルグライディング処理する工程
終了後行う方が更に酸化、窒化を促進して好適な場合も
ある。
In some cases, it is preferable to perform the oxygen plasma or nitrogen plasma treatment after the mechanical gliding treatment is completed, because oxidation and nitridation are further promoted.

【0089】f)添加する材料 結晶性の原材料(活物質の出発物質)を、上述したよう
にリチウム電池の充放電反応中に最終的に得られる活物
質となる電極において電気化学的に不活性となる材料
(電極(a)での活物質の調製の場合)、又はリチウム
電池の充放電反応中に最終的に得られる活物質となる電
極においてリチウム以外の物質に対して電気化学的に不
活性な材料(電極(a)及び(b)での活物質の調製の
場合)を添加して共に混合し、遠心力を付与してメカニ
カルグライディングすることで非晶質化を促進できる。
これらは電池中において化学的に安定な材料が得られる
点で好適である。
F) Material to be added The crystalline raw material (starting material of the active material) is electrochemically inactive at the electrode which becomes the active material finally obtained during the charge / discharge reaction of the lithium battery as described above. (In the case of preparing the active material at the electrode (a)), or at the electrode finally obtained during the charge / discharge reaction of the lithium battery, the electrode other than lithium is electrochemically incompatible with the material other than lithium. An active material (in the case of preparing an active material at the electrodes (a) and (b)) is added and mixed together, and a centrifugal force is applied to perform mechanical grinding to promote amorphization.
These are suitable in that a chemically stable material can be obtained in the battery.

【0090】特にメカニカルグライディングでは、粉体
に対してより大きなエネルギー(E)を与えるには、上
記c)遠心力の項で述べたように装置に用いる媒体の重
量及び設定回転数によってエネルギーは変わる。また、
E=1/2mv2の式より明らかなように、粉体に対し
てもより大きな速度と、より重い粉体を用いることが好
ましい。前者の速度はメカニカルグライディングを行う
装置が律速になり、粉体重量は、選択する粉体の比重及
び粒子径で決まる。ただし粒子径としては、活物質(非
晶質相を有する材料となる結晶性の材料)の表面を被覆
する場合、あるいは結晶性の材料との接触面積を増やし
てメカニカルグライディングを進行させる場合等は、結
晶性の材料の粒子径よりも小さい方が良い。具体的には
第一成分の結晶性の材料の粒子径の1/3以下、より好
ましくは1/5以下が好適である。一方、電気化学的に
不活性となる材料を結晶性の材料の内部まで均一に反応
を進める場合、あるいは上記2種類以上の原材料塩を混
合してメカニカルグライディングを行い、原材料塩を混
合溶融反応させる場合等は、粒子径が大きい方がより大
きなエネルギーを粉体にかけられるので、活物質材料の
非晶質化及び活物質の原材料(出発物質)と電気化学的
に不活性となる材料との複合化も進行し易く好ましい場
合もある。
In particular, in mechanical grinding, in order to give a larger energy (E) to the powder, the energy varies depending on the weight of the medium used in the apparatus and the set number of revolutions as described in the section of c) centrifugal force. . Also,
As is clear from the equation of E = 1/2 mv 2 , it is preferable to use a higher speed and a heavier powder for the powder. The former speed is determined by a device that performs mechanical grinding, and the powder weight is determined by the specific gravity and the particle size of the selected powder. However, as for the particle size, when coating the surface of an active material (a crystalline material that becomes a material having an amorphous phase), or when increasing the contact area with a crystalline material to advance mechanical grinding, etc. It is better that the particle diameter is smaller than that of the crystalline material. Specifically, the particle diameter of the crystalline material of the first component is preferably 1/3 or less, more preferably 1/5 or less. On the other hand, when the electrochemically inactive material is uniformly reacted to the inside of the crystalline material, or the two or more kinds of raw material salts are mixed and subjected to mechanical grinding, and the raw material salts are mixed and melted and reacted. In some cases, the larger the particle size, the more energy can be applied to the powder, so that the active material becomes amorphous and the raw material (starting material) of the active material is combined with the electrochemically inactive material. In some cases, it is preferable because the formation proceeds easily.

【0091】また、前記添加する材料が金属や炭素材料
等の場合、これら添加した材料が原材料の結晶性材料の
表面あるいは内部にまで均一に分散されることによっ
て、ただ単に金属や炭素材料等を結晶性の材料と共に混
合した場合よりも集電能が向上するので好ましい。活物
質の原材料となる結晶性の材料を金属や炭素材料等と共
にメカニカルグライディングして、金属や炭素材料で最
終的に表面が被覆された正極活物質あるいは負極活物質
を得ることで、場合によっては活物質に対して導電補助
剤を添加しなくても良いか、あるいは添加量を低減でき
る。また、活物質の表面に金属や炭素材料が被覆されれ
ていれば、少量で導電性を確保できるので、トータルと
して見ると、電極中の導電補助剤の含有量を低減でき、
活物質の充填密度が向上し、結果として高エネルギー密
度の電極が得られる。
When the material to be added is a metal or a carbon material, the added material is uniformly dispersed on the surface or inside of the crystalline material of the raw material, so that the metal or the carbon material is simply added. This is preferable because the current collecting ability is improved as compared with the case where the material is mixed with a crystalline material. By mechanically grinding a crystalline material as a raw material of the active material together with a metal or a carbon material to obtain a positive electrode active material or a negative electrode active material whose surface is finally coated with a metal or a carbon material, in some cases, It is not necessary to add the conductive auxiliary to the active material, or the amount of addition can be reduced. In addition, if the surface of the active material is coated with a metal or carbon material, conductivity can be secured with a small amount, so that as a whole, the content of the conductive auxiliary in the electrode can be reduced,
The packing density of the active material is improved, and as a result, an electrode having a high energy density can be obtained.

【0092】更に、メカニカルグライディングで非晶質
を含有した活物質を調製した場合、メカニカルグライデ
ィング前の結晶質の時よりもリチウムイオンをインター
カーレート及びデインターカーレートできるサイトが増
大して容量が大きくなるので、このサイトにリチウムイ
オンが入るようにメカニカルグライディング時にあらか
じめリチウム化合物等を添加してやることによって電極
の高容量化を図ることもできる。添加するリチウム化合
物としては、水酸化物、窒化物、硫化物、炭酸塩、アル
コキシド等がある。特に窒化リチウムはそれ自身イオン
導電性があるので、上記サイト中に入れなかった場合で
も導電性があり、好適である。また、リチウム化合物を
添加する場合、リチウム塩が溶融あるいは分解して活物
質層間に入り易くするために、メカニカルグライディン
グの条件において、例えば遠心力を付与したり、雰囲気
温度を高める等の条件を選ぶ方が好適である。
Furthermore, when an active material containing an amorphous material is prepared by mechanical grinding, the number of sites where lithium ions can be intercalated and deintercalated is increased as compared with the crystalline material before mechanical grinding, and the capacity is increased. Since the size of the electrode becomes large, it is possible to increase the capacity of the electrode by adding a lithium compound or the like in advance during mechanical grinding so that lithium ions enter this site. Examples of the lithium compound to be added include hydroxides, nitrides, sulfides, carbonates, and alkoxides. In particular, since lithium nitride itself has ionic conductivity, even if it is not put into the above-mentioned site, it has conductivity and is suitable. In addition, in the case of adding a lithium compound, in order to make the lithium salt easily melt or decompose and enter the active material layer, under mechanical grinding conditions, for example, a condition such as imparting a centrifugal force or increasing the ambient temperature is selected. Is more preferred.

【0093】リチウム電池の充放電反応中に当該活物質
を用いる電極において電気化学的に不活性となる材料又
はリチウム電池の充放電反応中に当該活物質を用いる電
極においてリチウム以外の物質に対して電気化学的に不
活性となる材料を添加する場合、その添加量としては、
多い方がメカニカルグライディングが進行し易いので好
ましいが、逆に添加量の過度の増加は電極中の活物質充
填密度の低下を招きエネルギー密度が低下するので、両
者を考慮して決める必要がある。具体的には、上述の電
気化学的に不活性となる材料の添加量として1〜50%
の範囲が好ましく、より好ましくは1から20%、更に
エネルギー密度の低下分以上に活物質利用率向上分が大
きくなる範囲あるいは導電補助剤の代替として用いるこ
とで1から10%の範囲がより好ましい。
A material other than lithium becomes electrochemically inactive in an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of a lithium battery or a material other than lithium in an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of a lithium battery. When adding an electrochemically inactive material,
A larger amount is preferable because mechanical gliding easily progresses. However, an excessive increase in the addition amount causes a decrease in the active material packing density in the electrode and lowers the energy density. Specifically, the addition amount of the above-mentioned electrochemically inactive material is 1 to 50%.
Is more preferable, and more preferably 1 to 20%, and more preferably a range of 1 to 10% in which the increase in the active material utilization is larger than the decrease in the energy density, or the range of 1 to 10% when used as a substitute for the conductive auxiliary. .

【0094】一方、本発明のリチウム二次電池の実施の
形態では、上記形態1)の対極用の負極に、電極(a)
及び(b)以外の構成の電極を用い、また、形態2)又
は4)の対極用の正極に電極(a)以外の構成の電極を
用いる。
On the other hand, in the embodiment of the lithium secondary battery of the present invention, the electrode (a) is added to the negative electrode for the counter electrode in the above mode 1).
Further, an electrode having a configuration other than the electrode (a) is used as the counter electrode of the configuration 2) or 4).

【0095】形態1)での対極用の負極においては、そ
の活物質として、結晶質であって、放電前の状態でリチ
ウムを保持する材料、例えば、リチウム金属、リチウム
をインタカレートした炭素材料や遷移金属酸化物、遷移
金属硫化物、リチウム合金を有する結晶質材料を用いる
ことができる。また、結晶質又は非晶質のケッチェンブ
ラックやアセチレンブラック等のカーボンブラックを含
む非晶質炭素、天然黒鉛、難黒鉛化炭素等や易黒鉛化炭
素等の人造黒鉛等を用いることができる。この他、非晶
質の五酸化バナジウムを用いることもできる。
In the negative electrode for the counter electrode in the form 1), as the active material, a crystalline material that retains lithium before discharging, such as lithium metal or a carbon material in which lithium is intercalated Alternatively, a crystalline material including a transition metal oxide, a transition metal sulfide, and a lithium alloy can be used. In addition, amorphous carbon including carbon black such as crystalline or amorphous Ketjen black and acetylene black, artificial graphite such as natural graphite, non-graphitizable carbon, and easily graphitizable carbon can be used. In addition, amorphous vanadium pentoxide can be used.

【0096】形態2)又は4)での対極用の正極におい
ては、その活物質として、結晶質の遷移金属酸化物、遷
移金属硫化物、リチウム-遷移金属酸化物、又はリチウ
ム-遷移金属硫化物が一般的に用いるられる。これらの
遷移金属元素としては、例えば、部分的にd殻あるいはf
殻を有する元素であるところの、Sc,Y, ランタノイド,
アクチノイド, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, M
n, Tc,Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu,
Ag, Auが挙げられる。特に、第一遷移金属系列であるT
i, V, Cr, Mn, Fe, Co,Ni, Cuが好適である。この他、
非晶質の五酸化バナジウムを用いることもできる。
In the positive electrode for the counter electrode in the form 2) or 4), a crystalline transition metal oxide, a transition metal sulfide, a lithium-transition metal oxide, or a lithium-transition metal sulfide is used as an active material. Is generally used. These transition metal elements include, for example, a partially d-shell or f-shell.
Sc, Y, lanthanoid, which is an element with a shell
Actinoid, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, M
n, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu,
Ag and Au are mentioned. In particular, the first transition metal series T
i, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu are preferred. In addition,
Amorphous vanadium pentoxide can also be used.

【0097】尚、上記正極及び負極の活物質の材料は、
対向する電極の活物質材料の電位を考慮して選択して用
いる。
The materials of the positive and negative electrode active materials are as follows:
It is selected and used in consideration of the potential of the active material of the opposing electrode.

【0098】上述したような活物質を用いた電極(a)
及び(b)の作製、またその他の電極の作製、更にこの
電極を用いて作製した二次電池について説明する。
Electrode (a) using active material as described above
And (b), the production of other electrodes, and the secondary battery produced using this electrode.

【0099】(電極構成及び作製方法)本発明の二次電池
における電極(a)及び(b)、その他の電極は、集電
体、活物質、導電補助剤、結着剤等から構成されたもの
である。この電極の作製法としては、上述したような非
晶質相を含有した活物質又はその他の活物質、導電補助
剤及び結着剤等を溶剤と共に混合して得たペーストを、
集電体の表面上に塗布する方法等がある。ここで前述し
たように活物質表面あるいは内部に均一に分散させた添
加材として金属、炭素材料等の導電性が高い材料を用い
る場合は、導電補助材を添加しなくても良いか、あるい
は含有量を低減できる。塗布方法としては、例えば、コ
ーター塗布方法、スクリーン印刷法等を適用できる。
(Electrode Configuration and Manufacturing Method) The electrodes (a) and (b) and the other electrodes in the secondary battery of the present invention were composed of a current collector, an active material, a conductive auxiliary agent, a binder and the like. Things. As a method for producing this electrode, a paste obtained by mixing an active material or other active material containing an amorphous phase as described above, a conductive auxiliary agent, a binder and the like with a solvent,
There is a method of coating on the surface of the current collector. As described above, when a highly conductive material such as a metal or a carbon material is used as an additive uniformly dispersed on the surface or inside of the active material, the conductive auxiliary material may not be added or may be included. The amount can be reduced. As a coating method, for example, a coater coating method, a screen printing method, or the like can be applied.

【0100】電極に使用する導電補助剤としては、黒
鉛、ケッチェンブラックやアセチレンブラック等のカー
ボンブラック、ニッケルやアルミニウム等の金属微粉末
等が挙げられる。電極に使用する結着剤としては、ポリ
エチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、又は
ポリフッ化ビリニデンやテトラフルオロエチレンポリマ
ーのようなフッ素樹脂、ポリビニルアルコール、セルロ
ース、又はポリアミド等がある。
Examples of the conductive auxiliary agent used for the electrode include graphite, carbon black such as Ketjen black and acetylene black, and fine metal powder such as nickel and aluminum. Examples of the binder used for the electrode include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, fluorine resins such as polyvinylidene fluoride and tetrafluoroethylene polymer, polyvinyl alcohol, cellulose, and polyamide.

【0101】なお、活物質や結着剤等の原材料あるいは
電極については電池にする前、脱水を十分行ったものを
使用する方が望ましい。
It is preferable to use raw materials such as active materials and binders or electrodes which have been sufficiently dehydrated before being made into a battery.

【0102】電極の集電体は、充放電時の電極反応で消
費する電流を効率よく供給する、あるいは発生する電流
を集電する役目を担っている。したがって、電極の集電
体を形成する材料としては、電導度が高く、かつ、電池
反応に不活性(電池中で電圧をかけて充放電(酸化還元
反応)を行っても電極活物質あるいは添加物等が反応し
ないこと。あるいは電解液に対しても反応しないこ
と。)な材質が望ましい。
The current collector of the electrode plays a role of efficiently supplying a current consumed by the electrode reaction at the time of charging / discharging or collecting the generated current. Therefore, as a material for forming the current collector of the electrode, a material having a high electric conductivity and being inactive in the battery reaction (even if a voltage is applied in the battery and charge / discharge (oxidation-reduction reaction) is performed), Material does not react, or does not react with the electrolytic solution).

【0103】正極の集電体に好ましい材料としては、ニ
ッケル、チタニウム、アルミニウム、ステンレススチー
ル、白金、パラジウム、金、亜鉛、各種合金、及び上記
材料の二種以上の複合金属が挙げられる。
Preferred materials for the current collector of the positive electrode include nickel, titanium, aluminum, stainless steel, platinum, palladium, gold, zinc, various alloys, and two or more composite metals of the above materials.

【0104】負極の集電体に好ましい材料としては、
銅、ニッケル、チタニウム、ステンレススチール、白
金、パラジウム、金、亜鉛、各種合金、及び上記材料の
二種以上の複合金属が挙げられる。集電体の形状として
は、例えば、板状、箔状、メッシュ状、スポンジ状、繊
維状、パンチングメタル、エキスパンドメタル等の形状
を採用できる。
Preferred materials for the current collector of the negative electrode include:
Examples include copper, nickel, titanium, stainless steel, platinum, palladium, gold, zinc, various alloys, and two or more composite metals of the above materials. As the shape of the current collector, for example, a shape such as a plate shape, a foil shape, a mesh shape, a sponge shape, a fiber shape, a punching metal, and an expanded metal can be adopted.

【0105】(電池の形状と構造)本発明の二次電池の具
体的な形状としては、例えば、扁平形、円筒形、直方体
形、シート形などがある。又、電池の構造としては、例
えば、単層式、多層式、スパイラル式などがある。その
中でも、スパイラル式円筒形の電池は、負極と正極の間
にセパレータを挟んで巻くことによって、電極面積を大
きくすることができ、充放電時に大電流を流すことがで
きるという特徴を有する。また、直方体形やシート形の
電池は、複数の電池を収納して構成する機器の収納スペ
ースを有効に利用することができる特徴を有する。
(Shape and Structure of Battery) Specific shapes of the secondary battery of the present invention include, for example, a flat shape, a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, and a sheet shape. In addition, examples of the structure of the battery include a single-layer type, a multilayer type, and a spiral type. Among them, the spiral cylindrical battery has a feature that the electrode area can be increased by winding the separator between the negative electrode and the positive electrode with the separator interposed therebetween, and a large current can flow during charging and discharging. In addition, the rectangular or sheet-shaped battery has a feature that the storage space of a device configured to store a plurality of batteries can be effectively used.

【0106】以下では、図6、図7を参照して、電池の
形状と構造についてより詳細な説明を行う。図6は単層
式扁平形(コイン形)電池の断面図であり、図7はスパ
イラル式円筒型電池の断面図を表している。これらのリ
チウム電池は、負極、正極、電解質・セパレータ、電池
ハウジング、出力端子を有する。
Hereinafter, the shape and structure of the battery will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 6 is a sectional view of a single-layer flat (coin-shaped) battery, and FIG. 7 is a sectional view of a spiral cylindrical battery. These lithium batteries have a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte / separator, a battery housing, and an output terminal.

【0107】図6、図7において、301と401は負
極、303と408は正極、305と405は負極端子
(負極キャップ)、306と406は正極端子(正極
缶)、307と407はセパレータ・電解液、310と
410はガスケット、400は負極集電体、404は正
極集電体、411は絶縁板、412は負極リード、41
3は正極リード、414は安全弁である。
6 and 7, reference numerals 301 and 401 denote negative electrodes, 303 and 408 denote positive electrodes, 305 and 405 denote negative electrode terminals (negative electrode caps), 306 and 406 denote positive electrode terminals (positive cans), and 307 and 407 denote separator terminals. Electrolyte, 310 and 410 are gaskets, 400 is a negative electrode current collector, 404 is a positive electrode current collector, 411 is an insulating plate, 412 is a negative electrode lead, 41
3 is a positive electrode lead, and 414 is a safety valve.

【0108】図6に示す扁平型(コイン型)の二次電池
では、正極材料層(活物質層)を含む正極303と負極
材料層(活物質層)を備えた負極301が少なくとも電
解液を保持したセパレータ307を介して積層されてお
り、この積層体が正極端子としての正極缶306内に正
極側から収容され、負極側が負極端子としての負極キャ
ップ305により被覆されている。そして正極缶内の他
の部分にはガスケット310が配置されている。
In the flat type (coin type) secondary battery shown in FIG. 6, a positive electrode 303 including a positive electrode material layer (active material layer) and a negative electrode 301 including a negative electrode material layer (active material layer) use at least an electrolytic solution. The stacked body is stacked via the held separator 307, and the stacked body is accommodated from the positive electrode side in a positive electrode can 306 as a positive electrode terminal, and the negative electrode side is covered with a negative electrode cap 305 as a negative electrode terminal. Then, a gasket 310 is arranged in another portion inside the positive electrode can.

【0109】図7に示すスパイラル式円筒型の二次電池
では、正極集電体404上に形成された正極(活物質)
層403を有する正極408と、負極集電体400上に
形成された負極(活物質)層401を有した負極402
が、少なくとも電解液を保持したセパレーター407を
介して対向し、多重に巻回された円筒状構造の積層体を
形成している。当該円筒状構造の積層体が、正極端子と
しての正極環406内に収容されている。また、当該正
極缶406の開口部側には負極端子としての負極キャッ
プ405が設けられており、負極缶内の他の部分におい
てガスケット410が配置されている。円筒状構造の電
極の積層体は絶縁板411を介して正極キャップ側と隔
てられている。正極408については正極リード413
を介して正極缶406に接続されている。又負極402
については負極リード412を介して負極キャップ40
5と接続されている。負極キャップ側には電池内部の内
圧を調整するための安全弁414が設けられている。
In the spiral cylindrical secondary battery shown in FIG. 7, the positive electrode (active material) formed on the positive electrode current collector 404
A positive electrode 408 having a layer 403 and a negative electrode 402 having a negative electrode (active material) layer 401 formed on a negative electrode current collector 400
Are opposed to each other via a separator 407 holding at least an electrolytic solution, and form a multilayer body having a cylindrical structure wound in multiple layers. The laminate having the cylindrical structure is accommodated in a positive electrode ring 406 as a positive electrode terminal. In addition, a negative electrode cap 405 as a negative electrode terminal is provided on the opening side of the positive electrode can 406, and a gasket 410 is disposed in another portion inside the negative electrode can. The stacked body of the electrodes having the cylindrical structure is separated from the positive electrode cap side via the insulating plate 411. For the positive electrode 408, the positive electrode lead 413
Through the positive electrode can 406. Also negative electrode 402
About the negative electrode cap 40 via the negative electrode lead 412.
5 is connected. A safety valve 414 for adjusting the internal pressure inside the battery is provided on the negative electrode cap side.

【0110】前述したように負極301の活物質層、正
極303の活物質層、負極402の活物質層401、正
極408の活物質層403に、前述したような1)〜
5)のいずれかの形態となるように上記X線回折特性を
有し非晶質相を有する活物質からなる電極(a)及び/
又は(b),また場合によっては電極(a)及び(b)
以外のその他の電極を用いる。
As described above, the active material layer of the negative electrode 301, the active material layer of the positive electrode 303, the active material layer 401 of the negative electrode 402, and the active material layer 403 of the positive electrode 408 have the above-mentioned 1) to
5) An electrode (a) made of an active material having an X-ray diffraction characteristic and having an amorphous phase and / or
Or (b) and optionally electrodes (a) and (b)
Other electrodes are used.

【0111】以下では、図6や図7に示した電池の組み
立て方法の一例を説明する。 (1) 負極(301,402)と成形した正極(306,40
8)の間に、セパレータ(307,407)を挟んで、正極
缶(306または406)に組み込む。 (2) 電解質を注入した後、負極キャップ(305または
405)とガスケット(310、410)を組み立てる。 (3) 上記(2) を、かしめることによって、電池は完成
する。
In the following, an example of a method of assembling the battery shown in FIGS. 6 and 7 will be described. (1) Negative electrode (301, 402) and molded positive electrode (306, 40)
8), the separator (307, 407) is sandwiched therebetween and assembled into the positive electrode can (306 or 406). (2) After injecting the electrolyte, the negative electrode cap (305 or 405) and the gaskets (310, 410) are assembled. (3) The battery is completed by caulking the above (2).

【0112】なお、上述したリチウム電池の材料調製、
及び電池の組立は、水分が十分除去された乾燥空気中、
又は乾燥不活性ガス中で行うのが望ましい。
It should be noted that the above-described lithium battery material preparation,
And the assembly of the battery, in dry air from which moisture has been sufficiently removed,
Or it is desirable to carry out in a dry inert gas.

【0113】上述のような二次電池を構成する電極以外
の部材について説明する。
The members other than the electrodes constituting the secondary battery as described above will be described.

【0114】(セパレータ)セパレータは、負極と正極
の短絡を防ぐ役割がある。また、電解液を保持する役割
を有する場合もある。セパレータは、リチウムイオンが
移動できる細孔を有し、かつ、電解液に不溶で安定であ
る必要がある。したがって、セパレータとしては、例え
ば、ガラス、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリ
オレフィン、フッ素樹脂、などの不織布あるいはミクロ
ポア構造の材料が好適に用いられる。また、微細孔を有
する金属酸化物フィルム、又は、金属酸化物を複合化し
た樹脂フィルムも使用できる。特に、多層化した構造を
有する金属酸化物フィルムを使用した場合には、デンド
ライトが貫通しにくいため、短絡防止に効果がある。難
燃材であるフッ素樹脂フィルム、又は、不燃材であるガ
ラス、若しくは金属酸化物フィルムを用いた場合には、
より安全性を高めることができる。
(Separator) The separator has a role of preventing a short circuit between the negative electrode and the positive electrode. In some cases, it has a role of holding an electrolytic solution. The separator must have pores through which lithium ions can move, and must be insoluble and stable in the electrolytic solution. Therefore, as the separator, for example, a nonwoven fabric such as glass, polyolefin such as polypropylene or polyethylene, a fluororesin, or a material having a micropore structure is suitably used. Further, a metal oxide film having fine pores or a resin film in which a metal oxide is compounded can be used. In particular, when a metal oxide film having a multilayered structure is used, the dendrite hardly penetrates, which is effective in preventing a short circuit. When using a fluororesin film that is a flame retardant material, or glass that is a nonflammable material, or a metal oxide film,
Security can be further improved.

【0115】(電解質)本発明の二次電池における電解
質の使用法としては、次の3通りが挙げられる。 (1)そのままの状態で用いる方法。 (2)溶媒に溶解した溶液として用いる方法。 (3)溶液にポリマーなどのゲル化剤を添加することによ
って、固定化したものとして用いる方法。
(Electrolyte) The electrolyte can be used in the secondary battery of the present invention in the following three ways. (1) A method used as it is. (2) A method of using as a solution dissolved in a solvent. (3) A method in which a gelling agent such as a polymer is added to a solution to be used as an immobilized one.

【0116】一般的には、溶媒に電解質を溶かした電解
液を、多孔性のセパレータに保液させて使用する。
In general, an electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a solvent is used by being retained in a porous separator.

【0117】電解質の導電率は、25℃における値とし
て、好ましくは1×10-3S/cm以上、より好ましくは5×1
0-3S/cm以上であることが必要である。
The conductivity of the electrolyte as a value at 25 ° C. is preferably 1 × 10 −3 S / cm or more, more preferably 5 × 1 −3 S / cm.
It must be 0 -3 S / cm or more.

【0118】負極活物質がリチウムであるリチウム二次
電池では、電解質としては、例えば、H2SO4、HCl、HNO3
などの酸、リチウムイオン(Li+)とルイス酸イオン(B
F4 、PF6 、AsF6 、ClO4 、CF3SO3 、BPh4 -(Ph:
フェニル基))から成る塩、およびこれらの混合塩、が
挙げられる。また、ナトリウムイオン,カリウムイオ
ン,テトラアルキルアンモニウムイオン,などの陽イオ
ンとルイス酸イオンからなる塩も使用できる。上記塩
は、減圧下で加熱したりして、十分な脱水と脱酸素を行
っておくことが望ましい。
In a lithium secondary battery in which the negative electrode active material is lithium, the electrolyte may be, for example, H 2 SO 4 , HCl, HNO 3
Such as acid, lithium ion (Li + ) and Lewis acid ion (B
F 4 , PF 6 , AsF 6 , ClO 4 , CF 3 SO 3 , BPh 4 (Ph:
Phenyl group)), and mixed salts thereof. Further, salts composed of cations such as sodium ion, potassium ion, tetraalkylammonium ion and Lewis acid ions can also be used. It is desirable that the salt is sufficiently dehydrated and deoxygenated by heating under reduced pressure.

【0119】電解質の溶媒としては、例えば、アセトニ
トリル、ベンゾニトリル、プロピレンカーボネート、エ
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、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフ
ラン、ニトロベンゼン、ジクロロエタン、ジエトキシエ
タン、1,2-ジメトキシエタン、クロロベンゼン、γ-ブ
チロラクトン、ジオキソラン、スルホラン、ニトロメタ
ン、ジメチルサルファイド、ジメチルサルオキシド、ジ
メトキシエタン、ギ酸メチル、3-メチル-2-オキダゾリ
ジノン、2-メチルテトラヒドロフラン、3-プロピルシド
ノン、二酸化イオウ、塩化ホスホリル、塩化チオニル、
塩化スルフリル、又は、これらの混合液を使用できる。
Examples of the solvent for the electrolyte include acetonitrile, benzonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dimethylformamide, tetrahydrofuran, nitrobenzene, dichloroethane, diethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, chlorobenzene, and the like. γ-butyrolactone, dioxolan, sulfolane, nitromethane, dimethylsulfide, dimethylsulfoxide, dimethoxyethane, methyl formate, 3-methyl-2-oxazolidinone, 2-methyltetrahydrofuran, 3-propylsydnone, sulfur dioxide, phosphoryl chloride, thionyl chloride ,
Sulfuryl chloride or a mixture thereof can be used.

【0120】上記溶媒は、例えば、活性アルミナ、モレ
キュラーシーブ、五酸化リン、塩化カルシウムなどで脱
水するか、溶媒によっては、不活性ガス中でアルカリ金
属共存下で蒸留して不純物除去と脱水をも行うのがよ
い。
The solvent may be dehydrated with, for example, activated alumina, molecular sieve, phosphorus pentoxide, calcium chloride, or the like, or may be distilled in an inert gas in the presence of an alkali metal to remove impurities and dehydrate. Good to do.

【0121】また電解液の漏洩を防止するために、電解
液をゲル化することが好ましい。ゲル化剤としては電解
液の溶媒を吸収して膨潤するようなポリマーを用いるの
が望ましい。このようなポリマーとしては、ポリエチレ
ンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルア
ミドなどが用いられる。
Further, in order to prevent the electrolyte solution from leaking, it is preferable to gel the electrolyte solution. As the gelling agent, it is desirable to use a polymer that absorbs the solvent of the electrolytic solution and swells. As such a polymer, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyacrylamide and the like are used.

【0122】(絶縁パッキング)ガスケット(310,41
0)の材料としては、例えば、フッ素樹脂,ポリアミド
樹脂,ポリスルフォン樹脂,各種ゴムが使用できる。電
池の封口方法としては、図6と図7のように絶縁パッキ
ングを用いた「かしめ」以外にも、ガラス封管,接着
剤,溶接,半田付けなどの方法が用いられる。また、図
7の絶縁板の材料としては、各種有機樹脂材料やセラミ
ックスが用いられる。
(Insulation Packing) Gasket (310, 41)
As the material of 0), for example, a fluorine resin, a polyamide resin, a polysulfone resin, and various rubbers can be used. As a method for sealing the battery, a method such as glass sealing tube, adhesive, welding, soldering, or the like is used in addition to "caulking" using insulating packing as shown in FIGS. Various organic resin materials and ceramics are used as the material of the insulating plate in FIG.

【0123】(外缶)電池の外缶は、電池の正極缶(3
06, 406)、及び負極キャップ(305,405)から
構成される。外缶の材料としては、ステンレススチール
が好適に用いられる。特に、チタンクラッドステンレス
板や銅クラッドステンレス板、ニッケルメッキ鋼板など
が多用される。
(Outer Can) The outer can of the battery was a positive electrode can (3
06, 406) and a negative electrode cap (305, 405). As a material for the outer can, stainless steel is preferably used. In particular, a titanium clad stainless steel plate, a copper clad stainless steel plate, a nickel plated steel plate and the like are frequently used.

【0124】図6では正極缶(306)が、図7では正極
缶(408)が電池ハウジング(ケース)を兼ねているた
め、上記のステンレススチールが好ましい。ただし、正
極缶または負極缶が電池ハウジングを兼用しない場合に
は、電池ケースの材質としては、ステンレススチール以
外にも亜鉛などの金属、ポリプロピレンなどのプラスチ
ック、又は、金属若しくはガラス繊維とプラスチックの
複合材が挙げられる。
Since the positive electrode can (306) in FIG. 6 and the positive electrode can (408) in FIG. 7 also serve as the battery housing (case), the above stainless steel is preferable. However, when the cathode or anode can does not double as the battery housing, the material of the battery case is not only stainless steel but also metal such as zinc, plastic such as polypropylene, or composite material of metal or glass fiber and plastic. Is mentioned.

【0125】(安全弁)リチウム二次電池には、電池の
内圧が高まった時の安全対策として、安全弁が備えられ
ている。図7には図示されていないが、安全弁として
は、例えば、ゴム、スプリング、金属ボール、破裂箔な
どが使用できる。
(Safety Valve) The lithium secondary battery is provided with a safety valve as a safety measure when the internal pressure of the battery increases. Although not shown in FIG. 7, as the safety valve, for example, rubber, a spring, a metal ball, a burst foil, or the like can be used.

【0126】[0126]

【実施例】以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説
明する。
The present invention will be described below in more detail with reference to examples.

【0127】まず、本発明のリチウム二次電池における
非晶質相を含有した活物質の調製方法について、調製さ
れた活物質サンプルのX線回折プロファイルによる評価
等を基に図8〜11を参照して説明する。尚、図8〜1
1のX線回折プロファイルの縦方向のピークの高さは相
対的なレベルを示し。強度(cps)は省略している。
First, a method for preparing an active material containing an amorphous phase in the lithium secondary battery of the present invention will be described with reference to FIGS. I will explain. 8 to 1
The height of the vertical peak of the X-ray diffraction profile of No. 1 indicates a relative level. The intensity (cps) is omitted.

【0128】(実施例1)水酸化ニッケルと水酸化リチ
ウムを、ニッケルとリチウムのモル比が1:1となるよ
うに秤量、均一混合した後、750℃で20時間酸素雰
囲気の電気炉内で焼成し、ニッケル酸リチウムを得た。
このニッケル酸リチウムはX線回折分析(Cu-Kα)
結果より、六方晶に帰属する結晶状態であることがわか
った(図8(a))。また、レーザー式粒度分布測定よ
り、このニッケル酸リチウムの平均粒子径は13μmで
あった。次にこのニッケル酸リチウムに平均粒子径1μ
mニッケルを単に混合したものについて、上記同様のX
線回折分析を行った(図8(b))。この結果よりニッケ
ル酸リチウムとニッケルに帰属する各々のピークが観察
された。
Example 1 Nickel hydroxide and lithium hydroxide were weighed and uniformly mixed so that the molar ratio of nickel to lithium was 1: 1 and then placed in an electric furnace in an oxygen atmosphere at 750 ° C. for 20 hours. It was calcined to obtain lithium nickelate.
X-ray diffraction analysis (Cu-Kα) of this lithium nickelate
From the results, it was found that the crystal state was attributed to a hexagonal crystal (FIG. 8A). The average particle diameter of the lithium nickelate was 13 μm as determined by laser particle size distribution measurement. Next, an average particle diameter of 1 μm
m nickel simply mixed, the same X
Line diffraction analysis was performed (FIG. 8 (b)). From these results, respective peaks attributed to lithium nickelate and nickel were observed.

【0129】一方、上記結晶状態のニッケル酸リチウム
50wt%とニッケル50wt%を遊星ボールミル容器
(容器の直径4cm)中に加えた後、15Gかかるように
駆動モータの回転数を3700rpmに設定し、直径1
5mmのステンレスボールを用い、1時間又は2時間メ
カニカルグライディングを実施した。得られた材料につ
いて上記と同様にX線回折分析を行った結果(図8
(c),(d))、例えば、(003)面のピーク(2
θ=19゜付近)について着目すると、遊星ボールミル
で処理する前に比べてピーク強度が低下し、またブロー
ドなピークに変化していることがわかった。具体的に
は、メカニカルグライディング処理する前の状態でX線
回折強度と半価幅の比率が1850cps/度であった
ものが、1時間メカニカルグライディング処理すること
によって300cps/度に減少し(図8(c)/図面
上は強度は省略)、更に1時間メカニカルグライディン
グ処理を行うとピークが消失するためX線回折強度と半
価幅の比率を算出することができなくなるまで減少する
(図8(d))。即ち、結晶質から非晶質に変化してい
るものであること、更に混合時間を長くしたり、遠心力
を高める等、遊星ボールミルの条件を変えることによっ
てピークはブロードになり、最終的にはピークが観察さ
れなくなり、完全に非晶質になることが認められる。ま
た、メカニカルグライディングにより、添加したニッケ
ル金属のピークは混合時間が長くなると強度は小さくな
ったが、2時間後でもピークは残存した(図8(d)/ド
ット●の部分)。
On the other hand, 50% by weight of lithium nickelate and 50% by weight of nickel in the above crystalline state were mixed in a planetary ball mill container.
(Container diameter: 4 cm), the rotation speed of the drive motor was set to 3700 rpm so as to take 15 G, and the diameter was 1 cm.
Using a 5 mm stainless steel ball, mechanical gliding was performed for 1 hour or 2 hours. The obtained material was subjected to X-ray diffraction analysis in the same manner as described above (FIG. 8).
(C), (d)), for example, the peak (2) of the (003) plane
Focusing on (θ = around 19 °), it was found that the peak intensity was lower than before the treatment with the planetary ball mill and changed to a broad peak. Specifically, the ratio between the X-ray diffraction intensity and the half width at 1850 cps / degree before the mechanical grinding processing was reduced to 300 cps / degree by performing the mechanical grinding processing for 1 hour (FIG. 8). (C) / Intensity is omitted in the drawing). Further, if mechanical gliding treatment is performed for 1 hour, the peak disappears, so that the ratio between the X-ray diffraction intensity and the half width cannot be calculated (FIG. 8 ( d)). That is, the peak becomes broad by changing the conditions of the planetary ball mill, such as changing from crystalline to amorphous, further increasing the mixing time, increasing the centrifugal force, etc. It can be seen that the peak is no longer observed and it becomes completely amorphous. Also, due to mechanical gliding, the peak of the added nickel metal decreased in intensity when the mixing time was prolonged, but remained after 2 hours (FIG. 8 (d) / dots ●).

【0130】以上の分析より、本発明の方法で得た活物
質では、単にニッケル酸リチウムとニッケル金属を混合
した構造のものとは本質的に全く異なるものであること
が認められる。
From the above analysis, it is recognized that the active material obtained by the method of the present invention is essentially completely different from that having a structure obtained by simply mixing lithium nickelate and nickel metal.

【0131】上述した例で得られた活物質(ニッケル酸
リチウムとニッケルを2時間混合/図8(d)に示すプ
ロファイル)の非晶質化の度合いをさらにX線小角散乱
法を用いて測定すると、散乱角と散乱強度から不均一な
密度のゆらぎが観察され、非晶質化されていることがわ
かった。更に反射高速電子線回折(RHEED)分析結
果より、上述のニッケル酸リチウムとニッケルを1時間
混合した場合は、弱いリングパターンが観察され、また
2時間混合した場合の回折パターンはハローパターンが
観察され、非晶質化していることがわかった。
The degree of amorphization of the active material (mixing lithium nickelate and nickel for 2 hours / profile shown in FIG. 8D) obtained in the above-described example was further measured by the small-angle X-ray scattering method. As a result, a non-uniform density fluctuation was observed from the scattering angle and the scattering intensity, and it was found that the film was amorphous. Further, from the results of reflection high-energy electron diffraction (RHEED) analysis, a weak ring pattern was observed when the above-described lithium nickelate and nickel were mixed for 1 hour, and a halo pattern was observed when mixing for 2 hours. It turned out that it was amorphous.

【0132】結晶性の材料を非晶質化するのに一般的に
用いられている急冷法や溶液反応法等によって作製した
材料の場合原子構造の配列が短周期(ミクロ)的にも不
規則であるのに対して、出発原料に結晶質を用いて遠心
力等の物理エネルギーを付与することが特徴の本発明の
方法では、完全に不規則な原子構造をとるのではなくミ
クロ的には短周期で原子構造が規則的な部分を残してい
る点が大きく異なる。
In the case of a material prepared by a quenching method, a solution reaction method, or the like, which is generally used to make a crystalline material amorphous, the arrangement of the atomic structure is irregular even in a short period (micro). On the other hand, in the method of the present invention, which is characterized in that physical energy such as centrifugal force is applied by using a crystalline material as a starting material, instead of having a completely irregular atomic structure, it is not microscopically. The difference is that the atomic structure leaves a regular part in a short period.

【0133】このように得られた材料では、非晶質化さ
れた材料が短周期で原子構造が規則性を残しているの
で、電子電導性がある。従って、急冷法等による非晶質
活物質に比べて充放電容量及びサイクル寿命が長い活物
質を得られる。
The material thus obtained has electron conductivity because the amorphous material has a short period and the atomic structure has regularity. Therefore, an active material having a longer charge / discharge capacity and a longer cycle life than an amorphous active material obtained by a quenching method or the like can be obtained.

【0134】また、上記のメカニカルグライディングし
た後のニッケル酸リチウムをXMA分析した結果、ニッ
ケル酸リチウム粒子表面がニッケルで被覆されているの
が観察された。
As a result of XMA analysis of the lithium nickelate after the above-mentioned mechanical gliding, it was observed that the surface of the lithium nickelate particles was coated with nickel.

【0135】(実施例2)上記実施例1のニッケルの代
わりに非晶質カーボン(アセチレンブラック)を用い、ニ
ッケル酸リチウム80wt%とアセチレンブラック20
wt%を遊星ボールミル中で混合を行った。混合条件と
しては、容器の直径4cm、駆動モータの回転数を45
00rpmに設定し、直径15mmのステンレスボール
を用い、1時間のメカニカルグライディングとした。メ
カニカルグライディング実施前後の材料について実施例
1同様にX線回折分析を行った。この結果(図9
(a),(b))、例えば、(003)面と(104)
面のピークについて着目すると、遊星ボールミル混合
(メカニカルグライディング)前のピーク強度比((00
3)面/(104)面)1.5(図9(a))に対して2.8
(図9(b))と、(003)面のピークが大きく成長
していることがわかり、層状構造が発達したことがわか
った。また、(104)面の半価幅が広がり、その他の
ピークも同様にテーリングが大きくなっていた。すなわ
ち遊星ボールミルでメカニカルグライディングすること
によって非晶質化が進行することがわかった。また、メ
カニカルグライディングにより、添加したアセチレンブ
ラックに起因する炭素のピークは消失していた(図9
(a)/ドット●の部分(実施例3))。
(Example 2) Amorphous carbon (acetylene black) was used in place of nickel of Example 1 above, and lithium nickelate 80% by weight and acetylene black 20 were used.
The wt% was mixed in a planetary ball mill. The mixing conditions were as follows: the diameter of the container was 4 cm;
It was set to 00 rpm, and mechanical grinding was performed for 1 hour using a stainless steel ball having a diameter of 15 mm. X-ray diffraction analysis was performed on the material before and after the mechanical grinding in the same manner as in Example 1. This result (FIG. 9)
(A), (b)) For example, (003) plane and (104)
Focusing on the peak of the surface, the planetary ball mill mixing
Peak intensity ratio before (mechanical gliding) ((00
3) plane / (104) plane) 1.5 (Fig. 9 (a)) 2.8
(FIG. 9B), it can be seen that the peak of the (003) plane has grown greatly, indicating that the layered structure has developed. In addition, the half width of the (104) plane was widened, and the tailings of other peaks were also large. That is, it was found that the amorphous state progressed by mechanical grinding with a planetary ball mill. Further, the carbon peak due to the added acetylene black disappeared due to the mechanical gliding (FIG. 9).
(A) / dots ● (Example 3)).

【0136】(実施例3)酸化コバルトと炭酸リチウム
をコバルトとリチウムがモル比で1:1になるように秤
量後、乾式混合し、その後高温電気炉中で大気雰囲気、
850℃で焼成した。ここで得られたコバルト酸リチウ
ムを粉砕機中で平均粒子径15μm(レーザー式粒度分
布測定装置)になるように粉砕した。このコバルト酸リ
チウムに平均粒子径3μmチタニウムを50wt%添加
した場合について、遊星ボールミル(容器の直径23c
m)で公転回転数200rpmに設定し、混合時間0か
ら1時間まで変えてメカニカルグライディング実施前後
の各材料について実施例1同様にX線回折分析を行っ
た。結果を図10(b)、(c)に示した。また、同時
に用いたコバルト酸リチウム単独のX線プロファイルを
参考に示した(図10(a))。
Example 3 Cobalt oxide and lithium carbonate were weighed so that the molar ratio of cobalt to lithium was 1: 1 and then dry-mixed.
It was fired at 850 ° C. The obtained lithium cobaltate was pulverized in a pulverizer so as to have an average particle size of 15 μm (laser type particle size distribution measuring device). A planetary ball mill (container diameter 23c) was prepared by adding 50 wt% of titanium having an average particle diameter of 3 μm to this lithium cobalt oxide.
In (m), the number of revolutions was set to 200 rpm, and the mixing time was changed from 0 to 1 hour. X-ray diffraction analysis was performed on each material before and after the mechanical grinding in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIGS. 10 (b) and 10 (c). In addition, the X-ray profile of lithium cobaltate alone used at the same time is shown for reference (FIG. 10A).

【0137】図10では、混合1時間後ですでにコバル
ト酸リチウムのピークが消失していた。すなわち結晶質
のコバルト酸リチウム(図10(a),(b))はメカ
ニカルグライディングによって非晶質に変化したことが
わかった(図10(c))。しかし大気中で混合した為
チタニウムが酸化チタンに変化していることもわかっ
た。したがってこれをそのまま活物質として用いること
は不適当であるが、非晶質化が進んでいることはわか
る。また、雰囲気を非酸化性にすればチタニウムの酸化
を抑制することができ、活物質として用いることができ
る。
In FIG. 10, the peak of lithium cobalt oxide had already disappeared one hour after mixing. That is, it was found that the crystalline lithium cobalt oxide (FIGS. 10A and 10B) was changed to amorphous by mechanical grinding (FIG. 10C). However, it was also found that titanium was changed to titanium oxide due to mixing in the atmosphere. Therefore, it is inappropriate to use this as it is as an active material, but it can be seen that amorphousization is progressing. Further, if the atmosphere is made non-oxidizing, oxidation of titanium can be suppressed, and it can be used as an active material.

【0138】(実施例4)二酸化マンガンと硝酸リチウ
ムをマンガンとリチウムがモル比で1:1になるように
秤量後、乾式混合し、その後高温電気炉中で酸素雰囲
気、800℃で焼成した。ここで得られたマンガン酸リ
チウムを粉砕機中で平均粒子径13μm(レーザー式粒
度分布測定装置)になるように粉砕した。このマンガン
酸リチウムに平均粒子径1μmのアルミニウムを50w
t%添加した後、遊星ボールミル(容器の直径23cm)
で公転回転数150rpmに設定し、混合時間(メカニ
カルグライディング時間)0から2時間まで変えてメカ
ニカルグライディングを実施した。メカニカルグライデ
ィング前後の材料について実施例1と同様にX線回折に
よる評価を行った。結果を図11(b)、(c)、
(d)に示した。同時に用いたマンガン酸リチウム単独
のX線プロファイルを参考に示した(図11(a))。
Example 4 Manganese dioxide and lithium nitrate were weighed so that the molar ratio of manganese to lithium was 1: 1 and then dry-mixed, and then fired in a high-temperature electric furnace at 800 ° C. in an oxygen atmosphere. The lithium manganate thus obtained was pulverized in a pulverizer so as to have an average particle diameter of 13 μm (laser type particle size distribution analyzer). Aluminum having an average particle diameter of 1 μm is added to the lithium manganate in an amount of 50 w.
After adding t%, planetary ball mill (container diameter 23 cm)
, The revolution speed was set to 150 rpm, and the mixing time (mechanical grinding time) was changed from 0 to 2 hours to perform the mechanical grinding. The materials before and after the mechanical grinding were evaluated by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIGS.
(D). The X-ray profile of the lithium manganate alone used at the same time is shown for reference (FIG. 11A).

【0139】図11からは、混合1時間で(111)面
に帰属する19゜付近のピーク強度比が大きく減少する
ことが分かり(図11(c))、更に1時間混合を続け
るとピークの形がつぶれ更に非晶質化が進んでいること
がわかった(図11(d))。
From FIG. 11, it can be seen that the peak intensity ratio at around 19 ° belonging to the (111) plane is greatly reduced by one hour of mixing (FIG. 11C). It was found that the shape was collapsed and the amorphization was further advanced (FIG. 11D).

【0140】上記の実施例1〜4での結果より、本発明
の電極(a)に使用する主に正極活物質の調製において
認められたものであるが、負極活物質を調製する場合に
ついても同様の効果があり、非晶質相を含有した負極活
物質を得ることもできることが認識される。
The results obtained in Examples 1 to 4 above were mainly observed in the preparation of the positive electrode active material used for the electrode (a) of the present invention. It is recognized that the same effect is obtained, and a negative electrode active material containing an amorphous phase can be obtained.

【0141】(実施例5)平均粒子径5μmの天然黒鉛
(結晶子サイズ1700Åの結晶質)と平均粒子径1μ
mの銅粉末を20wt%添加後、遊星ボールミルの容器
(容器の直径23cm)中に移し、公転回転数300rp
mに設定し、混合時間0から2時間まで変えてメカニカ
ルグライディングを実施した。メカニカルグライディン
グ実施前後の材料について実施例1と同様にX線回折分
析を行ったところ、(002)面に相当するX線回折ピ
ークが混合時間と共に減少していくことが観察された。
すなわち上記活物質と同様に結晶質から非晶質に変化す
ることがわかった。これは、X線小角散乱分析や反射高
速電子線回折の結果からも非晶質化していることがわか
った。
Example 5 Natural graphite having an average particle diameter of 5 μm (crystalline having a crystallite size of 1700 °) and an average particle diameter of 1 μm
After adding 20 wt% of copper powder, the container of planetary ball mill
(Container diameter: 23 cm) and revolved at 300 rpm
m, and the mechanical gliding was performed while changing the mixing time from 0 to 2 hours. When X-ray diffraction analysis was performed on the material before and after the mechanical grinding in the same manner as in Example 1, it was observed that the X-ray diffraction peak corresponding to the (002) plane decreased with the mixing time.
That is, it was found that the crystalline material changed from crystalline to amorphous similarly to the active material. It was found from the results of small-angle X-ray scattering analysis and reflection high-energy electron diffraction that the film was amorphous.

【0142】次に本発明のリチウム二次電池の実施例に
ついて説明する。
Next, examples of the lithium secondary battery of the present invention will be described.

【0143】(実施例6)本例では、図6に示した断面構
造のリチウム二次電池を作製した。
Example 6 In this example, a lithium secondary battery having the cross-sectional structure shown in FIG. 6 was manufactured.

【0144】以下では、図6を参照して、電池の各構成
物の作製手順と、電池の組み立てについて説明する。
In the following, with reference to FIG. 6, a description will be given of the procedure for manufacturing each component of the battery and the assembly of the battery.

【0145】(1)正極303の作製手順 水酸化ニッケル、水酸化コバルト、及び水酸化リチウム
を、0.4:0.1:0.5のモル比で混合した後、酸素雰囲気の
電気炉内で800℃で20時間熱処理して、リチウム−コ
バルトニッケル酸化物を調製した。これをX線回折装置
で分析したところ、半価幅は0.17で、結晶子サイズは6
80Åであった。また、レーザー式粒度分布測定装置を
用いて測定した平均粒子径は12μmであった。
(1) Preparation procedure of positive electrode 303 Nickel hydroxide, cobalt hydroxide, and lithium hydroxide were mixed at a molar ratio of 0.4: 0.1: 0.5, and then, at 800 ° C. for 20 hours in an electric furnace under an oxygen atmosphere. Heat treatment was performed to prepare a lithium-cobalt nickel oxide. When this was analyzed with an X-ray diffractometer, the half width was 0.17 and the crystallite size was 6
It was 80 degrees. The average particle size measured using a laser type particle size distribution analyzer was 12 μm.

【0146】次にこのリチウム−コバルトニッケル酸化
物90wt%と平均粒子径2μmのアルミニウム5wt
%、アセチレンブラック5wt%を、図4、5に示す構
造の容器(容器の直径10cm)中に入れ、この容器の雰
囲気が不活性雰囲気になるようにアルゴンガスでみたし
た。その後、15Gが加わるように室温で公転回転数5
20rpm、混合時間(メカニカルグライディング時
間)2時間、媒体(104、204)の材質にステンレ
スを用いてメカニカルグライディングを実施した。メカ
ニカルグライディング実施前後の材料を実施例1と同様
にX線回折(Cu−Kα)で分析したところ、メカニカ
ルグライディング実施前はシャープなピークを有する六
方晶に帰属するX線プロファイルを有していたものが、
例えば19゜付近の(003)面のピークは減少し、他
のピークもブロードになり結晶質から非晶質に変化した
ことがわかった。この際の半価幅は0.65で、結晶子サイ
ズは150Åであった。また、X線小角散乱法等を用い
て測定すると、散乱角と散乱強度から不均一な密度のゆ
らぎが観察された。
Next, 90 wt% of this lithium-cobalt nickel oxide and 5 wt% of aluminum having an average particle size of 2 μm were used.
% And 5 wt% of acetylene black were placed in a container having a structure shown in FIGS. 4 and 5 (diameter of the container was 10 cm), and the atmosphere in the container was examined with an argon gas so as to be an inert atmosphere. Then, at room temperature, the number of revolutions is 5 so that 15G is added.
Mechanical grinding was performed at 20 rpm, mixing time (mechanical grinding time) for 2 hours, and stainless steel as the material of the medium (104, 204). When the material before and after the mechanical grinding was analyzed by X-ray diffraction (Cu-Kα) in the same manner as in Example 1, the material had an X-ray profile belonging to a hexagonal crystal having a sharp peak before the mechanical grinding. But,
For example, it was found that the peak of the (003) plane near 19 ° decreased, and the other peaks also became broad and changed from crystalline to amorphous. At this time, the half width was 0.65, and the crystallite size was 150 °. In addition, when measured using the X-ray small angle scattering method or the like, uneven density fluctuation was observed from the scattering angle and the scattering intensity.

【0147】続いて、上記で調製したリチウム−コバル
トニッケル酸化物を正極活物質として用い、これに対し
てポリフッ化ビリニデン粉5wt%を加えてN-メチルピロリ
ドン中に添加混合してペーストを得た。このペースト
を、アルミニウム箔上に塗布乾燥した後、150℃で減圧
乾燥して正極303を作製した。
Subsequently, the above-prepared lithium-cobalt nickel oxide was used as a positive electrode active material, and 5 wt% of polyvinylidene fluoride powder was added thereto, and the mixture was added and mixed with N-methylpyrrolidone to obtain a paste. . The paste was applied on an aluminum foil and dried, and then dried under reduced pressure at 150 ° C. to produce a positive electrode 303.

【0148】(2)負極301の作製手順 負極活物質として平均粒子径5μmの天然黒鉛95wt
%をポリフッ化ビニリデン5wt%を溶解したN−メチ
ルピロリドン溶液中に添加混合してペースト状にした。
このペーストを銅箔上に塗布乾燥してカーボン負極301
を得た。
(2) Preparation procedure of negative electrode 301 As a negative electrode active material, 95 wt% of natural graphite having an average particle diameter of 5 μm was used.
% Was added to an N-methylpyrrolidone solution in which 5% by weight of polyvinylidene fluoride was dissolved to form a paste.
This paste is applied to a copper foil and dried to produce a carbon negative electrode 301.
I got

【0149】(3)電解液307の作製手順 十分に水分を除去したエチレンカーボネート(EC)とジメ
チルカーボネート(DMC)とを、等量混合した溶媒を調製
した。次にこの混合溶媒に、四フッ化ホウ酸リチウム塩
を1M(mol/l)溶解したものを電解液として用いた。
(3) Preparation of Electrolyte Solution 307 A solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) from which water had been sufficiently removed. Next, 1 M (mol / l) of lithium tetrafluoroborate dissolved in this mixed solvent was used as an electrolyte.

【0150】(4)セパレータ307 ポリエチレンの微孔セパレータを用いた。(4) Separator 307 A polyethylene microporous separator was used.

【0151】(5)電池の組み立て 正極303と負極301の間に電解液を保液したセパレータ30
7を挟み、チタンクラッドのステンレススチール材の正
極缶306に挿入した。
(5) Battery assembly A separator 30 containing an electrolyte between the positive electrode 303 and the negative electrode 301
7 was inserted into a positive electrode can 306 made of titanium clad stainless steel.

【0152】次に、ポリプロピレン製の絶縁パッキング
310とチタンクラッドのステンレススチール材の負極キ
ャップ305をかぶせ、かしめてリチウム二次電池を作製
した。
Next, an insulating packing made of polypropylene
310 and a negative electrode cap 305 made of a stainless steel material clad with titanium were covered and caulked to produce a lithium secondary battery.

【0153】(実施例7)実施例6の活物質の調製段階
において使用するリチウム−コバルト−ニッケル酸化物
70wt%と平均粒径1μmのニッケル30wt%を、
図4、5に示す容器(容器の直径10cm)中に入れ、こ
の容器の雰囲気が不活性雰囲気になるようにアルゴンガ
スでみたした。その後、図4、5に示す構造の装置を用
い、15Gが加わるように室温で公転回転数520rp
m、媒体(104、204)の材質にステンレスを用い
てメカニカルグライディングを実施した。ここで、実施
例6と同様の方法でメカニカルグライディングにより混
合し、但し混合時間(メカニカルグライディング時間)
を変化させ(0分〜120分)、混合時間の異なる各材
料について実施例1と同様にX線回折(Cu−Kα)で
分析した。評価結果を下記表1に示す。評価結果は、混
合時間0分の時の値を100とし、混合時間0分の時の
値に対する各混合時間での値で規格化した。
Example 7 70% by weight of lithium-cobalt-nickel oxide and 30% by weight of nickel having an average particle size of 1 μm used in the preparation step of the active material of Example 6 were
The container was placed in the container shown in FIGS. 4 and 5 (the diameter of the container was 10 cm), and the atmosphere in the container was examined with argon gas so as to be an inert atmosphere. Then, using a device having the structure shown in FIGS.
m, mechanical gliding was performed using stainless steel as the material of the medium (104, 204). Here, mixing is performed by mechanical grinding in the same manner as in Example 6, except that the mixing time (mechanical grinding time)
Was changed (0 minute to 120 minutes), and the materials having different mixing times were analyzed by X-ray diffraction (Cu-Kα) in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1 below. The evaluation result was standardized by the value at each mixing time with respect to the value at the mixing time of 0 minute, with the value at the mixing time of 0 minute as 100.

【0154】[0154]

【表1】 [Table 1]

【0155】表1より明らかなようにメカニカルグライ
ディング混合時間が長くなると、X線回折強度が低下
し、半価幅は増加する。そして最終的にはメカニカルグ
ライディング120分目の様に回折強度が現れなくな
り、結晶質から非晶質に変化することがわかった。各メ
カニカルグライディング混合時間で処理した正極活物質
は非晶質化の度合いが異なるため、電池にした場合、充
放電容量及び充放電カーブが異なってくると推定され
る。
As is evident from Table 1, when the mixing time of the mechanical gliding becomes longer, the X-ray diffraction intensity decreases and the half width increases. Finally, it was found that the diffraction intensity did not appear as in the 120th minute of mechanical gliding, and the crystal changed from amorphous to amorphous. Since the positive electrode active material treated for each mechanical gliding mixing time has a different degree of amorphization, it is presumed that when a battery is used, the charge / discharge capacity and the charge / discharge curve will differ.

【0156】(実施例8)実施例6の負極に代えて以下の
手順で作製した負極を用いた。
(Example 8) A negative electrode prepared according to the following procedure was used instead of the negative electrode of Example 6.

【0157】実施例6で用いた平均粒子径5μmの天然
黒鉛95wt%と平均粒子径1μmの銅粉末5wt%
を、遊星ボールミルの容器(容器の直径23cm)中に入
れ、この容器の雰囲気が不活性雰囲気になるようにアル
ゴンガスでみたした。その後、75Gかかるように公転
回転数400rpm、混合時間(メカニカルグライディ
ング時間)2時間、直径12mmのステンレスのボール
を用い、メカニカルグライディングを実施した。メカニ
カルグライディング実施前後の材料を実施例1同様にX
線回折により分析したところ、メカニカルグライディン
グ実施前の材料に見られた炭素のピークは消失し、結晶
質から非晶質に変化したことがわかった。X線回折ピー
クが消失した為、半価幅、結晶子サイズ共に求めること
ができなかった。
95% by weight of natural graphite having an average particle diameter of 5 μm used in Example 6 and 5% by weight of copper powder having an average particle diameter of 1 μm
Was placed in a planetary ball mill container (container diameter: 23 cm), and the atmosphere in the container was checked with argon gas so that the atmosphere became an inert atmosphere. Thereafter, mechanical grinding was performed using a stainless steel ball having a diameter of 12 mm so that the revolution speed was 400 rpm, the mixing time (mechanical grinding time) was 2 hours, and the rotation speed was 75 G. The material before and after the mechanical grinding was changed to X in the same manner as in Example 1.
Analysis by line diffraction showed that the carbon peaks observed in the material before mechanical grinding had disappeared and changed from crystalline to amorphous. Since the X-ray diffraction peak disappeared, neither the half width nor the crystallite size could be determined.

【0158】このメカニカルグライディング後の材料を
負極活物質に用い、実施例6と同様にして負極を作製、
この負極を用いること以外は実施例6と同様にしてリチ
ウム二次電池を作製した。
Using the material after mechanical grinding as the negative electrode active material, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 6.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 6, except that this negative electrode was used.

【0159】(実施例9)実施例6の正極に代えて以下の
手順で作製した正極を用いた、他は実施例6と同様にし
て二次電池を作製した。
(Example 9) A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the positive electrode manufactured in the following procedure was used instead of the positive electrode of Example 6.

【0160】二酸化マンガンと硝酸リチウムを、1:1
のモル比で混合した後、遊星ボールミルの容器(容器の
直径23cm)中に入れた。この際、この容器の雰囲気
は大気のままにした。その後、111Gかかるように公
転回転数480rpm、直径10mmのジルコニアボー
ルを用い、メカニカルグライディングを実施した。実施
後の粉末材料の温度は約300℃を示しており、遠心力
によるエネルギーによって温度が上昇していることが観
察された。
Manganese dioxide and lithium nitrate were mixed at a ratio of 1: 1.
And mixed into a planetary ball mill container (container diameter: 23 cm). At this time, the atmosphere of this container was left as the atmosphere. Thereafter, mechanical grinding was performed using zirconia balls having a revolution of 480 rpm and a diameter of 10 mm so as to cover 111 G. The temperature of the powder material after the execution was about 300 ° C., and it was observed that the temperature was increased by the energy due to the centrifugal force.

【0161】メカニカルグライディング実施後の材料を
実施例1同様にX線回折により分析したところ、少しブ
ロードなピークであったが、リチウム−マンガン酸化物
に帰属されるX線プロファイルが得られた。すなわち、
焼成工程を通さなくても室温でリチウム−マンガン酸化
物を合成することができた。また、この際の結晶粒子径
をScherrerの式を用いて算出したところ180
Åであり、焼成法で作製したリチウム−マンガン酸化物
の粒子径550Åと比べても非晶質化が進んでいること
がわかった。また、半値幅は0.6であった。
The material subjected to mechanical grinding was analyzed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. As a result, a slightly broad peak was obtained, but an X-ray profile attributed to lithium-manganese oxide was obtained. That is,
The lithium-manganese oxide was able to be synthesized at room temperature without passing through the firing step. Further, the crystal grain size at this time was calculated using Scherrer's formula.
Å, and it was found that the amorphous state of the lithium-manganese oxide produced by the calcination method was advanced as compared with 550 °. The half width was 0.6.

【0162】このリチウム−マンガン酸化物を正極活物
質に用い、アセチレンブラック5wt%を添加した後、
これ以外は実施例6と同様にして正極を作製した。続い
て、この正極を用いて実施例6と同様にしてリチウム二
次電池を作製した。
After using this lithium-manganese oxide as a positive electrode active material and adding 5 wt% of acetylene black,
Except for this, the cathode was produced in the same manner as in Example 6. Subsequently, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 6 using this positive electrode.

【0163】(実施例10)実施例6の正極に代えて以下
の手順で作製した正極を用いた。
(Example 10) A positive electrode produced by the following procedure was used instead of the positive electrode of Example 6.

【0164】実施例6で作製した、平均粒子径12μm
のリチウム−コバルトニッケル酸化物95wt%と、ア
セチレンブラック5wt%を、遊星ボールミルの容器
(容器の直径23cm)中に入れ、この容器の雰囲気が不
活性雰囲気になるようにアルゴンガスでみたした。その
後、20Gかかるように公転回転数を200rpmに設
定し、直径15mmのアルミナボールを用い、混合時間
(メカニカルグライディング時間)3時間でメカニカル
グライディングを実施した。メカニカルグライディング
実施前後の材料を実施例1同様にX線回折装置で分析し
たところ、メカニカルグライディング実施前はシャープ
なピークを有する六方晶に帰属するX線プロファイルを
有していたものが、例えば19゜付近の(003)面の
ピークの半価幅が増大し、特に44゜付近の(104)
面のピークの半価幅は(003)面の場合以上に増大
し、また、(003)/(104)のピーク比がメカニ
カルグライディングを実施した方が大きくなった。他の
ピークもブロードになっており結晶質から非晶質を含む
結晶質に変化したことがわかった。この際の(104)
面の半価幅は0.55であった。
An average particle diameter of 12 μm prepared in Example 6
Of 95% by weight of lithium-cobalt nickel oxide and 5% by weight of acetylene black in a planetary ball mill container
(Container diameter: 23 cm), and the atmosphere in the container was examined with argon gas so that the atmosphere became an inert atmosphere. Thereafter, the revolution was set to 200 rpm so that 20 G was applied, and mechanical grinding was performed using alumina balls having a diameter of 15 mm and mixing time (mechanical grinding time) for 3 hours. The material before and after the mechanical grinding was analyzed by an X-ray diffractometer in the same manner as in Example 1. As a result, the material having an X-ray profile belonging to a hexagonal crystal having a sharp peak before the mechanical grinding was found to be, for example, 19 mm. The full width at half maximum of the peak near the (003) plane increases, especially at (104) near 44 °.
The half width of the peak of the plane increased more than that of the (003) plane, and the peak ratio of (003) / (104) became larger when mechanical grinding was performed. The other peaks were also broad, and it was found that the peak changed from crystalline to crystalline including amorphous. At this time (104)
The half width of the surface was 0.55.

【0165】このリチウム−コバルトニッケル酸化物を
正極活物質に用い、実施例6と同様にして正極を作製し
た。以下、これらの正極を用いること以外は実施例6と
同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Using this lithium-cobalt nickel oxide as a positive electrode active material, a positive electrode was produced in the same manner as in Example 6. Hereinafter, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 6, except that these positive electrodes were used.

【0166】(実施例11)実施例6の正極に代えて以下
の手順で作製した正極を用いた。
(Example 11) A positive electrode produced by the following procedure was used instead of the positive electrode of Example 6.

【0167】まず二酸化マンガンと硝酸リチウムをモル
比で1:1で混合後、800℃で10時間、大気雰囲気
の電気炉内で焼成してリチウムマンガン酸化物を得た。
これをレーザー式粒度分布測定装置を用いて測定した平
均粒子径は15μmであった。
First, manganese dioxide and lithium nitrate were mixed at a molar ratio of 1: 1 and then fired at 800 ° C. for 10 hours in an electric furnace in an air atmosphere to obtain lithium manganese oxide.
The average particle size measured by using a laser type particle size distribution analyzer was 15 μm.

【0168】次にこのリチウムマンガン酸化物90wt
%と、平均粒子径2μmのアルミニウム粉末10wt%
を、遊星ボールミルの容器(容器の直径4cm)中に入
れ、この容器の雰囲気が不活性雰囲気になるようにアル
ゴンガスでみたした。その後、10Gかかるように駆動
モータの回転数を2600rpmに設定し、直径15m
mのステンレスボールを用い、混合時間(メカニカルグ
ライディング時間)2時間メカニカルグライディングを
実施した。
Next, this lithium manganese oxide 90 wt.
% And 10 wt% of aluminum powder having an average particle size of 2 μm
Was placed in a planetary ball mill container (container diameter: 4 cm), and the atmosphere in the container was checked with argon gas so that the atmosphere became an inert atmosphere. After that, the rotation speed of the drive motor was set to 2600 rpm so as to take 10 G, and the diameter was 15 m.
Using a stainless steel ball of m, mechanical grinding was performed for 2 hours of mixing time (mechanical grinding time).

【0169】メカニカルグライディング実施前後の材料
を実施例1同様にX線回折により分析したところ、メカ
ニカルグライディング実施前はシャープなピークを有す
る六方晶に帰属するX線プロファイルを有していたもの
が、例えば19゜付近の(111)面のピークの半価幅
が増大し、特に44゜付近の(400)面のピークの半
価幅が(111)面の場合以上に増大し、また、(40
0)/(111)のピーク比がメカニカルグライディン
グを実施した方が大きくなった。半価幅の大きさは0.5
であった。他のピークもブロードになっており結晶質か
ら非晶質化が進んだことがわかった。また、Scher
rerの式を用いて算出した結晶粒子径は190Åで、
メカニカルグライディング実施前の460Åに比べて非
晶質化が進んでいることがわかった。
The material before and after the mechanical grinding was analyzed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. As a result, a material having an X-ray profile belonging to a hexagonal crystal having a sharp peak before the mechanical grinding was obtained. The half width of the peak of the (111) plane near 19 ° increases, and particularly, the half width of the peak of the (400) plane near 44 ° increases more than that of the (111) plane, and (40).
The peak ratio of (0) / (111) was larger when mechanical gliding was performed. The half width is 0.5
Met. The other peaks were also broad, indicating that the conversion from crystalline to amorphous progressed. Also, Scher
The crystal particle diameter calculated using the rr equation is 190 °,
It was found that amorphization was advanced as compared with 460 ° before mechanical grinding was performed.

【0170】このリチウム−コバルトニッケル酸化物を
正極活物質に用い、実施例6と同様にして正極を作製し
た。続いて、これらの正極を用いること以外は実施例6
と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Using this lithium-cobalt nickel oxide as a positive electrode active material, a positive electrode was produced in the same manner as in Example 6. Subsequently, Example 6 was repeated except that these positive electrodes were used.
In the same manner as in the above, a lithium secondary battery was produced.

【0171】(実施例12)実施例6の負極に代えて以下
の手順で作製した負極を用いた。
(Example 12) Instead of the negative electrode of Example 6, a negative electrode produced by the following procedure was used.

【0172】実施例6で用いた、平均粒子径5μmの天
然黒鉛と、平均粒子径3μmのチタニウム粉末3wt%
を、図4、5に示す構成の装置に入れ、この容器の雰囲
気が不活性雰囲気になるようにアルゴンガスでみたし
た。その後、図4、5に示す装置を用い、30Gかかる
ように室温で公転回転数730rpm、混合時間(メカ
ニカルグライディング時間)3時間で、媒体(104、
204)の材質にステンレスを用いて、メカニカルグラ
イディングを実施した。メカニカルグライディング実施
前後の材料を実施例1同様にX線回折により分析したと
ころ、メカニカルグライディング実施前に見られた炭素
のピークは消失し、結晶質から非晶質に変化したことが
わかった。X線回折ピークが消失した為、半価幅、結晶
子サイズ共に求めることができなかった。
The natural graphite having an average particle diameter of 5 μm and the titanium powder having an average particle diameter of 3 μm used in Example 6 were 3 wt%.
Was placed in an apparatus having the configuration shown in FIGS. 4 and 5, and the atmosphere in the container was examined with an argon gas so that the atmosphere became an inert atmosphere. After that, using the apparatus shown in FIGS. 4 and 5, the medium (104, 400) was rotated at 730 rpm at room temperature and mixing time (mechanical gliding time) for 3 hours.
Mechanical gliding was performed using stainless steel as the material of 204). The material before and after the mechanical grinding was analyzed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. As a result, it was found that the carbon peaks observed before the mechanical gliding had disappeared, and the material changed from crystalline to amorphous. Since the X-ray diffraction peak disappeared, neither the half width nor the crystallite size could be determined.

【0173】このカーボン材を負極活物質に用い、実施
例6と同様にして負極を作製した。続いて、この負極を
用いること以外は実施例6と同様にしてリチウム二次電
池を作製した。
Using this carbon material as a negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 6. Subsequently, a lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this negative electrode was used.

【0174】(実施例13)実施例6の負極に代えて以下
の手順で作製した負極を用いた。
(Example 13) A negative electrode produced by the following procedure was used instead of the negative electrode of Example 6.

【0175】平均粒子径10μmの結晶性の錫粉末97
wt%とケッチェンブラック3wt%を、遊星ボールミ
ルの容器(容器の直径23cm)中に入れ、この容器の雰
囲気が不活性雰囲気になるようにアルゴンガスでみたし
た。その後、20Gかかるように公転回転数を200r
pmに設定し、直径15mmのステンレスボールを用
い、混合時間(メカニカルグライディング)2時間でメ
カニカルグライディングを実施した。メカニカルグライ
ディング実施前後の材料を実施例1同様にX線回折によ
り分析したところ、(200)面に相当するピークが減
少し、半価幅は0.49で、また、結晶子サイズは250Å
あった。
Crystalline tin powder 97 having an average particle diameter of 10 μm
wt% and 3 wt% of Ketjen Black were placed in a planetary ball mill container (container diameter: 23 cm), and the atmosphere in the container was inspected with argon gas so that the atmosphere became an inert atmosphere. Then, the revolving speed is set to 200r so that it takes 20G.
The mechanical gliding was performed at a mixing time (mechanical gliding) of 2 hours using a stainless steel ball having a diameter of 15 mm set at pm. When the material before and after the mechanical grinding was analyzed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1, the peak corresponding to the (200) plane was reduced, the half width was 0.49, and the crystallite size was 250 °.
there were.

【0176】その後、メカニカルグラインディング後の
材料を用いこれ以外は実施例6と同様にして負極を作製
した。続いて、この負極を用いること以外は実施例6と
同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Thereafter, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 6 except that the material after mechanical grinding was used. Subsequently, a lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this negative electrode was used.

【0177】(実施例14)実施例6の負極に代えて以下
の手順で作製した負極を用いた。
(Example 14) A negative electrode produced by the following procedure was used instead of the negative electrode of Example 6.

【0178】平均粒子径5μmの結晶性の珪素粉末90
wt%とアセチレンブラック5wt%、平均粒子径1μ
mの銅粉末5wt%を、遊星ボールミルの容器(容器の
直径23cm)中に入れ、この容器の雰囲気が不活性雰
囲気になるようにアルゴンガスでみたした。その後、4
5Gかかるように公転回転数を300rpmに設定し、
直径10mmのステンレスボールを用い、混合時間(メ
カニカルグライディング時間)2時間でメカニカルグラ
イディングを実施した。メカニカルグライディング前後
の材料を実施例1同様にX線回折により分析したとこ
ろ、ケイ素のピークは消失し、非晶質化したことがわか
った。ここで、X線回折ピークが消失した為、半価幅、
結晶子サイズ共に求めることができなかった。
Crystalline silicon powder 90 having an average particle diameter of 5 μm
wt%, acetylene black 5wt%, average particle size 1μ
5 wt% of copper powder was placed in a planetary ball mill container (container diameter: 23 cm), and the atmosphere in the container was inspected with argon gas so as to be an inert atmosphere. Then 4
Set the revolution speed to 300 rpm so that it takes 5G,
Using a stainless steel ball having a diameter of 10 mm, mechanical grinding was performed for 2 hours of mixing time (mechanical grinding time). When the material before and after mechanical grinding was analyzed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1, it was found that the silicon peak disappeared and the material became amorphous. Here, since the X-ray diffraction peak disappeared, the half width,
Both crystallite size could not be determined.

【0179】その後、メカニカルグラインディング後の
材料を用いこれ以外は実施例6と同様にして負極を作製
した。続いて、この負極を用いること以外は実施例1と
同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Thereafter, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 6 except that the material after mechanical grinding was used. Subsequently, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.

【0180】(実施例15)実施例6の正極に代えて以下
の手順で作製した正極を用いた。
(Example 15) A positive electrode produced by the following procedure was used instead of the positive electrode of Example 6.

【0181】実施例6で作製した、平均粒子径12μm
のリチウム−コバルトニッケル酸化物のみを、遊星ボー
ルミルの容器(容器の直径23cm)中に入れ、この容器
の雰囲気が不活性雰囲気になるようにアルゴンガスでみ
たした。その後、45Gかかるように公転回転数を30
0rpmに設定し、直径10mmのステンレスボールを
用い、混合時間(メカニカルグライディング時間)4時
間でメカニカルグライディングを実施した。メカニカル
グライディング実施前後の材料につい実施例1と同様に
X線回折により分析したところ、メカニカルグライディ
ング実施前はシャープなピークを有する六方晶に帰属す
るX線プロファイルを有していたものが、例えば19゜
付近の(003)面のピークの半価幅が増大し、特に4
4゜付近の(104)面のピークの半価幅が(003)
面の場合以上に増大し、また、(003)/(104)
のピーク比がメカニカルグライディングを実施した方が
大きくなった。(104)面の半価幅は0.57で、結晶子
サイズは180Åであった。他のピークもブロードにな
っており結晶質から非晶質化したことがわかった。
An average particle diameter of 12 μm prepared in Example 6
Was placed in a planetary ball mill container (container diameter: 23 cm), and the atmosphere in the container was examined with argon gas so as to be an inert atmosphere. Thereafter, the number of revolutions is increased to 30 so that 45G is applied.
Using a stainless steel ball having a diameter of 10 mm set at 0 rpm, mechanical grinding was performed for 4 hours of mixing time (mechanical grinding time). When the material before and after the mechanical grinding was analyzed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1, the material having an X-ray profile belonging to a hexagonal crystal having a sharp peak before the mechanical grinding was, for example, 19 mm. The half-value width of the peak near the (003) plane increases,
The half width of the peak on the (104) plane near 4 ° is (003)
And (003) / (104)
The peak ratio became larger when mechanical gliding was performed. The (104) plane had a half width of 0.57 and a crystallite size of 180 °. The other peaks were also broad, indicating that the material had changed from crystalline to amorphous.

【0182】こうして得られたリチウム−コバルトニッ
ケル酸化物を正極活物質に用い、アセチレンブラック5
wt%を添加した後、これ以外は実施例6と同様にして
正極を作製した。続いてこの正極を用いること以外は実
施例6と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Using the thus obtained lithium-cobalt nickel oxide as a positive electrode active material, acetylene black 5
After adding wt%, a positive electrode was prepared in the same manner as in Example 6 except for this. Subsequently, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 6, except that this positive electrode was used.

【0183】(実施例16)実施例6の負極に代えて以下
の手順で作製した負極を用いた。
(Example 16) A negative electrode produced by the following procedure was used instead of the negative electrode of Example 6.

【0184】実施例6で用いた平均粒子径5μmの天然
黒鉛のみを、遊星ボールミルの容器(容器の直径23c
m)中に入れ、この容器の雰囲気が不活性雰囲気になる
ようにアルゴンガスでみたした。その後、111Gかか
るように公転回転数480rpm、直径10mmのジル
コニアボールを用い、混合時間(メカニカルグライディ
ング時間)3時間でメカニカルグライディングを実施し
た。メカニカルグライディング実施前後の材料につい実
施例1と同様にX線回折により分析したところ、メカニ
カルグライディング実施前に見られた炭素のピークは実
施後の材料で消失し、結晶質から非晶質に変化したこと
がわかった。
Only natural graphite having an average particle diameter of 5 μm used in Example 6 was used in a planetary ball mill container (container diameter 23c).
m), and the atmosphere in the container was inspected with argon gas so that the atmosphere became an inert atmosphere. Thereafter, mechanical grinding was performed for 3 hours using a zirconia ball having a revolution of 480 rpm and a diameter of 10 mm so that the mixing speed (mechanical grinding time) was 3 hours. The material before and after the mechanical grinding was analyzed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. As a result, the carbon peak observed before the mechanical gliding disappeared in the material after the mechanical grinding, and changed from crystalline to amorphous. I understand.

【0185】このカーボンを負極活物質に用い、実施例
6と同様にして負極を作製した。続いて、正極について
は実施例6で調製したリチウム−コバルトニッケル酸化
物と、アセチレンブラック及びポリフッ化ビリニデンを
用いた他は実施例6と同様にして作製した正極を用い
た。続いて、この負極と正極を用いること以外は実施例
6と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Using this carbon as a negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 6. Subsequently, as the positive electrode, a positive electrode produced in the same manner as in Example 6 except that the lithium-cobalt nickel oxide prepared in Example 6 and acetylene black and polyvinylidene fluoride were used. Subsequently, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 6, except that the negative electrode and the positive electrode were used.

【0186】(実施例17)実施例6で作製した平均粒子
径12μmのリチウム−コバルトニッケル酸化物90w
t%と平均粒子径1μmのアルミニウム5wt%及びア
セチレンブラック5wt%を遊星ボールミルの容器(容
器の直径23cm)中に入れ、この容器の雰囲気が不活
性雰囲気になるようにアルゴンガスでみたした。その
後、回転数0から600rpm、混合時間(メカニカル
グライディング時間)0から5時間、ボールの材質(ス
テンレススチール、ジルコニアボール、アルミナボー
ル)や球径(5〜15μm)等、遊星ボールミルの条件
を変えてメカニカルグライディングした。メカニカルグ
ライディング実施前後の材料について実施例1と同様に
X線回折により分析しその結晶性を評価し、各々の材料
の半値幅((003)面)と結晶子サイズを求めた。
(Example 17) A lithium-cobalt nickel oxide 90w having an average particle diameter of 12 µm produced in Example 6
t%, 5 wt% of aluminum having an average particle diameter of 1 μm, and 5 wt% of acetylene black were placed in a planetary ball mill container (container diameter: 23 cm), and the atmosphere in the container was examined with argon gas so that the atmosphere became an inert atmosphere. Then, changing the conditions of the planetary ball mill, such as the number of revolutions from 0 to 600 rpm, the mixing time (mechanical gliding time) from 0 to 5 hours, the material of the ball (stainless steel, zirconia ball, alumina ball) and the ball diameter (5 to 15 μm). Mechanical gliding. The materials before and after the mechanical grinding were analyzed by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1 to evaluate the crystallinity, and the half width ((003) plane) and crystallite size of each material were determined.

【0187】更にメカニカルグライディング実施後の材
料を用いて正極に用いること以外は実施例6と同様にし
てリチウム二次電池を作製した。
Further, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 6, except that the material after mechanical grinding was used for a positive electrode.

【0188】(比較例1)本例では、実施例6で調製した
平均粒子径12μmの結晶性のリチウム−コバルトニッ
ケル酸化物90wt%、平均粒子径2μmのアルミニウ
ム5wt%、アセチレンブラック5wt%を混合したも
のに対して(これを95wt%として)ポリフッ化ビリ
ニデン粉5wt%を加え、N-メチルピロリドン中に添加混合
してペーストを得た。このペーストを、アルミニウム箔
上に塗布乾燥した後、150℃で減圧乾燥して正極を作製
した。この正極を用いることを除いて実施例6と同様に
してリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 1 In this example, 90 wt% of crystalline lithium-cobalt nickel oxide having an average particle diameter of 12 μm, 5 wt% of aluminum having an average particle diameter of 2 μm, and 5 wt% of acetylene black prepared in Example 6 were mixed. 5 wt% of poly (vinylidene fluoride) powder was added to the resulting mixture (assuming this as 95 wt%), and the mixture was added and mixed with N-methylpyrrolidone to obtain a paste. The paste was applied on an aluminum foil and dried, and then dried under reduced pressure at 150 ° C. to produce a positive electrode. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this positive electrode was used.

【0189】(比較例2)本例では、実施例6で調製した
平均粒子径12μmの結晶性のリチウム−コバルトニッ
ケル酸化物95wt%、アセチレンブラック5wt%を
混合したものに対して(これを95wt%として)、ポ
リフッ化ビリニデン粉5wt%を加え、N-メチルピロリドン
中に添加混合してペーストを得た。このペーストを、ア
ルミニウム箔上に塗布乾燥した後、150℃で減圧乾燥し
て正極を作製した。この正極を用いることを除いて実施
例6と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 2 In this example, 95% by weight of crystalline lithium-cobalt nickel oxide having an average particle diameter of 12 μm prepared in Example 6 and 5% by weight of acetylene black were mixed. %) And 5 wt% of polyvinylidene fluoride powder were added and mixed in N-methylpyrrolidone to obtain a paste. The paste was applied on an aluminum foil and dried, and then dried under reduced pressure at 150 ° C. to produce a positive electrode. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this positive electrode was used.

【0190】(比較例3)本例では、実施例4の正極の調
製で用いた二酸化マンガンと硝酸リチウムを、1:1の
モル比で混合した後、大気中で焼成、粉砕した材料95
wt%に、アセチレンブラック5wt%を加え、これに
対して(これを95wt%として)ポリフッ化ビリニデ
ン5wt%を加えて、N−メチルピロリドン中に添加混
合してペーストを調製し、このペーストを、アルミニウ
ム箔上に塗布乾燥した後、150℃で減圧乾燥して正極を
作製した。この正極を用いることを除いて実施例6と同
様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 3 In this example, manganese dioxide and lithium nitrate used in the preparation of the positive electrode of Example 4 were mixed at a molar ratio of 1: 1 and then fired and pulverized in the air to obtain a material 95.
5% by weight of acetylene black was added to 5% by weight, and 5% by weight of poly (vinylidene fluoride) was added thereto (assuming 95% by weight), and the mixture was added and mixed in N-methylpyrrolidone to prepare a paste. After coating and drying on an aluminum foil, it was dried at 150 ° C. under reduced pressure to prepare a positive electrode. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this positive electrode was used.

【0191】(比較例4)本例では、平均粒子径15μm
の結晶性のリチウム−マンガン酸化物90wt%と平均
粒子径2μmのアルミニウム10wt%を混合しこれに
対して(これを95wt%として)ポリフッ化ビリニデ
ン5wt%を加えて、N−メチルピロリドン中に添加混
合してペーストを調製し、このペーストを、アルミニウ
ム箔上に塗布乾燥した後、150℃で減圧乾燥して正極を
作製した。この正極を用いることを除いて実施例6と同
様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 4 In this example, the average particle size was 15 μm.
90 wt% of crystalline lithium-manganese oxide and 10 wt% of aluminum having an average particle diameter of 2 μm, and 5 wt% of poly (vinylidene fluoride) are added to the mixture (assuming 95 wt%) and added to N-methylpyrrolidone. After mixing to prepare a paste, the paste was applied on an aluminum foil and dried, and then dried at 150 ° C. under reduced pressure to produce a positive electrode. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this positive electrode was used.

【0192】(比較例5)本例では、実施例6の負極の調
製で用いた平均粒子径5μmの結晶性の天然黒鉛95w
t%と、平均粒子径1μmの銅5wt%を混合したもの
に対して(これを95wt%として)、ポリフッ化ビニ
リデン5wt%を加えN−メチルピロリドン中に添加混
合してペーストを調製し、このペーストを、アルミニウ
ム箔上に塗布乾燥した後、150℃で減圧乾燥して負極を
作製した。この負極を用いることを除いて実施例6と同
様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 5 In this example, the crystalline natural graphite 95w having an average particle diameter of 5 μm used in the preparation of the negative electrode of Example 6 was used.
5% by weight of polyvinylidene fluoride was added to a mixture of t% and 5% by weight of copper having an average particle diameter of 1 μm (95% by weight), and the mixture was added and mixed in N-methylpyrrolidone to prepare a paste. The paste was applied on an aluminum foil and dried, and then dried under reduced pressure at 150 ° C. to produce a negative electrode. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this negative electrode was used.

【0193】(比較例6)本例では、実施例6の負極の調
製で用いた平均粒子径5μmの結晶性の天然黒鉛97w
t%と、平均粒子径3μmのチタニウム3wt%を混合
したものに対して(これを95wt%として)、ポリフ
ッ化ビニリデン5wt%を加えてN−メチルピロリドン
中に添加混合しペーストを調製し、実施例6と同様にし
て負極を作製した。この負極を用いることを除いて実施
例6と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 6 In this example, the crystalline natural graphite 97w having an average particle diameter of 5 μm used in the preparation of the negative electrode of Example 6 was used.
5% by weight of polyvinylidene fluoride was added to a mixture of 3% by weight of titanium having an average particle diameter of 3 μm and 3% by weight of titanium, and the mixture was added and mixed in N-methylpyrrolidone to prepare a paste. A negative electrode was produced in the same manner as in Example 6. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this negative electrode was used.

【0194】(比較例7)本例では、実施例13の負極の
調製で用いた平均粒子径10μmの結晶性の錫粉末97
wt%とケッチェンブラック3wt%を混合したものに
対して(これを95wt%として)、ポリフッ化ビリニ
デン5wt%を加えてN−メチルピロリドン中に添加混
合してペーストを調製し、このペーストを用いて、実施
例6と同様にして負極を作製した。この負極を用いるこ
とを除いて実施例6と同様にしてリチウム二次電池を作
製した。
Comparative Example 7 In this example, the crystalline tin powder 97 having an average particle diameter of 10 μm used in the preparation of the negative electrode of Example 13 was used.
wt% and 3 wt% of Ketjen Black are mixed (assuming that it is 95 wt%), 5 wt% of polyvinylidene fluoride is added, and the mixture is added and mixed in N-methylpyrrolidone to prepare a paste. Thus, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 6. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this negative electrode was used.

【0195】(比較例8)本例では、実施例14で用いた
平均粒子径5μmの結晶性の珪素粉末90wt%とアセ
チレンブラック5wt%、平均粒子径1μmの銅粉末5
wt%を混合したものに対して、ポリフッ化ビリニデン
5wt%を加えてN−メチルピロリドンと共にペースト
を調製し、このペーストを用いて実施例6と同様にして
負極を作製した。この負極を用いることを除いて実施例
6と同様にしてリチウム二次電池を作製した。。
Comparative Example 8 In this example, 90 wt% of crystalline silicon powder having an average particle diameter of 5 μm and 5 wt% of acetylene black used in Example 14 and copper powder 5 having an average particle diameter of 1 μm were used.
A paste was prepared by adding 5 wt% of poly (vinylidene fluoride) to N-methylpyrrolidone with respect to the mixture obtained by mixing with the wt%, and using this paste, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 6. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this negative electrode was used. .

【0196】(比較例9)実施例6で用いた平均粒子径
5μmの天然黒鉛に対して(これを95wt%とし
て)、ポリフッ化ビニリデン粉5wt%を加え、N−メ
チルピロリドン中に添加、混合してペーストを得た。こ
のペーストを銅箔上に塗布乾燥した後、150℃で減圧
乾燥して負極を作製した。この負極を用いた以外、実施
例6と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
(Comparative Example 9) 5 wt% of polyvinylidene fluoride powder was added to the natural graphite having an average particle diameter of 5 μm used in Example 6 (assuming that it was 95 wt%), and the mixture was added to N-methylpyrrolidone and mixed. To obtain a paste. This paste was applied on a copper foil and dried, and then dried at 150 ° C. under reduced pressure to prepare a negative electrode. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6, except that this negative electrode was used.

【0197】上述したように得られたリチウム二次電池
(実施例6、8〜16、17)の性能評価を行った。性
能評価は、充放電サイクル試験において得られる、電池
の放電容量と、サイクル寿命、1サイクル目の不可逆容
量について行った。
The performance of the lithium secondary batteries (Examples 6, 8 to 16, and 17) obtained as described above was evaluated. The performance evaluation was performed on the discharge capacity of the battery, the cycle life, and the irreversible capacity at the first cycle obtained in the charge / discharge cycle test.

【0198】サイクル試験の条件は、正極活物質から計
算される電気容量を基準として、1C(容量/時間の1倍の
電流)の充放電と、30分の休憩時間からなるサイクルを1
サイクルとした。電池の充放電試験は、北斗電工製HJ-1
06Mを使用した。なお、充放電試験は、充電より開始
し、電池容量は3サイクル目の放電量とし、サイクル寿
命は電池容量の60%を下回ったサイクル回数とした。充
電のカットオフ電圧を4.5V、放電のカットオフ電圧を2.
5Vに設定した。1サイクル目の不可逆容量は、1サイク
ル終了時における充電量100%に対して放電できなか
った容量とした。
The cycle test conditions were as follows: a cycle consisting of charging and discharging of 1 C (current of one time of capacity / time) and a 30-minute rest time was based on the electric capacity calculated from the positive electrode active material.
Cycle. The battery charge / discharge test was performed by HJ-1
06M was used. The charge / discharge test was started from charging, the battery capacity was defined as the amount of discharge in the third cycle, and the cycle life was defined as the number of cycles less than 60% of the battery capacity. The charge cutoff voltage is 4.5V and the discharge cutoff voltage is 2.
Set to 5V. The irreversible capacity in the first cycle was a capacity that could not be discharged with respect to a charge amount of 100% at the end of one cycle.

【0199】表2は、各比較例に対する実施例6、8、
10、11、15で作製したリチウム二次電池の性能評
価についてまとめたものである。ただし、サイクル寿命
と放電容量に関す評価結果は、実施例の値を、対象とな
る比較例の値を1.0として規格化して記載した。
Table 2 shows Examples 6 and 8 for each comparative example.
It summarizes the performance evaluation of the lithium secondary batteries manufactured in 10, 11, and 15. However, the evaluation results regarding the cycle life and the discharge capacity are described by standardizing the value of the example and the value of the comparative example as 1.0.

【0200】[0200]

【表2】 [Table 2]

【0201】上記表2の結果より、結晶質の材料をメカ
ニカルグライディングを実施して非晶質化した材料を正
極活物質として用いた二次電池では、メカニカルグライ
ディングを行わない活物質(結晶質)に対して放電容量で
11から32%向上し、サイクル寿命も50から150
%向上させることができた。
From the results shown in Table 2 above, in the secondary battery using the material which was made amorphous by performing mechanical grinding on the crystalline material as the positive electrode active material, the active material without the mechanical grinding (crystalline) was used. 11 to 32% improvement in discharge capacity and cycle life of 50 to 150%
% Could be improved.

【0202】また、ニッケル系の正極活物質はコバルト
やマンガン等の正極活物質に比べて、1サイクル目の不
可逆容量(充電量100%に対して放電できなかった容
量)が大きく、2サイクル目以降の正極と負極の容量比
のバランスが崩れ、充放電容量が小さくなったり、また
サイクル寿命が短くなる原因の一つであった。しかし、
メカニカルグライディングを行い非晶質化した正極活物
質を用いることで不可逆容量を10から45%低減する
ことができた。この結果、サイクル寿命が向上し、放電
容量も大きな電池を得ることができた。
The nickel-based positive electrode active material has a larger irreversible capacity in the first cycle (capacity that could not be discharged with respect to a charged amount of 100%) than the positive electrode active materials such as cobalt and manganese in the second cycle. The balance of the capacity ratio between the positive electrode and the negative electrode thereafter was lost, and this was one of the causes of a decrease in charge / discharge capacity and a decrease in cycle life. But,
The irreversible capacity could be reduced by 10 to 45% by using the positive electrode active material which was made amorphous by mechanical grinding. As a result, a cycle life was improved, and a battery having a large discharge capacity could be obtained.

【0203】表3には、実施例9でメカニカルグライデ
ィング法で合成したリチウム−マンガン酸化物を正極に
用いて作製したリチウム二次電池の特性を、焼成法を用
いて作製した比較例3のリチウム二次電池に対して規格
化して示した。
Table 3 shows the characteristics of the lithium secondary battery manufactured using the lithium-manganese oxide synthesized by the mechanical gliding method in Example 9 as a positive electrode, and the lithium secondary battery of Comparative Example 3 manufactured using the firing method. The values are normalized for secondary batteries.

【0204】[0204]

【表3】 [Table 3]

【0205】表3より明らかなように、メカニカルグラ
イディングを行った実施例4の結果は従来の焼成法に比
べて、放電容量で16%、サイクル寿命で40%向上さ
せることができた。また、1サイクル目の不可逆容量も
20%低減することができ、比較例の焼成法に比べて優
れた結果が得られた。メカニカルグライディングを行う
ことによって、高温でしかも長時間かけて焼成しなけれ
ばならなかった正極活物質の合成を室温で行うことがで
きる様になることがわかった。
As is clear from Table 3, the result of Example 4 in which mechanical grinding was performed was improved by 16% in discharge capacity and 40% in cycle life as compared with the conventional firing method. Also, the irreversible capacity in the first cycle could be reduced by 20%, and excellent results were obtained as compared with the firing method of the comparative example. It has been found that by performing mechanical grinding, it becomes possible to synthesize a positive electrode active material that had to be fired at a high temperature for a long time at room temperature.

【0206】表4には負極活物質に対してメカニカルグ
ライディング処理で作製した負極を用いたリチウム二次
電池の性能評価についてまとめたものである。放電容量
及びサイクル寿命については未処理の比較例の結果に対
して規格化した。
Table 4 summarizes the performance evaluation of a lithium secondary battery using a negative electrode produced by subjecting a negative electrode active material to mechanical grinding. The discharge capacity and cycle life were normalized with respect to the results of the untreated comparative example.

【0207】[0207]

【表4】 [Table 4]

【0208】表4より、負極活物質に対してもメカニカ
ルグライディングを実施することによって、未処理の比
較例に対して放電容量で10から30%向上でき、また
サイクル寿命を30から80%向上でき、性能改善に効
果があることがわかった。
[0208] From Table 4, it can be seen that by performing mechanical grinding on the negative electrode active material, the discharge capacity can be improved by 10 to 30% and the cycle life can be improved by 30 to 80% over the untreated comparative example. It was found that the performance was improved.

【0209】また、図12に、実施例17における、各
二次電池の半価幅と電池放電容量の関係を示した(混合
時間0の場合を1.0とする)。この結果より、半価幅
が0.48度以上でほぼ一定になることがわかった。したが
って活物質の半価幅としては0.48度以上が良いことがわ
かった。また、0.25から0.48度の間でも結晶質の場合の
半価幅0.17度の時に比べて放電容量が増加していること
がわかり、メカニカルグライディング条件がマイルドで
あまり非晶質が進んでいなくても、結晶質の活物質をそ
のまま用いるよりは放電容量の増加に効果があることが
わかった。
FIG. 12 shows the relationship between the half width of each secondary battery and the battery discharge capacity in Example 17 (the case where the mixing time is 0 is 1.0). From this result, it was found that the half width was almost constant at 0.48 degrees or more. Therefore, it was found that the half width of the active material was better than 0.48 degrees. In addition, even between 0.25 and 0.48 degrees, it can be seen that the discharge capacity is increased as compared with the case where the half width of the crystal is 0.17 degrees, and the mechanical gliding conditions are mild and the amorphous state has not advanced much. Also, it was found that the discharge capacity was more effective than using the crystalline active material as it was.

【0210】更に図13に実施例17における、各二次
電池の結晶子サイズと電池放電容量の関係を示した(混
合時間0の場合を1.0とする)。この結果より、結晶
子サイズが200Å以下で放電容量が一定になることが
わかった。したがって、結晶子サイズの大きさとしては
200Å以下が良いことがわかった。なお、結晶子サイ
ズが大きい場合でも上記図12の半価幅の結果と同様、
結晶質の場合よりは放電容量が大きくなり、メカニカル
グライディングの効果があることが分かった。
Further, FIG. 13 shows the relationship between the crystallite size of each secondary battery and the battery discharge capacity in Example 17 (1.0 when the mixing time is 0 is 1.0). From this result, it was found that the discharge capacity was constant when the crystallite size was 200 ° or less. Therefore, it was found that the crystallite size is preferably 200 ° or less. Even when the crystallite size is large, similar to the result of the half width in FIG.
It was found that the discharge capacity was larger than that in the case of crystalline, and that there was an effect of mechanical gliding.

【0211】以上、本発明の二次電池を採用することに
よって、サイクル寿命が長く、かつ、高容量を有するリ
チウム二次電池を得られることがわかった。
As described above, it has been found that by employing the secondary battery of the present invention, a lithium secondary battery having a long cycle life and a high capacity can be obtained.

【0212】なお、実施例で使用した正極活物質以外で
も、これに限定されるものでなく、リチウムーコバルト
酸化物、リチウムーバナジウム酸化物等、各種正極活物
質も採用できる。負極活物質についても、実施例で使用
したもの以外でも、これに限定されるものでなく、人造
黒鉛等の炭素、アルミニウム等のリチウムと合金化する
金属、リチウムと合金化しない金属、リチウムイオンを
インターカーレート及びデインターカーレートできる化
合物等、各種負極活物質も採用できる。
Note that, other than the positive electrode active materials used in the examples, the present invention is not limited thereto, and various positive electrode active materials such as lithium-cobalt oxide and lithium-vanadium oxide can be employed. Also for the negative electrode active material, other than those used in the examples, the present invention is not limited to this, and carbon such as artificial graphite, a metal alloying with lithium such as aluminum, a metal not alloying with lithium, and a lithium ion. Various negative electrode active materials such as compounds capable of intercalating and deintercalating can also be employed.

【0213】また、電解液に関しても、実施例6、8〜
17まで1種類のものを使用したが、本発明はこれに限
定されるものでない。
The electrolytes of Examples 6, 8 to
Although one type was used up to 17, the present invention is not limited to this.

【0214】[0214]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
少なくとも負極、正極、電解質から形成され、リチウム
イオンの酸化還元反応を充放電に利用したリチウム二次
電池において、少なくとも非晶質相を含有し、X線回折
角度2θに対する回折線強度を取ったX線回折チャート
における2θに対して最も強い回折強度が現れたピーク
の半価幅が0.48度以上で、非晶質相を含有し、かつコバ
ルト、ニッケル、マンガン、鉄から少なくとも選択され
る一種類以上の元素からなる化合物を活物質として用い
た電極を用いることによって、放電容量が大きく、かつ
サイクル寿命が長いリチウム二次電池を提供することが
できる。
As described above, according to the present invention,
In a lithium secondary battery formed from at least a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte and utilizing the oxidation-reduction reaction of lithium ions for charging and discharging, a lithium secondary battery containing at least an amorphous phase and having a diffraction line intensity with respect to an X-ray diffraction angle 2θ was taken. The half-width of the peak at which the strongest diffraction intensity with respect to 2θ in the line diffraction chart appears is 0.48 degrees or more, contains an amorphous phase, and is at least one selected from cobalt, nickel, manganese, and iron By using an electrode using a compound consisting of the above elements as an active material, a lithium secondary battery having a large discharge capacity and a long cycle life can be provided.

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

【図1】(a)〜(c):本発明の方法により出発物質
の結晶質から非晶質に変化する過程を示す模式図であ
る。
1 (a) to 1 (c) are schematic diagrams showing a process of changing a starting material from crystalline to amorphous by the method of the present invention.

【図2】本発明の正極活物質を用いたリチウム二次電池
の放電曲線の一例を示す線図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a discharge curve of a lithium secondary battery using the positive electrode active material of the present invention.

【図3】半価幅を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a half width.

【図4】メカニカルグライディングを行う為の装置の一
例を模式的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of an apparatus for performing mechanical gliding.

【図5】メカニカルグライディングを行う為の装置の一
例を模式的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of an apparatus for performing mechanical gliding.

【図6】単層式扁平形電池の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a single-layer flat battery.

【図7】スパイラル式円筒型電池の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a spiral cylindrical battery.

【図8】メカニカルグライディング条件を変えた場合に
得られる活物質のX線回折プロファイルを示すチャート
図である。
FIG. 8 is a chart showing an X-ray diffraction profile of an active material obtained when the mechanical grinding conditions are changed.

【図9】メカニカルグライディング条件を変えた場合に
得られる活物質のX線回折プロファイルを示すチャート
図である。
FIG. 9 is a chart showing an X-ray diffraction profile of an active material obtained when mechanical grinding conditions are changed.

【図10】メカニカルグライディング条件を変えた場合
に得られる活物質のX線回折プロファイルを示すチャー
ト図である。
FIG. 10 is a chart showing an X-ray diffraction profile of an active material obtained when mechanical grinding conditions are changed.

【図11】メカニカルグライディング条件を変えた場合
に得られる活物質のX線回折プロファイルを示すチャー
ト図である。
FIG. 11 is a chart showing an X-ray diffraction profile of an active material obtained when mechanical grinding conditions are changed.

【図12】本発明の実施例における活物質の半価幅と放
電容量の関係を示す線図である。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a half width of an active material and a discharge capacity in an example of the present invention.

【図13】本発明の実施例における結晶子サイズと放電
容量の関係を示す線図である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a crystallite size and a discharge capacity in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 結晶格子原子 2 不規則な原子 101,201 主軸 102,202 密閉容器 103,203 冷却ジャケット 104,204 媒体(リング) 105 冷却水 106 各種ガス 107,108 開閉バルブ 205 活物質(結晶質) 206 電気化学的に不活性となる材料 207 活物質と電気化学的に不活性な材料との複合体
(非晶質を含有) 301,401 負極活物質 303,403 正極活物質 305,405 負極キャップ(負極端子) 306,406 正極缶(正極端子) 307,407 電解液を保持したセパレータ 310,410 絶縁パッキング 400 負極集電体 404 正極集電体 411 絶縁板 412 負極リード 413 正極リード 414 安全弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal lattice atom 2 Irregular atom 101,201 Main axis 102,202 Closed vessel 103,203 Cooling jacket 104,204 Medium (ring) 105 Cooling water 106 Various gases 107,108 Opening / closing valve 205 Active material (crystalline) 206 Electricity Chemically inactive material 207 Composite of active material and electrochemically inactive material (including amorphous) 301, 401 Negative electrode active material 303, 403 Positive electrode active material 305, 405 Negative cap (negative electrode) Terminal) 306, 406 Positive electrode can (positive electrode terminal) 307, 407 Separator holding electrolyte 310, 410 Insulation packing 400 Negative current collector 404 Positive current collector 411 Insulating plate 412 Negative lead 413 Positive lead 414 Safety valve

Claims (44)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも負極、正極、電解質からな
り、リチウムイオンの酸化還元反応を充放電に利用した
リチウム二次電池において、少なくとも非晶質相を有
し、X線回折角度2θに対する回折線強度を取ったX線
回折チャートにおける2θに対して最も強い回折強度が
現れたピークの半価幅が0.48度以上である活物質であっ
て、非晶質相を有しかつコバルト、ニッケル、マンガ
ン、鉄から少なくとも選択される一種類以上の元素を含
む材料を成分とする、活物質を有する電極を、該負極及
び/又は該正極として用いたリチウム二次電池。
1. A lithium secondary battery comprising at least a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte and utilizing a redox reaction of lithium ions for charging and discharging, having at least an amorphous phase and a diffraction line intensity with respect to an X-ray diffraction angle 2θ. Is an active material having a peak at which the highest diffraction intensity with respect to 2θ in the X-ray diffraction chart obtained is 0.48 degrees or more, having an amorphous phase and cobalt, nickel, manganese, A lithium secondary battery including, as a negative electrode and / or a positive electrode, an electrode including an active material and containing, as a component, a material containing at least one element selected from iron.
【請求項2】 前記非晶質相を有する化合物を成分とす
る活物質を有する電極を正極に用いたことを特徴とする
請求項1記載のリチウム二次電池。
2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein an electrode having an active material containing the compound having an amorphous phase as a component is used as a positive electrode.
【請求項3】 前記非晶質相を有する化合物を成分とす
る活物質を有する電極を負極に用いたことを特徴とする
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 an electrode having an active material containing the compound having an amorphous phase as a component is used as a negative electrode.
【請求項4】 前記非晶質相を有する化合物を成分とす
る活物質を有する電極を正極及び負極の夫々に用い、か
つ該活物質が正極と負極で異なる組成から構成されるこ
とを特徴とする請求項1記載のリチウム二次電池。
4. An electrode having an active material containing a compound having an amorphous phase as a component is used for each of a positive electrode and a negative electrode, and the active material has a different composition between the positive electrode and the negative electrode. The lithium secondary battery according to claim 1.
【請求項5】 前記正極が、電池放電状態でリチウムを
含有する請求項2又は4記載のリチウム二次電池。
5. The lithium secondary battery according to claim 2, wherein the positive electrode contains lithium in a battery discharge state.
【請求項6】 前記負極が、電池充電状態でリチウムを
含有する請求項3又は4記載のリチウム二次電池。
6. The lithium secondary battery according to claim 3, wherein the negative electrode contains lithium when the battery is charged.
【請求項7】 前記活物質が、前記コバルト、ニッケ
ル、マンガン、及び鉄から選択される少なくとも一種以
上の元素を含む材料と、リチウム電池の充放電反応中に
該活物質が用いられる電極において電気化学的に不活性
となる材料との複合体であり、該活物質を有する電極が
正極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。
7. The method according to claim 1, wherein the active material is a material containing at least one element selected from the group consisting of cobalt, nickel, manganese, and iron, and an electrode in which the active material is used during a charge / discharge reaction of a lithium battery. 2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery is a composite with a chemically inert material, and the electrode having the active material is a positive electrode.
【請求項8】 前記活物質が、前記コバルト、ニッケ
ル、マンガン、及び鉄から選択される少なくとも一種以
上の元素を含む材料と、リチウム電池の充放電反応中に
該活物質が用いられる電極においてリチウム以外の物質
に対して電気化学的に不活性となる材料との複合体であ
り、該活物質を有する電極が負極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。
8. A material in which the active material contains at least one element selected from the group consisting of cobalt, nickel, manganese, and iron, and lithium in an electrode in which the active material is used during a charge / discharge reaction of a lithium battery. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery is a composite with a material that is electrochemically inactive with respect to other substances, and the electrode having the active material is a negative electrode.
【請求項9】 前記活物質の結晶子サイズが、200Å
以下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。
9. The crystallite size of the active material is 200 °
The lithium secondary battery according to claim 1, wherein:
【請求項10】 前記活物質の(003)面のX線回折
強度が(104)面のX線回折強度に対して2倍以上で
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。
10. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the X-ray diffraction intensity of the (003) plane of the active material is at least twice the X-ray diffraction intensity of the (104) plane. .
【請求項11】 定電流放電時の電池電圧が放電容量に
対して曲線状に変化しプラトー領域がないことを特徴と
する請求項1記載のリチウム二次電池。
11. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the battery voltage at the time of constant current discharge changes in a curve with respect to the discharge capacity, and there is no plateau region.
【請求項12】 蓄電容量に対する開放電圧がプラトー
領域がないことを特徴とする請求項1記載のリチウム二
次電池。
12. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the open voltage with respect to the storage capacity has no plateau region.
【請求項13】 少なくとも負極、正極、電解質からな
り、リチウムイオンの酸化還元反応を充放電に利用した
二次電池において、負極が、少なくとも非晶質相を含有
し、X線回折で2θに対して最も強い回折強度が現れた
ピークの半価幅が0.48度以上であり、非晶質相を有した
金属元素及び炭素から選択される少なくとも一種類以上
を含む材料と、リチウム電池の充放電反応中に該活物質
が用いられる電極においてリチウム以外の物質に対して
電気化学的に不活性な材料との複合体を活物質として有
することを特徴とするリチウム二次電池。
13. A secondary battery comprising at least a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte and utilizing a redox reaction of lithium ions for charge and discharge. The half-width of the peak at which the highest diffraction intensity appears is 0.48 degrees or more, and a material containing at least one selected from a metal element having an amorphous phase and carbon, and a charge / discharge reaction of a lithium battery A lithium secondary battery comprising, as an active material, a complex with a material which is electrochemically inert to a substance other than lithium in an electrode in which the active material is used.
【請求項14】 前記正極が、少なくとも非晶質相を有
し、X線回折角度2θに対する回折線強度を取ったX線
回折チャートにおける2θに対して最も強い回折強度が
現れたピークの半価幅が0.48度以上である活物質であっ
て、非晶質相を有しかつコバルト、ニッケル、マンガ
ン、鉄から少なくとも選択される一種類以上の元素を含
む材料を成分とする、活物質を有することを特徴とする
請求項13記載のリチウム二次電池。
14. The half-value of a peak at which the positive electrode has at least an amorphous phase and in which an X-ray diffraction chart obtained by taking a diffraction line intensity at an X-ray diffraction angle 2θ shows the highest diffraction intensity at 2θ. An active material having a width of 0.48 degrees or more, having an amorphous phase and containing, as a component, a material containing at least one element selected from cobalt, nickel, manganese, and iron. 14. The lithium secondary battery according to claim 13, wherein:
【請求項15】 前記正極が、電池放電状態でリチウム
を含有する請求項13又は14記載のリチウム二次電
池。
15. The lithium secondary battery according to claim 13, wherein the positive electrode contains lithium in a battery discharged state.
【請求項16】 前記負極が、電池充電状態でリチウム
を含有する請求項13又は14記載のリチウム二次電
池。
16. The lithium secondary battery according to claim 13, wherein the negative electrode contains lithium when the battery is charged.
【請求項17】 前記負極における活物質の結晶子サイ
ズが、200Å以下であることを特徴とする請求項13
記載のリチウム二次電池。
17. The method according to claim 13, wherein a crystallite size of the active material in the negative electrode is 200 ° or less.
The lithium secondary battery according to the above.
【請求項18】 前記非晶質相を有する、金属元素を含
む材料が、電気化学反応でリチウム析出時にリチウムと
合金化する、Al,Mg,Pb,K,Na,Ca,Sr,Ba,
Si,Ge,Sn,Inからなる群より選択される一種類
以上の金属材料であることを特徴とする請求項13記載
のリチウム二次電池。
18. A material containing a metal element having an amorphous phase, which is alloyed with lithium at the time of lithium deposition by an electrochemical reaction, wherein Al, Mg, Pb, K, Na, Ca, Sr, Ba,
14. The lithium secondary battery according to claim 13, wherein the secondary battery is at least one metal material selected from the group consisting of Si, Ge, Sn, and In.
【請求項19】 前記非晶質相を有する、金属元素を含
む材料が、電気化学反応でリチウム析出時にリチウムと
合金化しない、Ni,Co,Ti,Cu,Ag,Au,
W,Mo,Fe,Pt,Crからなる群より選択される
少なくとも一種類以上の金属材料であることを特徴とす
る請求項13記載のリチウム二次電池。
19. The method according to claim 19, wherein the material containing a metal element having an amorphous phase does not alloy with lithium at the time of deposition of lithium by an electrochemical reaction, wherein Ni, Co, Ti, Cu, Ag, Au,
14. The lithium secondary battery according to claim 13, wherein the lithium secondary battery is at least one metal material selected from the group consisting of W, Mo, Fe, Pt, and Cr.
【請求項20】 前記非晶質相を有する炭素材料が、黒
鉛骨格構造を有する炭素からなることを特徴とする請求
項13記載のリチウム二次電池。
20. The lithium secondary battery according to claim 13, wherein the carbon material having an amorphous phase is made of carbon having a graphite skeleton structure.
【請求項21】 結晶性の材料に物理エネルギーを付与
することによって非晶質相を有した材料を調製し、該非
晶質相を有した材料を正極活物質及び/又は負極活物質
に用いて電極を形成することを特徴とするリチウム二次
電池の製造方法。
21. A material having an amorphous phase is prepared by applying physical energy to a crystalline material, and the material having the amorphous phase is used as a positive electrode active material and / or a negative electrode active material. A method for manufacturing a lithium secondary battery, comprising forming an electrode.
【請求項22】 前記結晶性の材料が、コバルト、ニッ
ケル、マンガン、鉄から選択される一種類以上の元素を
含有する結晶性材料である請求項21記載のリチウム二
次電池の製造方法。
22. The method according to claim 21, wherein the crystalline material is a crystalline material containing at least one element selected from cobalt, nickel, manganese, and iron.
【請求項23】 リチウム電池の充放電反応中に前記活
物質が用いられる電極において電気化学的に不活性とな
る材料を、前記結晶性の材料に混合して非晶質相を有し
た材料を調製し、該非晶質相を有した材料を正極活物質
に用いることを特徴とする請求項21記載のリチウム二
次電池の製造方法。
23. A material having an amorphous phase by mixing a material which is electrochemically inactive at an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of a lithium battery with the crystalline material. 22. The method for producing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein the prepared material having an amorphous phase is used as a positive electrode active material.
【請求項24】 前記リチウム電池の充放電反応中に前
記活物質が用いられる電極において電気化学的に不活性
となる材料として、標準電極電位が卑である金属を用い
る請求項23記載のリチウム二次電池の製造方法。
24. The lithium secondary battery according to claim 23, wherein a metal whose standard electrode potential is low is used as a material which is electrochemically inactive in an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of the lithium battery. Manufacturing method of secondary battery.
【請求項25】 前記リチウム電池の充放電反応中に前
記活物質が用いられる電極において電気化学的に不活性
となる材料として、炭素材料を用いる請求項23記載の
リチウム二次電池の製造方法。
25. The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 23, wherein a carbon material is used as a material that is electrochemically inactive in an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of the lithium battery.
【請求項26】 前記リチウム電池の充放電反応中に前
記活物質が用いられる電極において電気化学的に不活性
となる材料として、遷移金属化合物を用いる請求項23
記載のリチウム二次電池の製造方法。
26. A transition metal compound is used as a material which is electrochemically inactive in an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of the lithium battery.
The method for producing the lithium secondary battery according to the above.
【請求項27】 リチウム電池の充放電反応中に前記活
物質が用いられる電極においてリチウム以外の物質に対
して電気化学的に不活性となる材料を、前記結晶性の材
料に混合して非晶質相を有した材料を調製し、該非晶質
相を有した材料を負極活物質に用いることを特徴とする
請求項21記載のリチウム二次電池の製造方法。
27. A material which is electrochemically inactive to a substance other than lithium at an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of a lithium battery, is mixed with the crystalline material to form an amorphous material. 22. The method for producing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein a material having a solid phase is prepared, and the material having an amorphous phase is used as a negative electrode active material.
【請求項28】 前記リチウム電池の充放電反応中に前
記活物質が用いられる電極においてリチウム以外の物質
に対して電気化学的に不活性となる材料として、標準電
極電位が貴である金属を用いる請求項27記載のリチウ
ム二次電池の製造方法。
28. A metal having a noble standard electrode potential is used as a material which is electrochemically inactive with respect to substances other than lithium in an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of the lithium battery. A method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 27.
【請求項29】 前記リチウム電池の充放電反応中に前
記活物質が用いられる電極においてリチウム以外の物質
に対して電気化学的に不活性となる材料として炭素材料
を用いる請求項27記載のリチウム二次電池の製造方
法。
29. The lithium secondary battery according to claim 27, wherein a carbon material is used as a material which is electrochemically inactive to a substance other than lithium in an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of the lithium battery. Manufacturing method of secondary battery.
【請求項30】 前記リチウム電池の充放電反応中に前
記活物質が用いられる電極においてリチウム以外の物質
に対して電気化学的に不活性となる材料として遷移金属
化合物を用いる請求項27記載のリチウム二次電池の製
造方法。
30. The lithium according to claim 27, wherein a transition metal compound is used as a material that is electrochemically inactive to a substance other than lithium at an electrode using the active material during a charge / discharge reaction of the lithium battery. A method for manufacturing a secondary battery.
【請求項31】 前記リチウム電池の充放電反応中にお
いてリチウム以外の物質に対して電気化学的に不活性な
材料として遷移金属化合物を用いる請求項27記載のリ
チウム二次電池の製造方法。
31. The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 27, wherein a transition metal compound is used as a material that is electrochemically inert to substances other than lithium during the charge / discharge reaction of the lithium battery.
【請求項32】 前記結晶性の材料に前記物理エネルギ
ーが、回転体内から受ける遠心力によって与えられるこ
とを特徴とする請求項21記載のリチウム二次電池の製
造方法。
32. The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein the physical energy is given to the crystalline material by centrifugal force received from a rotating body.
【請求項33】 前記結晶性の材料に前記物理エネルギ
ーを付与した後、加熱処理を行うことを特徴とする請求
項21記載のリチウム二次電池の製造方法。
33. The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein a heat treatment is performed after the physical energy is applied to the crystalline material.
【請求項34】 前記結晶性の材料に前記物理エネルギ
ーを付与する際、同時に加熱処理を行うことを特徴とす
る請求項21記載のリチウム二次電池の製造方法。
34. The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein heat treatment is performed simultaneously when the physical energy is applied to the crystalline material.
【請求項35】 前記結晶性の材料に前記物理エネルギ
ーを付与する方法として、前記結晶性の材料を収納した
容器を回転させることを特徴とする請求項21記載のリ
チウム二次電池の製造方法。
35. The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein the method of applying the physical energy to the crystalline material includes rotating a container containing the crystalline material.
【請求項36】 前記結晶性の材料に前記物理エネルギ
ーを付与する際の雰囲気が、酸化雰囲気、還元雰囲気、
又は不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項2
1記載のリチウム二次電池の製造方法。
36. An atmosphere for applying the physical energy to the crystalline material includes an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere,
Or an inert gas atmosphere.
2. The method for producing a lithium secondary battery according to 1.
【請求項37】 前記結晶性の材料に前記物理エネルギ
ーを付与する際の酸化雰囲気が、酸素、オゾン、空気、
水蒸気、アンモニアガスから選択される一種類以上のガ
スにより形成されている請求項36記載のリチウム二次
電池の製造方法。
37. An oxidizing atmosphere for applying the physical energy to the crystalline material includes oxygen, ozone, air,
The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 36, wherein the method is formed of at least one gas selected from water vapor and ammonia gas.
【請求項38】 前記結晶性の材料に前記物理エネルギ
ーを付与する際の還元雰囲気が、水素、不活性ガスと水
素の混合ガスであることを特徴とする請求項36記載の
リチウム二次電池の製造方法。
38. The lithium secondary battery according to claim 36, wherein the reducing atmosphere for applying the physical energy to the crystalline material is hydrogen, or a mixed gas of an inert gas and hydrogen. Production method.
【請求項39】 前記結晶性の材料に物理エネルギーを
付与する際の不活性ガス雰囲気が、アルゴンガス、ヘリ
ウムガス、窒素ガスから選択される一種類以上のガスで
あることを特徴とする請求項36記載のリチウム二次電
池の製造方法。
39. An inert gas atmosphere for applying physical energy to the crystalline material is at least one kind of gas selected from argon gas, helium gas, and nitrogen gas. 36. The method for producing a lithium secondary battery according to 36.
【請求項40】 前記結晶性の材料に物理エネルギーを
付与した後、更に酸素プラズマあるいは窒素プラズマ処
理することを特徴とする請求項21記載のリチウム二次
電池の製造方法。
40. The method for producing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein after applying physical energy to the crystalline material, oxygen plasma or nitrogen plasma treatment is further performed.
【請求項41】 前記物理エネルギーを付与した後の材
料を冷却することを特徴とする請求項21記載のリチウ
ム二次電池の製造方法。
41. The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein the material after the application of the physical energy is cooled.
【請求項42】 前記加熱した後の材料に対して、冷却
することを特徴とする請求項33又は34記載のリチウ
ム二次電池の製造方法。
42. The method for producing a lithium secondary battery according to claim 33, wherein the material after the heating is cooled.
【請求項43】 前記調製された非晶質相を有した材料
のX線回折ピークの(003)面あるいは(104)面の
半価幅を、非晶質に変化させる前の前記結晶質の材料の
半価幅に対して10%以上増加させることを特徴とする
請求項21記載のリチウム二次電池の製造方法。
43. The crystalline material before changing the half width of the (003) plane or (104) plane of the X-ray diffraction peak of the prepared material having an amorphous phase to amorphous. 22. The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein the half value width of the material is increased by 10% or more.
【請求項44】 前記調製された非晶質相を有した材料
の結晶子サイズを、非晶質に変化させる前の前記結晶質
の材料の結晶子サイズに対して50%以下の大きさに変
化させることを特徴とする請求項21記載のリチウム二
次電池の製造方法。
44. The crystallite size of the prepared material having an amorphous phase is reduced to 50% or less of the crystallite size of the crystalline material before being changed to amorphous. 22. The method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 21, wherein the method is varied.
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