JP2011023335A - Electrode for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高容量で高い安定性を有する非水二次電池用電極と、該電極を有する非水二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous secondary battery electrode having high capacity and high stability, and a non-aqueous secondary battery having the electrode.
近年、携帯電話、ノート型パソコンなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、小型軽量で且つ高容量の二次電池やキャパシタが必要とされるようになってきた。現在、この要求に応え得る高容量二次電池やキャパシタには、一般に、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4などが正極活物質として用いられている。 In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and laptop computers, and the practical application of electric vehicles, secondary batteries and capacitors having a small size and a high capacity have been required. Currently, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and the like are generally used as positive electrode active materials for high-capacity secondary batteries and capacitors that can meet this requirement.
特に二次電池の高容量化を達成するにあたっては、正極活物質にLiNiO2を使用することが有効であるが、充電状態での熱的安定性がLiCoO2よりも低いため、そのままでは電池の安全性を満足させることが困難であった。また、LiNiO2を使用した電池は、充放電サイクル寿命の点でも、LiNiO2の結晶構造の可逆性の低さから、満足のいく特性を確保し得なかった。 In particular, in achieving high capacity of the secondary battery, it is effective to use LiNiO 2 as the positive electrode active material, but since the thermal stability in the charged state is lower than that of LiCoO 2 , It was difficult to satisfy safety. Also, a battery using LiNiO 2 could not ensure satisfactory characteristics from the viewpoint of charge / discharge cycle life due to the low reversibility of the crystal structure of LiNiO 2 .
このような事情を受けて、LiNiO2の充電状態の結晶構造を保持させるため、Co、Al、Mgなどの元素でNiを置換することによって、その安全性と可逆性との改良が試みられている(例えば、特許文献1)。 Under such circumstances, in order to maintain the LiNiO 2 charged state crystal structure, attempts have been made to improve its safety and reversibility by substituting Ni with elements such as Co, Al, and Mg. (For example, Patent Document 1).
しかしながら、前記のようなNiを他の元素で置換したリチウム含有複合酸化物は、その置換量が少ない場合には、安全性や可逆性の向上が十分に発現せず、置換量が多い場合には容量の低下を招いて、LiNiO2の特徴を十分に発揮することが困難である。 However, the lithium-containing composite oxide in which Ni is substituted with other elements as described above does not sufficiently improve safety and reversibility when the substitution amount is small, and when the substitution amount is large. Causes a decrease in capacity, and it is difficult to fully exhibit the characteristics of LiNiO 2 .
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高容量で、安定性が高い非水二次電池用電極と、該電極を有する非水二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a non-aqueous secondary battery electrode having high capacity and high stability and a non-aqueous secondary battery having the electrode. is there.
前記目的を達成し得た本発明の非水二次電池用電極は、下記一般組成式(1)で表され、Niの平均価数が2.5〜2.9価であるリチウム含有複合酸化物を用いた電極合剤層を有することを特徴とするものである。 The electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention that has achieved the above object is represented by the following general composition formula (1), and the lithium-containing composite oxidation wherein the average valence of Ni is 2.5 to 2.9 It has the electrode mixture layer which used the thing.
Li1+xMO2 (1)
[ただし、前記一般組成式(1)中、−0.3≦x≦0.3であり、かつ、Mは、少なくともCo、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素と、Niとを含む4種以上の元素群を表し、Mを構成する各元素中で、Ni、Co、Mn、Al、MgおよびTiの割合(mol%)を、それぞれa、b、c、d、eおよびfとしたときに、45≦a≦97、b≦49、c≦49、d≦10、e≦10、f≦10および3≦b+c+d+e+f≦55である。]
Li 1 + x MO 2 (1)
[However, in the general composition formula (1), −0.3 ≦ x ≦ 0.3, and M is at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg, and Ti; This represents a group of four or more elements including Ni, and the ratio (mol%) of Ni, Co, Mn, Al, Mg and Ti in each element constituting M is represented by a, b, c, d, When e and f, 45 ≦ a ≦ 97, b ≦ 49, c ≦ 49, d ≦ 10, e ≦ 10, f ≦ 10 and 3 ≦ b + c + d + e + f ≦ 55. ]
また、本発明の非水二次電池は、正極と負極と非水電解質とを含む非水二次電池であって、前記正極が、本発明の非水二次電池用電極であることを特徴とするものである。 The nonaqueous secondary battery of the present invention is a nonaqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the positive electrode is the electrode for a nonaqueous secondary battery of the present invention. It is what.
本発明によれば、高容量で安定性が高い非水二次電池用電極と、該電極を有する非水二次電池を提供することができる。すなわち、本発明の非水二次電池は、高容量で、安全性が高く、充放電サイクル寿命が長い。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous secondary battery electrode with high capacity | capacitance and high stability and the nonaqueous secondary battery which has this electrode can be provided. That is, the non-aqueous secondary battery of the present invention has a high capacity, high safety, and a long charge / discharge cycle life.
本発明の非水二次電池用電極(以下、単に「電極」という場合がある。)は、例えば、集電体の片面または両面に、活物質などを含有する電極合剤層が形成されることで構成されている。そして、本発明の電極は、活物質として、前記一般組成式(1)で表され、Niの平均価数が2.5〜2.9価のリチウム含有複合酸化物を有している。 In the electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “electrode”), for example, an electrode mixture layer containing an active material or the like is formed on one side or both sides of a current collector. It is composed of that. The electrode of the present invention has a lithium-containing composite oxide represented by the general composition formula (1) as an active material and having an average Ni valence of 2.5 to 2.9.
本発明の電極は、非水二次電池の正極に使用され、前記リチウム含有複合酸化物は、非水二次電池の正極活物質として作用する。本発明の電極を正極に用いて構成した非水二次電池(本発明の非水二次電池)は、高容量で、安全性が高く、充放電サイクル寿命の長い電池となる。 The electrode of the present invention is used for a positive electrode of a non-aqueous secondary battery, and the lithium-containing composite oxide acts as a positive electrode active material for the non-aqueous secondary battery. A non-aqueous secondary battery (non-aqueous secondary battery of the present invention) constituted by using the electrode of the present invention as a positive electrode has a high capacity, high safety, and a long charge / discharge cycle life.
本発明の電極に係る前記リチウム含有複合酸化物は、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素と、Niとを含む4種以上の元素群Mを含有している。このうち、Niは、リチウム含有複合酸化物の容量向上に寄与する成分である。 The lithium-containing composite oxide according to the electrode of the present invention contains at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg, and Ti, and four or more element groups M including Ni. Among these, Ni is a component which contributes to the capacity | capacitance improvement of lithium containing complex oxide.
前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、高容量化を達成するにはNiの比率をより大きくすることが好ましいが、Niの比率が大きすぎると、NiがLiサイトに導入されて非化学量論組成になりやすくなる。また、前記リチウム含有複合酸化物では、前記の通り、Niの平均価数を特定範囲とするが、3価のNiは不安定であることから、Niは3価よりも低い酸化数になりやすく、例えば大気中での焼成によってNiの酸化数を制御することが困難となる(リチウム含有複合酸化物の合成法に関しては後述する。)。なお、Niの価数が低下した場合には、通常、容量が低下したり、可逆性が失われたりする。 In the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, it is preferable to increase the Ni ratio in order to achieve high capacity. However, if the Ni ratio is too large, Ni becomes a Li site. When introduced, it tends to have a non-stoichiometric composition. In the lithium-containing composite oxide, as described above, the average valence of Ni is in a specific range, but since trivalent Ni is unstable, Ni tends to have an oxidation number lower than that of trivalence. For example, it becomes difficult to control the oxidation number of Ni by firing in the atmosphere (a method for synthesizing a lithium-containing composite oxide will be described later). In addition, when the valence of Ni is lowered, the capacity is usually lowered or the reversibility is lost.
よって、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたとき、Niの割合aは、リチウム含有複合酸化物の容量向上を図る観点から、45mol%以上とし、50mol%以上が好ましく、70mol%以上がより好ましく、また、Niの割合が多すぎることによる前記の問題を回避する観点から、97mol%以下とする。本発明の電極では、活物質として使用する前記リチウム含有化合物において、Niの割合を前記のように調整し、かつNiが前記割合を満たす範囲で、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素を含有させることで、例えば、容量が180mAh/g以上(リチウム金属基準で、駆動電圧が2.5〜4.3Vの場合。)のリチウム含有複合酸化物の、安定な製造を可能としている。 Therefore, in the general formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, when the total number of elements in the element group M is 100 mol%, the Ni ratio a is from the viewpoint of improving the capacity of the lithium-containing composite oxide. , 45 mol% or more, preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and from the viewpoint of avoiding the above-mentioned problem due to the excessive Ni ratio. In the electrode of the present invention, the lithium-containing compound used as the active material is selected from Co, Mn, Al, Mg, and Ti as long as the ratio of Ni is adjusted as described above and Ni satisfies the ratio. By including at least three kinds of elements, for example, stable production of a lithium-containing composite oxide having a capacity of 180 mAh / g or more (when the drive voltage is 2.5 to 4.3 V based on lithium metal). Is possible.
なお、Niの平均価数が小さくなるほど、リチウム含有複合酸化物の電気伝導性が低下する。よって、前記リチウム含有複合酸化物の粒子は、後記の実施例で示す方法により測定されるNiの平均価数を、2.5〜2.9価とする。また、これにより、大気中でも安定して合成することが可能であり、生産性および熱的安定性に優れる高容量のリチウム含有複合酸化物とすることができる。 In addition, the electrical conductivity of lithium containing complex oxide falls, so that the average valence of Ni becomes small. Therefore, the lithium-containing composite oxide particles have an average valence of Ni measured by the method shown in Examples below to be 2.5 to 2.9. This also makes it possible to synthesize stably in the air, and to obtain a high-capacity lithium-containing composite oxide that is excellent in productivity and thermal stability.
前記リチウム含有複合酸化物は、元素群Mとして、Niと共に、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素を含有している。 The lithium-containing composite oxide contains at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti as well as Ni as the element group M.
前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Coの割合bを49mol%以下として、結晶格子中にCoを存在させると、非水二次電池の充放電でのLiのドープおよび脱ドープによるリチウム含有複合酸化物の相転移から起こる不可逆反応を緩和でき、リチウム含有複合酸化物の結晶構造の可逆性を高めることができるため、充放電サイクル寿命の長い非水二次電池を構成することが可能となる。なお、Coを含有させることによる前記の効果をより良好に確保するには、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Coの割合bを1mol%以上とすることが好ましい。 In the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, when the total number of elements in the element group M is 100 mol%, the Co ratio b is 49 mol% or less and Co is present in the crystal lattice. And the reversibility of the crystal structure of the lithium-containing composite oxide can be mitigated, and the irreversible reaction resulting from the phase transition of the lithium-containing composite oxide by Li doping and dedoping during non-aqueous secondary battery charging and discharging can be improved. Therefore, a non-aqueous secondary battery having a long charge / discharge cycle life can be configured. In addition, in order to ensure the above-mentioned effect by containing Co better, when the total number of elements in the element group M is 100 mol% in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide. In addition, the Co ratio b is preferably 1 mol% or more.
前記リチウム含有複合酸化物におけるCoは、その平均価数が、後記の実施例で示す方法により測定される値が、3価より低い値、例えば2.2〜2.9価であることが好ましく、これにより、Niの価数が必要以上に低下することを防ぎ、リチウム含有複合酸化物の可逆性をより高めることができる。 Co in the lithium-containing composite oxide is preferably such that the average valence is a value lower than trivalent, for example, 2.2 to 2.9, as measured by the method described in the examples below. As a result, the valence of Ni can be prevented from being lowered more than necessary, and the reversibility of the lithium-containing composite oxide can be further increased.
また、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Mnの割合cを49mol%以下として、結晶格子中にMnを存在させると、2価のNiとともに層状の構造を安定化させ、リチウム含有複合酸化物の熱的安定性を向上させ得ることから、より安全性の高い非水二次電池を構成することが可能となる。なお、Mnを含有させることによる前記の効果をより良好に確保するには、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Mnの割合cを1mol%以上とすることが好ましい。 In the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, when the total number of elements in the element group M is 100 mol%, the Mn ratio c is 49 mol% or less, and Mn is contained in the crystal lattice. When present, the layered structure can be stabilized together with the divalent Ni, and the thermal stability of the lithium-containing composite oxide can be improved, so that a safer non-aqueous secondary battery can be configured. It becomes. In addition, in order to ensure the above-mentioned effect by containing Mn more satisfactorily, when the total number of elements in the element group M is 100 mol% in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide. Further, it is preferable that the ratio c of Mn is 1 mol% or more.
前記リチウム含有複合酸化物におけるMnは、その平均価数が、後記の実施例で示す方法により測定される値で、3.5〜4価であることが好ましく、3.8価以上であることがより好ましく、このように4価に近い値とすることで、2価のNiの安定性が向上して、前述の効果がより良好に確保される。なお、Mnの価数は、測定誤差などを考慮すれば4.0より若干大きくなる場合があるため、価数の上限値としては、そのような誤差も含む数値として、「4.0価」ではなく「4価」と表される。 Mn in the lithium-containing composite oxide is a value measured by the method shown in Examples below, and is preferably 3.5 to 4, preferably 3.8 or more. More preferably, by setting the value close to tetravalent in this way, the stability of divalent Ni is improved, and the above-described effects are ensured better. Note that the valence of Mn may be slightly larger than 4.0 in consideration of measurement errors and the like, and therefore, the upper limit value of the valence is “4.0 valence” as a numerical value including such an error. Instead, it is expressed as “tetravalent”.
前記リチウム含有複合酸化物において、結晶格子中にAlを存在させると、リチウム含有複合酸化物の結晶構造を安定化させることができ、その熱的安定性を向上させ得るため、より安全性の高い非水二次電池を構成することが可能となる。また、Alがリチウム含有複合酸化物粒子の粒界や表面に存在することで、その経時安定性や電解液との副反応を抑制することができ、より長寿命の非水二次電池を構成することが可能となる。 In the lithium-containing composite oxide, when Al is present in the crystal lattice, the crystal structure of the lithium-containing composite oxide can be stabilized and the thermal stability thereof can be improved, so that the safety is higher. A non-aqueous secondary battery can be configured. In addition, since Al is present at the grain boundaries and surfaces of the lithium-containing composite oxide particles, the stability over time and side reactions with the electrolyte can be suppressed, and a longer-life non-aqueous secondary battery is constructed. It becomes possible to do.
ただし、Alは充放電容量に関与することができないため、リチウム含有複合酸化物中の含有量を多くすると、容量低下を引き起こす虞がある。よって、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Alの割合dを10mol%以下とする。なお、Alを含有させることによる前記の効果をより良好に確保するには、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Alの割合dを0.02mol%以上とすることが好ましい。 However, since Al cannot participate in the charge / discharge capacity, increasing the content in the lithium-containing composite oxide may cause a decrease in capacity. Therefore, in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, when the total number of elements in the element group M is 100 mol%, the Al ratio d is 10 mol% or less. In addition, in order to ensure the above-mentioned effect by containing Al more favorably, when the total number of elements in the element group M is 100 mol% in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide. In addition, the Al ratio d is preferably 0.02 mol% or more.
前記リチウム含有複合酸化物において、結晶格子中にMgを存在させると、リチウム含有複合酸化物の結晶構造を安定化させることができ、その熱的安定性を向上させ得るため、より安全性の高い非水二次電池を構成することが可能となる。また、非水二次電池の充放電でのLiのドープおよび脱ドープによってリチウム含有複合酸化物の相転移が起こる際、MgがLiサイトに転位することによって不可逆反応を緩和し、リチウム含有複合酸化物の結晶構造の可逆性を高めることができるため、充放電サイクル寿命の長い非水二次電池を構成することができる。特に、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、x<0として、リチウム含有複合酸化物をLi欠損な結晶構造とした場合には、Liの代わりにMgがLiサイトに入る形でリチウム含有複合酸化物を形成し、安定な化合物とすることができる。 In the lithium-containing composite oxide, when Mg is present in the crystal lattice, the crystal structure of the lithium-containing composite oxide can be stabilized and the thermal stability thereof can be improved, so that the safety is higher. A non-aqueous secondary battery can be configured. In addition, when the phase transition of the lithium-containing composite oxide occurs due to Li doping and dedoping during charge / discharge of the non-aqueous secondary battery, the irreversible reaction is mitigated by the rearrangement of Mg to the Li site, and the lithium-containing composite oxidation Since the reversibility of the crystal structure of the product can be increased, a non-aqueous secondary battery having a long charge / discharge cycle life can be formed. In particular, in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, when x <0 and the lithium-containing composite oxide has a Li-deficient crystal structure, Mg instead of Li becomes a Li site. A lithium-containing composite oxide can be formed in a form that enters, and a stable compound can be obtained.
ただし、Mgは充放電容量への関与が小さいため、リチウム含有複合酸化物中の含有量を多くすると、容量低下を引き起こす虞がある。よって、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Mgの割合eを10mol%以下とする。なお、Mgを含有させることによる前記の効果をより良好に確保するには、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Mgの割合eを0.02mol%以上とすることが好ましい。 However, since Mg has a small contribution to the charge / discharge capacity, if the content in the lithium-containing composite oxide is increased, the capacity may be reduced. Therefore, in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, when the total number of elements in the element group M is 100 mol%, the Mg ratio e is 10 mol% or less. In addition, in order to ensure the above-mentioned effect by containing Mg more satisfactorily, in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, when the total number of elements in the element group M is 100 mol% In addition, the Mg ratio e is preferably 0.02 mol% or more.
前記リチウム含有複合酸化物において粒子中にTiを含有させると、LiNiO2型の結晶構造において、酸素欠損などの結晶の欠陥部に配置されて結晶構造を安定化させるため、リチウム含有複合酸化物の反応の可逆性が高まり、充放電サイクル特性に優れた非水二次電池を構成できるようになる。前記の効果を良好に確保するためには、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Tiの割合fを、0.01mol%以上とすることが好ましく、0.1mol%以上とすることがより好ましい。ただし、Tiの含有量が多くなると、Tiは充放電に関与しないために容量低下を引き起こしたり、Li2TiO3などの異相を形成しやすくなったりして、特性低下を招く虞がある。よって、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたときに、Tiの割合fは、10mol%以下とする必要があり、5mol%以下とすることが好ましく、2mol%以下とすることがより好ましい。 When Ti is contained in the particles in the lithium-containing composite oxide, the lithium-containing composite oxide has a LiNiO 2 type crystal structure that is disposed in a crystal defect portion such as an oxygen vacancy to stabilize the crystal structure. The reversibility of the reaction is increased, and a non-aqueous secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics can be configured. In order to ensure the above effect satisfactorily, in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, when the total number of elements in the element group M is 100 mol%, the Ti ratio f is: It is preferable to set it as 0.01 mol% or more, and it is more preferable to set it as 0.1 mol% or more. However, when the content of Ti increases, Ti does not participate in charging / discharging, so that the capacity may be reduced, or a heterogeneous phase such as Li 2 TiO 3 may be easily formed, leading to deterioration in characteristics. Therefore, in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide, when the total number of elements in the element group M is 100 mol%, the Ti ratio f needs to be 10 mol% or less. % Or less, more preferably 2 mol% or less.
前記リチウム含有複合酸化物は、元素群Mとして、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素を、Niとともに含有していればよい。具体的には、前記リチウム含有複合酸化物は、Co、Mn、Al、MgおよびTiのうち、3種の元素を含有していてもよく、4種の元素を含有していてもよく、5種全てを含有していてもよい。前記一般組成式(1)において、元素群Mの全元素数を100mol%としたとき、Coの割合bと、Mnの割合cと、Alの割合dと、Mgの割合eと、Tiの割合fとの合計は、3mol%以上55mol%以下であり、50mol%以下であることが好ましく、30mol%以下であることがより好ましい。 The lithium-containing composite oxide may contain at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg, and Ti as the element group M together with Ni. Specifically, the lithium-containing composite oxide may contain three elements among Co, Mn, Al, Mg, and Ti, and may contain four elements. It may contain all species. In the general composition formula (1), when the total number of elements in the element group M is 100 mol%, the Co ratio b, the Mn ratio c, the Al ratio d, the Mg ratio e, and the Ti ratio The total with f is 3 mol% or more and 55 mol% or less, preferably 50 mol% or less, and more preferably 30 mol% or less.
なお、前記リチウム含有複合酸化物を表す前記一般組成式(1)における元素群Mは、Ni、Co、Mn、Al、MgおよびTi以外の元素を含んでいてもよく、例えば、Cr、Fe、Cu、Zn、Ge、Sn、Ca、Sr、Ba、Ag、Ta、Nb、Mo、B、P、Zr、W、Gaなどの元素を含んでいても構わない。ただし、本発明の効果を十分に得るためには、元素群Mの全元素数を100mol%としたときの、Ni、Co、Mn、Al、MgおよびTi以外の元素の割合(mol%)の合計をgで表すと、gは、10mol%以下とすることが好ましく、3mol%以下とすることがより好ましく、1mol%以下とすることが特に好ましい。元素群MにおけるNi、Co、Mn、Al、MgおよびTi以外の元素は、リチウム含有複合酸化物中に均一に分布していてもよく、また、粒子表面などに偏析していてもよい。 The element group M in the general composition formula (1) representing the lithium-containing composite oxide may contain elements other than Ni, Co, Mn, Al, Mg, and Ti. For example, Cr, Fe, It may contain elements such as Cu, Zn, Ge, Sn, Ca, Sr, Ba, Ag, Ta, Nb, Mo, B, P, Zr, W, and Ga. However, in order to sufficiently obtain the effects of the present invention, the ratio of elements other than Ni, Co, Mn, Al, Mg and Ti (mol%) when the total number of elements in the element group M is 100 mol%. When the total is expressed in g, g is preferably 10 mol% or less, more preferably 3 mol% or less, and particularly preferably 1 mol% or less. Elements other than Ni, Co, Mn, Al, Mg and Ti in the element group M may be uniformly distributed in the lithium-containing composite oxide, or may be segregated on the particle surface or the like.
例えば、Geを添加した場合には、Liが脱離した後の複合酸化物の結晶構造が安定化するため、充放電での反応の可逆性を高めることができ、安全性が高く、サイクル特性に優れる非水二次電池を構成することが可能となる。特に、粒子表面や粒界にGeが存在する場合、界面でのLiの脱離・挿入における結晶構造の乱れが抑制され、サイクル特性向上に高い効果を発揮することができる。 For example, when Ge is added, since the crystal structure of the composite oxide after Li is desorbed is stabilized, the reversibility of the reaction in charge / discharge can be improved, and the safety is high, and the cycle characteristics It is possible to construct a non-aqueous secondary battery that is excellent in the performance. In particular, when Ge is present on the particle surface or grain boundary, disorder of the crystal structure due to Li desorption / insertion at the interface is suppressed, and a high effect can be exhibited in improving cycle characteristics.
Ca、Sr、Baなどのアルカリ土類金属を添加した場合には、一次粒子の成長が促進されてリチウム含有複合酸化物の結晶性が向上するため、活性点を低減することができ、塗料化したときの経時安定性が向上し、電解質との不可逆な反応を抑制することができる。さらに、これらの元素が、粒子表面や粒界に存在することで、電池内のCO2ガスをトラップできるため、より貯蔵性に優れ長寿命の非水二次電池を構成することが可能となる。特に、リチウム含有複合酸化物がMnを含有する場合には、一次粒子が成長しにくくなる傾向があるため、Ca、Sr、Baなどのアルカリ土類金属の添加がより有効である。 When an alkaline earth metal such as Ca, Sr, or Ba is added, the growth of primary particles is promoted and the crystallinity of the lithium-containing composite oxide is improved. Stability over time is improved, and irreversible reaction with the electrolyte can be suppressed. Furthermore, since these elements are present on the particle surface and grain boundaries, the CO 2 gas in the battery can be trapped, so that it is possible to construct a non-aqueous secondary battery with better storage and longer life. . In particular, when the lithium-containing composite oxide contains Mn, the primary particles tend to be difficult to grow. Therefore, the addition of alkaline earth metals such as Ca, Sr, and Ba is more effective.
Bを添加した場合にも、一次粒子の成長が促進されてリチウム含有複合酸化物の結晶性が向上するため、活性点を低減することができ、大気中の水分や、電極合剤層の形成に用いる結着剤、電解質との不可逆な反応を抑制することができる。このため、塗料化したときの経時安定性が向上し、電池内でのガス発生を抑制することができ、より貯蔵性に優れ長寿命の非水二次電池を構成することが可能となる。特に、リチウム含有複合酸化物がMnを含有する場合には、一次粒子が成長しにくくなる傾向があるため、Bの添加がより有効である。 Even when B is added, the growth of primary particles is promoted and the crystallinity of the lithium-containing composite oxide is improved. Therefore, the active sites can be reduced, and moisture in the atmosphere and formation of the electrode mixture layer can be reduced. Irreversible reaction with the binder and electrolyte used in the above can be suppressed. For this reason, the stability over time when it is made into a paint is improved, gas generation in the battery can be suppressed, and a non-aqueous secondary battery having excellent storage properties and a long life can be configured. In particular, when the lithium-containing composite oxide contains Mn, the addition of B is more effective because the primary particles tend to hardly grow.
Zrを添加した場合では、リチウム含有複合酸化物粒子の粒界や表面に存在することにより、リチウム含有複合酸化物の電気化学特性を損なうことなく、その表面活性を抑制するため、より貯蔵性に優れ長寿命の非水二次電池を構成することが可能となる。 In the case where Zr is added, the presence of lithium-containing composite oxide particles at the grain boundaries and the surface suppresses the surface activity without impairing the electrochemical properties of the lithium-containing composite oxide, thereby making it more storable. An excellent long-life non-aqueous secondary battery can be configured.
Gaを添加した場合には、一次粒子の成長が促進されてリチウム含有複合酸化物の結晶性が向上するため、活性点を低減することができ、塗料化したときの経時安定性が向上し、電解質との不可逆な反応を抑制することができる。また、リチウム含有複合酸化物の結晶構造内に固溶することにより、結晶格子の層間隔を拡張し、Liの挿入および脱離による格子の膨張収縮の割合を低減することができる。このため、結晶構造の可逆性を高めることができ、サイクル寿命の高い非水二次電池を構成することが可能となる。特に、リチウム含有複合酸化物がMnを含有する場合には、一次粒子が成長しにくくなる傾向があるため、Gaの添加がより有効である。 When Ga is added, the growth of primary particles is promoted and the crystallinity of the lithium-containing composite oxide is improved, so that the active sites can be reduced, and the stability over time when made into a paint is improved, Irreversible reaction with the electrolyte can be suppressed. Further, by dissolving in the crystal structure of the lithium-containing composite oxide, the layer spacing of the crystal lattice can be expanded, and the rate of expansion and contraction of the lattice due to insertion and desorption of Li can be reduced. For this reason, the reversibility of the crystal structure can be enhanced, and a non-aqueous secondary battery with a high cycle life can be configured. In particular, when the lithium-containing composite oxide contains Mn, the addition of Ga is more effective because the primary particles tend to hardly grow.
前記Ge、Ca、Sr、Ba、B、ZrおよびGaより選ばれる元素の効果を得られやすくするためには、その割合は、元素群Mの全元素中で0.1mol%以上であることが好ましい。 In order to easily obtain the effect of the element selected from Ge, Ca, Sr, Ba, B, Zr and Ga, the ratio thereof is 0.1 mol% or more in all elements of the element group M. preferable.
前記の組成を有するリチウム含有複合酸化物は、その真密度が4.55〜4.95g/cm3と大きな値になり、高い体積エネルギー密度を有する材料となる。なお、Al、Mnを一定範囲で含むリチウム含有複合酸化物の真密度は、その組成により大きく変化するが、前記のような狭い組成範囲では構造が安定化され、均一性を高めることができるため、例えばLiCoO2の真密度に近い大きな値となるものと考えられる。また、リチウム含有複合酸化物の質量当たりの容量を大きくすることができ、可逆性に優れた材料とすることができる。 The lithium-containing composite oxide having the above composition has a large true density of 4.55 to 4.95 g / cm 3 and is a material having a high volume energy density. The true density of the lithium-containing composite oxide containing Al and Mn in a certain range varies greatly depending on the composition, but the structure is stabilized and the uniformity can be improved in the narrow composition range as described above. For example, it is considered to be a large value close to the true density of LiCoO 2 . Moreover, the capacity | capacitance per mass of lithium containing complex oxide can be enlarged, and it can be set as the material excellent in reversibility.
前記リチウム含有複合酸化物は、特に化学量論比に近い組成のときに、その真密度が大きくなるが、具体的には、前記一般組成式(1)において、−0.3≦x≦0.3とすることが好ましく、xの値をこのように調整することで、真密度および可逆性を高めることができる。xは、−0.1以上0.1以下であることがより好ましく、この場合には、リチウム含有複合酸化物の真密度を4.6g/cm3以上と、より高い値にすることができる。 When the lithium-containing composite oxide has a composition close to the stoichiometric ratio, the true density increases. Specifically, in the general composition formula (1), −0.3 ≦ x ≦ 0. .3 is preferable, and the true density and reversibility can be improved by adjusting the value of x in this way. x is more preferably −0.1 or more and 0.1 or less. In this case, the true density of the lithium-containing composite oxide can be set to a higher value of 4.6 g / cm 3 or more. .
前記リチウム含有複合酸化物は、粒子表面の活性を適度に抑えることで、本発明の電極を用いた電池(本発明の電池)において、ガス発生を抑制し、特に角形(角筒形)の外装体を有する電池とした場合に外装体の変形を抑えて、貯蔵性や寿命を向上させることができる。このような効果を確保する観点から、前記リチウム含有複合酸化物は、以下の形態を有することが好ましい。まず、前記リチウム含有複合酸化物は、粒子状で、その全一次粒子中、粒径が1μm以下の一次粒子の割合が、30体積%以下であることが好ましく、15体積%以下であることがより好ましい。また、前記リチウム含有複合酸化物のBET比表面積が、0.3m2/g以下であることが好ましく、0.25m2/g以下であることがより好ましい。 The lithium-containing composite oxide moderately suppresses the activity of the particle surface, thereby suppressing gas generation in a battery using the electrode of the present invention (the battery of the present invention), and in particular, a rectangular (rectangular cylindrical) exterior. In the case of a battery having a body, deformation of the exterior body can be suppressed, and the storage property and life can be improved. From the viewpoint of securing such an effect, the lithium-containing composite oxide preferably has the following form. First, the lithium-containing composite oxide is in the form of particles, and the ratio of primary particles having a particle size of 1 μm or less in all primary particles is preferably 30% by volume or less, and 15% by volume or less. More preferred. Further, BET specific surface area of the lithium-containing composite oxide is preferably at 0.3 m 2 / g or less, and more preferably less 0.25 m 2 / g.
すなわち、リチウム含有複合酸化物において、全一次粒子中における粒径が1μm以下の一次粒子の割合が大きすぎたり、BET比表面積が大きすぎる場合には、反応面積が大きく活性点が多くなるため、大気中の水分や、電極合剤層の形成に用いる結着剤、電池の非水電解質との不可逆な反応が起こりやすくなり、電池内でガスが発生して外装体の変形を引き起こす虞や、電極合剤層の形成に使用する溶剤を含む組成物(ペースト、スラリーなど)のゲル化を引き起こす虞がある。 That is, in the lithium-containing composite oxide, if the proportion of primary particles having a particle size of 1 μm or less in all primary particles is too large, or if the BET specific surface area is too large, the reaction area is large and the active points are increased. Moisture in the atmosphere, binder used to form the electrode mixture layer, irreversible reaction with the nonaqueous electrolyte of the battery is likely to occur, and gas may be generated in the battery to cause deformation of the outer body, There is a possibility of causing gelation of a composition (paste, slurry, etc.) containing a solvent used for forming the electrode mixture layer.
なお、前記リチウム含有複合酸化物は、粒径が1μm以下の一次粒子を全く含まなくてもよい(すなわち、粒径が1μm以下の一次粒子の割合が0体積%であってもよい)。また、前記リチウム含有複合酸化物のBET比表面積は、その反応性が必要以上に低下するのを防ぐために、0.1m2/g以上であることが好ましい。更に、前記リチウム含有複合酸化物は、数平均粒子径が、5〜25μmであることが好ましい。 The lithium-containing composite oxide may not contain any primary particles having a particle size of 1 μm or less (that is, the proportion of primary particles having a particle size of 1 μm or less may be 0% by volume). Further, the BET specific surface area of the lithium-containing composite oxide is preferably 0.1 m 2 / g or more in order to prevent the reactivity from being lowered more than necessary. Furthermore, the lithium-containing composite oxide preferably has a number average particle size of 5 to 25 μm.
なお、前記リチウム含有複合酸化物中に含まれる、粒径が1μm以下の一次粒子の割合、およびリチウム含有複合酸化物の数平均粒子径(更には、後記の他の活物質の数平均粒子径)は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置、例えば、日機装社製「マイクロトラックHRA」などにより測定することができる。また、前記リチウム含有複合酸化物のBET比表面積は、多分子層吸着の理論式であるBET式を用いて、表面積を測定、計算したもので、活物質の表面と微細孔の比表面積である。具体的には、窒素吸着法による比表面積測定装置(Mountech社製「Macsorb HM modele−1201」)を用いて、BET比表面積として得た値である。 The ratio of primary particles having a particle size of 1 μm or less contained in the lithium-containing composite oxide, and the number-average particle size of the lithium-containing composite oxide (further, the number-average particle size of other active materials described later) are It can be measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus, for example, “Microtrac HRA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd. Further, the BET specific surface area of the lithium-containing composite oxide is a specific surface area of the surface of the active material and the micropores, which is obtained by measuring and calculating the surface area using the BET formula, which is a theoretical formula of multimolecular layer adsorption. . Specifically, it is a value obtained as a BET specific surface area using a specific surface area measuring device (“Macsorb HM model-1201” manufactured by Mounttech) by a nitrogen adsorption method.
前記リチウム含有複合酸化物の粒子は、電極合剤層の密度を高め、電極の容量、ひいては非水二次電池の容量をより高める観点から、その形状が、球状または略球状であることが好ましい。これにより、電極作製時のプレス工程(詳しくは後述する。)において、プレス処理によってリチウム含有複合酸化物の粒子を移動させて電極合剤層の密度を高める際に、粒子の移動が無理なく行われ、粒子がスムーズに再配列されるようになる。そのため、プレス荷重を小さくすることができることから、プレスに伴う集電体のダメージを軽減でき、電極の生産性を高めることが可能となる。また、前記リチウム含有複合酸化物の粒子が、球状または略球状の場合には、粒子がより大きなプレス圧にも耐えることができるため、電極合剤層をより高密度とすることも可能となる。 The lithium-containing composite oxide particles preferably have a spherical shape or a substantially spherical shape from the viewpoint of increasing the density of the electrode mixture layer and increasing the capacity of the electrode, and thus the capacity of the nonaqueous secondary battery. . Thus, in the pressing step (details will be described later) during electrode production, when the lithium-containing composite oxide particles are moved by pressing to increase the density of the electrode mixture layer, the particles can be moved without difficulty. And the particles are smoothly rearranged. Therefore, since the press load can be reduced, it is possible to reduce the damage of the current collector accompanying the press, and to increase the productivity of the electrode. Further, when the particles of the lithium-containing composite oxide are spherical or substantially spherical, the particles can withstand a larger pressing pressure, so that the electrode mixture layer can have a higher density. .
更に、前記リチウム含有複合酸化物は、電極合剤層における充填性を高める観点から、タップ密度が、2.3g/cm3以上であることが好ましく、2.8g/cm3以上であることがより好ましい。また、前記リチウム含有複合酸化物のタップ密度は、3.8g/cm3以下であることが好ましい。すなわち、タップ密度が高く、粒子内部に空孔を有さないか、粒子の断面観察から測定される1μm以下の微小な空孔の面積比率が10%以下であるような、空孔の割合の少ない粒子とすることで、電極合剤層でのリチウム含有複合酸化物の充填性を高めることができる。 Furthermore, the lithium-containing composite oxide preferably has a tap density of 2.3 g / cm 3 or more, and preferably 2.8 g / cm 3 or more, from the viewpoint of enhancing the filling property in the electrode mixture layer. More preferred. The tap density of the lithium-containing composite oxide is preferably 3.8 g / cm 3 or less. That is, the ratio of the pores is such that the tap density is high and there are no pores inside the particles, or the area ratio of minute pores of 1 μm or less measured by cross-sectional observation of the particles is 10% or less. By setting it as few particle | grains, the filling property of the lithium containing complex oxide in an electrode mixture layer can be improved.
リチウム含有複合酸化物のタップ密度は、ホソカワミクロン製「パウダテスタPT−S型」を用い、以下の測定により求められる値である。測定用カップ100cm3に粒子をすり切り一杯入れ、体積が減少した分を適宜補充しながら180秒間タッピングを行う。タッピング終了後、余分な粒子をブレードですり切った後、質量(A)(g)を測定し、次式にてタップ密度を求める。 The tap density of the lithium-containing composite oxide is a value determined by the following measurement using “Powder Tester PT-S type” manufactured by Hosokawa Micron. The particles are ground into a measuring cup 100 cm 3 and tapped for 180 seconds while appropriately replenishing the reduced volume. After tapping is completed, excess particles are scraped off with a blade, and then the mass (A) (g) is measured, and the tap density is obtained by the following equation.
タップ密度=(A)/100 Tap density = (A) / 100
前記リチウム含有複合酸化物を合成するにあたっては、Li含有化合物、Ni含有化合物、Co含有化合物、Mn含有化合物などの原料化合物を単純に混合して焼成するだけでは、高い純度で得ることが非常に困難である。これは、NiやMnなどは、固体中での拡散速度が遅いため、リチウム含有複合酸化物の合成反応時に、これらを均一に拡散させることが困難であり、生成したリチウム含有複合酸化物中にNiや、Mnなどが均一に分布し難いことが原因であると考えられる。 In synthesizing the lithium-containing composite oxide, it is very easy to obtain a high purity by simply mixing and firing raw material compounds such as a Li-containing compound, a Ni-containing compound, a Co-containing compound, and a Mn-containing compound. Have difficulty. This is because Ni, Mn, and the like have a low diffusion rate in the solid, so that it is difficult to uniformly diffuse them during the synthesis reaction of the lithium-containing composite oxide. It is thought that Ni, Mn, etc. are difficult to distribute uniformly.
そこで、本発明に係る前記リチウム含有複合酸化物を合成する際には、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、並びにNiを構成元素として含有する複合化合物と、Li含有化合物とを焼成する方法を採用することが好ましく、このような方法によって、前記リチウム含有複合酸化物を、高い純度で比較的容易に合成できる。すなわち、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、並びにNiを少なくとも含有する複合化合物を予め合成しておき、これをLi含有化合物と共に焼成することにより、酸化物形成反応において、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、並びにNiが均一に分布し、リチウム含有複合酸化物がより高純度で合成される。 Therefore, when synthesizing the lithium-containing composite oxide according to the present invention, a composite compound containing at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti, and Ni as a constituent element, and Li It is preferable to employ a method of firing the containing compound, and by such a method, the lithium-containing composite oxide can be synthesized relatively easily with high purity. That is, at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg, and Ti, and a composite compound containing at least Ni are synthesized in advance, and calcined together with a Li-containing compound, thereby forming an oxide reaction. In the above, at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti, and Ni are uniformly distributed, and the lithium-containing composite oxide is synthesized with higher purity.
本発明に係るリチウム含有複合酸化物の合成方法は、前記の方法に限定されるものではないが、どのような合成過程を経るかによって、最終的に得られる複合酸化物の物性、すなわち、構造の安定性や充放電の可逆性、真密度などが大きく変化するものと推測される。 The method for synthesizing the lithium-containing composite oxide according to the present invention is not limited to the above-described method, but depending on what synthesis process is performed, the physical properties of the finally obtained composite oxide, that is, the structure It is estimated that the stability, reversibility of charge / discharge, true density, and the like greatly change.
ここで、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、並びにNiを少なくとも含有する複合化合物としては、例えば、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、並びにNiを少なくとも含む共沈化合物、水熱合成された化合物、メカニカル合成された化合物、およびそれらを熱処理して得られる化合物などが挙げられ、Ni0.7Mn0.1Mg0.2(OH)2、NiMn2O4、Ni0.6Co0.3Al0.1OOHなどの、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素とNiとの酸化物または水酸化物が好ましい。 Here, as the composite compound containing at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti and at least Ni, for example, at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti are used. Coprecipitation compound containing at least element and Ni, hydrothermally synthesized compound, mechanically synthesized compound, compound obtained by heat-treating them, Ni 0.7 Mn 0.1 Mg 0.2 (OH) 2 , NiMn 2 O 4 , Ni 0.6 Co 0.3 Al 0.1 OOH, and other oxides of Ni and at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti or Hydroxides are preferred.
なお、元素群Mの一部に、さらに、Ni、Co、Mn、Al、MgおよびTi以外の元素(例えば、Cr、Fe、Cu、Zn、Ge、Sn、Ca、Sr、Ba、Ag、Ta、Nb、Mo、B、P、Zr、WおよびGaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素。以下、これらを纏めて「元素M’」という。)を含有する前記リチウム含有複合酸化物は、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、並びにNiを少なくとも含有する複合化合物と、Li含有化合物と、元素M’を含有する化合物とを混合して焼成することにより合成することができる。 In addition, a part of the element group M is further added to elements other than Ni, Co, Mn, Al, Mg, and Ti (for example, Cr, Fe, Cu, Zn, Ge, Sn, Ca, Sr, Ba, Ag, Ta). , Nb, Mo, B, P, Zr, W, and Ga. The lithium-containing composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of N, Mo, B, P, Zr, W, and Ga. Is a process of mixing and firing at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti, a composite compound containing at least Ni, a Li-containing compound, and a compound containing the element M ′. Can be synthesized.
ただし、より均質な複合酸化物を得るためには、元素M’は、Niなどを含む複合化合物に一緒に含まれていることが好ましく、元素群Mの構成元素を全て含む複合化合物、すなわち、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、Ni、並びに元素M’を含有する複合化合物を用いることが好ましい。 However, in order to obtain a more homogeneous composite oxide, the element M ′ is preferably contained together in a composite compound containing Ni or the like, and a composite compound containing all the constituent elements of the element group M, that is, It is preferable to use a composite compound containing at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg, and Ti, Ni, and the element M ′.
なお、前記複合化合物におけるCo、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、Ni、並びに元素M’の量比は、目的とするリチウム含有複合酸化物の組成に応じて適宜調整すればよい。 The amount ratio of at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti, Ni, and element M ′ in the composite compound is appropriately adjusted according to the composition of the target lithium-containing composite oxide. do it.
前記リチウム含有複合酸化物の合成に用い得るLi含有化合物としては、種々のリチウム塩を用いることができ、例えば、水酸化リチウム・一水和物、硝酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、臭化リチウム、塩化リチウム、クエン酸リチウム、フッ化リチウム、ヨウ化リチウム、乳酸リチウム、シュウ酸リチウム、リン酸リチウム、ピルビン酸リチウム、硫酸リチウム、酸化リチウムなどが挙げられ、それらの中でも、炭酸ガス、窒素酸化物、硫黄酸化物などの環境に悪影響を及ぼすガスが発生しない点で、水酸化リチウム・一水和物が好ましい。 As the Li-containing compound that can be used for the synthesis of the lithium-containing composite oxide, various lithium salts can be used. For example, lithium hydroxide monohydrate, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium acetate, lithium bromide , Lithium chloride, lithium citrate, lithium fluoride, lithium iodide, lithium lactate, lithium oxalate, lithium phosphate, lithium pyruvate, lithium sulfate, lithium oxide, etc. Among them, carbon dioxide gas, nitrogen oxide Lithium hydroxide monohydrate is preferable because it does not generate a gas that adversely affects the environment, such as substances and sulfur oxides.
前記リチウム含有複合酸化物を合成するには、まず、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、並びにNiを少なくとも含有する複合化合物(更には元素M’を含有する複合化合物)と、Li含有化合物と、必要に応じて使用される元素M’含有化合物とを、目的とするリチウム含有複合酸化物の組成にほぼ応じた比率で混合する。そして、得られた原料混合物を、例えば、600〜1000℃で1〜24時間焼成することで、前記リチウム含有複合酸化物を得ることができる。 In order to synthesize the lithium-containing composite oxide, first, at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti, and a composite compound containing at least Ni (a composite containing the element M ′) are also included. Compound), a Li-containing compound, and an element M′-containing compound used as necessary are mixed at a ratio approximately corresponding to the composition of the target lithium-containing composite oxide. And the said lithium containing complex oxide can be obtained by baking the obtained raw material mixture at 600-1000 degreeC for 1 to 24 hours, for example.
前記原料混合物の焼成に際しては、一度に所定温度まで昇温するよりも、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましく、また、焼成環境の酸素濃度を一定に保つことが好ましい。 When firing the raw material mixture, rather than raising the temperature to a predetermined temperature at one time, once heated to a temperature lower than the firing temperature (for example, 250-850 ° C.), preheating by holding at that temperature, Thereafter, it is preferable to raise the temperature to the firing temperature to advance the reaction, and it is preferable to keep the oxygen concentration in the firing environment constant.
これは、本発明に係る前記リチウム含有複合酸化物の生成過程において、3価のNiが不安定であるために非化学量論組成となりやすいことから、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、並びにNiを少なくとも含有する複合化合物(更には元素M’を含有する複合化合物)と、Li含有化合物と、必要に応じて使用される元素M’含有化合物との反応を段階的に生じさせて、生成するリチウム含有複合酸化物の均質性を高め、また、生成したリチウム含有複合酸化物を安定して結晶成長させるためである。すなわち、一度に焼成温度まで昇温した場合や、焼成環境の酸化濃度が焼成途中に低下するような場合には、Co、Mn、Al、MgおよびTiより選ばれる少なくとも3種の元素、並びにNiを少なくとも含有する複合化合物(更には元素M’を含有する複合化合物)と、Li含有化合物と、必要に応じて使用される元素M’含有化合物とが不均一に反応しやすく、生成したリチウム含有複合酸化物がLiを放出しやすいなど、組成の均一性が損なわれやすい。 This is selected from Co, Mn, Al, Mg, and Ti because trivalent Ni is unstable in the production process of the lithium-containing composite oxide according to the present invention and is likely to have a non-stoichiometric composition. Reaction of at least three kinds of elements and a composite compound containing at least Ni (further, a composite compound containing element M ′), a Li-containing compound, and an element M′-containing compound used as necessary This is because it is generated stepwise to increase the homogeneity of the resulting lithium-containing composite oxide, and the generated lithium-containing composite oxide can be stably crystal-grown. That is, when the temperature is raised to the firing temperature at once, or when the oxidation concentration of the firing environment decreases during firing, at least three elements selected from Co, Mn, Al, Mg and Ti, and Ni A compound containing at least (compound compound containing element M ′), a Li-containing compound, and an element M′-containing compound used as necessary are likely to react inhomogeneously, resulting in a lithium-containing product The uniformity of the composition tends to be impaired, for example, the composite oxide tends to release Li.
なお、前記予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。 In addition, although there is no restriction | limiting in particular about the time of the said preheating, Usually, what is necessary is just to be about 0.5 to 30 hours.
また、前記原料混合物の焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(すなわち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素など)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることが好ましい。ただし、リチウム含有複合酸化物の粒子の製造コストを低減して、粒子の生産性、ひいては電極の生産性を高める観点からは、大気フロー中で前記原料混合物の焼成を行うことが、より好ましい。 In addition, the firing atmosphere of the raw material mixture may be an atmosphere containing oxygen (that is, in the air), a mixed atmosphere of an inert gas (argon, helium, nitrogen, etc.) and oxygen gas, an oxygen gas atmosphere, or the like. However, the oxygen concentration (volume basis) at that time is preferably 15% or more, and more preferably 18% or more. However, from the viewpoint of reducing the production cost of the lithium-containing composite oxide particles and increasing the productivity of the particles and thus the productivity of the electrodes, it is more preferable to perform the firing of the raw material mixture in an atmospheric flow.
前記原料混合物の焼成時における前記ガスの流量は、前記混合物100gあたり2dm3/分以上とすることが好ましい。ガスの流量が少なすぎる場合、すなわちガス流速が遅すぎる場合には、リチウム含有複合酸化物の組成の均質性が損なわれる虞がある。なお、前記原料混合物の焼成時における前記ガスの流量は、前記混合物100gあたり5dm3/分以下とすることが好ましい。 The flow rate of the gas during firing of the raw material mixture is preferably 2 dm 3 / min or more per 100 g of the mixture. If the gas flow rate is too low, that is, if the gas flow rate is too slow, the homogeneity of the composition of the lithium-containing composite oxide may be impaired. In addition, it is preferable that the flow rate of the gas at the time of firing the raw material mixture is 5 dm 3 / min or less per 100 g of the mixture.
また、前記原料混合物を焼成する工程では、乾式混合された混合物をそのまま用いてもよいが、原料混合物をエタノールなどの溶媒に分散させてスラリー状にし、遊星型ボールミルなどで30〜60分間程度混合し、これを乾燥させたものを用いることが好ましく、このような方法によって、合成されるリチウム含有複合酸化物の均質性を更に高めることができる。 In the step of firing the raw material mixture, the dry-mixed mixture may be used as it is, but the raw material mixture is dispersed in a solvent such as ethanol to form a slurry and mixed for about 30 to 60 minutes with a planetary ball mill or the like. It is preferable to use a dried product, and the homogeneity of the lithium-containing composite oxide to be synthesized can be further improved by such a method.
前記の製造方法において、組成に応じて適宜ガス組成や焼成温度を制御することによって、Ni、CoおよびMnの平均価数が前記の範囲を満足し、また、前記の粒度やBET比表面積、数平均粒子径、タップ密度を満足するリチウム含有複合酸化物を得ることができる。 In the manufacturing method, by appropriately controlling the gas composition and the firing temperature according to the composition, the average valence of Ni, Co and Mn satisfies the above range, and the particle size, the BET specific surface area, the number A lithium-containing composite oxide satisfying the average particle diameter and tap density can be obtained.
本発明の電極は、前記リチウム含有複合酸化物を活物質として含有する電極合剤層を有しているが、電極合剤層は、他の活物質も含んでいてもよい。前記リチウム含有複合酸化物以外の他の活物質としては、例えば、LiCoO2などのリチウムコバルト酸化物;LiMnO2、Li2MnO3などのリチウムマンガン酸化物;LiNiO2などのリチウムニッケル酸化物;LiCo1−xNiO2などの層状構造のリチウム含有複合酸化物;LiMn2O4、Li4/3Ti5/3O4などのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物;LiFePO4などのオリビン構造のリチウム含有複合酸化物;前記の酸化物を基本組成とし各種元素で置換した酸化物;などを用いることができる。なお、他の活物質を用いる場合、本発明の効果を明確にするために、他の活物質の割合は質量比で活物質全体の30%以下とすることが望ましい。 The electrode of the present invention has an electrode mixture layer containing the lithium-containing composite oxide as an active material, but the electrode mixture layer may also contain other active materials. Examples of other active materials other than the lithium-containing composite oxide include lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 ; lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and Li 2 MnO 3 ; lithium nickel oxides such as LiNiO 2 ; LiCo Lithium-containing composite oxide having a layered structure such as 1-x NiO 2 ; Lithium-containing composite oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 , Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ; Lithium having an olivine structure such as LiFePO 4 Containing composite oxides; oxides having the above-mentioned oxide as a basic composition and substituted with various elements; and the like can be used. In addition, when using another active material, in order to clarify the effect of this invention, it is desirable for the ratio of another active material to be 30% or less of the whole active material by mass ratio.
なお、前記他の活物質のうち、リチウムコバルト酸化物としては、前記例示のLiCoO2の他、LiCoO2のCoの一部をTi、Cr、Fe、Ni、Mn、Cu、Zn、Al、Ge、Sn、MgおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で置換した酸化物(ただし、本発明に係る前記リチウム含有複合酸化物は除く)が好ましい。これらのリチウムコバルト酸化物は、その導電率が1.0×10−3S・cm−1以上と高く、電極の負荷特性をより高め得るからである。 Among the other active material, the lithium cobalt oxide, other above exemplified LiCoO 2, a part of LiCoO 2 Co Ti, Cr, Fe , Ni, Mn, Cu, Zn, Al, Ge An oxide substituted with at least one element selected from the group consisting of Sn, Mg and Zr (except for the lithium-containing composite oxide according to the present invention) is preferable. This is because these lithium cobalt oxides have a high conductivity of 1.0 × 10 −3 S · cm −1 or more and can further enhance the load characteristics of the electrode.
また、前記他の活物質のうち、スピネル構造のリチウム含有複合酸化物としては、前記例示のLiMn2O4およびLi4/3Ti5/3O4の他、LiMn2O4のMnの一部を、Ti、Cr、Fe、Ni、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Sn、MgおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で置換した酸化物が好ましい。これらのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物は、リチウムの引き抜き可能量が、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムなどのリチウム含有酸化物の1/2であるため、過充電時などの安全性に優れており、電気化学素子の安全性を更に高めることができるからである。 Among the other active materials, examples of the spinel-structured lithium-containing composite oxide include LiMn 2 O 4 and Li 4/3 Ti 5/3 O 4 described above , as well as one of Mn of LiMn 2 O 4. An oxide in which a part is substituted with at least one element selected from the group consisting of Ti, Cr, Fe, Ni, Co, Cu, Zn, Al, Ge, Sn, Mg, and Zr is preferable. These spinel-structured lithium-containing composite oxides are excellent in safety during overcharge because the amount of lithium that can be extracted is half that of lithium-containing oxides such as lithium cobaltate and lithium nickelate. This is because the safety of the electrochemical device can be further enhanced.
本発明に係るリチウム含有複合酸化物と、他の活物質とを併用する場合には、これらを単に混合して用いてもよいが、これらの粒子を造粒などにより一体化した複合粒子として使用することがより好ましく、この場合には、電極合剤層における活物質の充填密度が向上し、活物質粒子相互間の接触をより確実にすることができる。そのため、電極を用いた電池(本発明の電池)の容量および負荷特性を更に高めることができる。 When the lithium-containing composite oxide according to the present invention is used in combination with another active material, these may be used simply by mixing them, but these particles are used as composite particles integrated by granulation or the like. In this case, the packing density of the active material in the electrode mixture layer is improved, and the contact between the active material particles can be made more reliable. Therefore, the capacity and load characteristics of the battery using the electrode (the battery of the present invention) can be further enhanced.
また、本発明に係るリチウム含有複合酸化物がMnを含む場合には、前記リチウム含有コバルト酸化物との複合粒子としたときに、その使用に際し、前記リチウム含有複合酸化物の表面に前記リチウム含有コバルト酸化物が存在することで、複合粒子から溶出したMnとCoとが、複合粒子の表面に速やかに析出して被膜を形成するため、複合粒子が化学的に安定化する。これにより、複合粒子による電気化学素子内の非水電解質の分解を抑制でき、また、更なるMnの溶出を抑えることができるため、貯蔵性および充放電サイクル特性がより優れた電池を構成することができるようになる。 Further, when the lithium-containing composite oxide according to the present invention contains Mn, the lithium-containing composite oxide has a surface on the lithium-containing composite oxide when used as a composite particle with the lithium-containing cobalt oxide. By the presence of cobalt oxide, Mn and Co eluted from the composite particles are quickly deposited on the surface of the composite particles to form a film, so that the composite particles are chemically stabilized. As a result, decomposition of the non-aqueous electrolyte in the electrochemical element due to the composite particles can be suppressed, and further elution of Mn can be suppressed, so that a battery with better storage properties and charge / discharge cycle characteristics should be configured. Will be able to.
前記複合粒子とする場合、本発明に係るリチウム含有複合酸化物と他の活物質のいずれか一方の数平均粒子径が、他方の数平均粒子径の1/2以下であることが好ましい。このように、大きな数平均粒子径の粒子(以下、「大粒子」という。)と、小さな数平均粒子径の粒子(以下、「小粒子」という。)とを組み合わせて複合粒子を形成する場合には、小粒子が、大粒子の周囲に分散、定着しやすくなり、より均一な混合比の複合粒子を形成することができる。そのため、電極内での不均一な反応を抑えることができ、電気化学素子の充放電サイクル特性や安全性を更に高めることが可能となる。 When the composite particles are used, it is preferable that the number average particle diameter of one of the lithium-containing composite oxide according to the present invention and the other active material is ½ or less of the other number average particle diameter. When composite particles are formed by combining particles having a large number average particle diameter (hereinafter referred to as “large particles”) and particles having a small number average particle diameter (hereinafter referred to as “small particles”). In this case, small particles can be easily dispersed and fixed around the large particles, and composite particles having a more uniform mixing ratio can be formed. Therefore, non-uniform reaction in the electrode can be suppressed, and the charge / discharge cycle characteristics and safety of the electrochemical element can be further enhanced.
なお、前記のように大粒子と小粒子とを使用して複合粒子を形成する場合、大粒子の数平均粒子径は、10〜30μmであることが好ましく、また、小粒子の数平均粒子径は、1〜15μmであることが好ましい。 When forming composite particles using large particles and small particles as described above, the number average particle size of the large particles is preferably 10 to 30 μm, and the number average particle size of the small particles is Is preferably 1 to 15 μm.
本発明に係るリチウム含有複合酸化物と他の活物質との複合粒子は、例えば、前記リチウム含有複合酸化物の粒子と他の活物質の粒子とを、一般的な一軸混練機や二軸混練機などの種々の混練機を用いて混合し、粒子同士を摺り合せてシェアをかけることで複合化して得ることができる。また、前記の混練は、複合粒子の生産性を考慮すれば、原料を連続的に供給する連続混練方式が好ましい。 The composite particles of the lithium-containing composite oxide and the other active material according to the present invention include, for example, the above-described lithium-containing composite oxide particles and other active material particles in a common uniaxial kneader or biaxial kneader. It is possible to obtain a composite by mixing using various kneaders such as a machine, sliding the particles together and applying a share. The kneading is preferably a continuous kneading method in which raw materials are continuously fed in consideration of the productivity of composite particles.
前記混練の際には、前記の各活物質粒子に、更に結着剤を加えることが好ましい。これにより、形成される複合粒子の形状を強固に保つことができる。また、導電助剤も加えて混練することがより好ましい。これにより、活物質粒子間の導電性を更に高めることができる。 During the kneading, it is preferable to add a binder to each of the active material particles. Thereby, the shape of the composite particle formed can be kept strong. Further, it is more preferable to add a conductive additive and knead. Thereby, the electroconductivity between active material particles can further be improved.
前記複合粒子の製造時に添加する結着剤としては、非水二次電池内で化学的に安定なものであれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピレン(PHFP)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、または、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体およびそれら共重合体のNaイオン架橋体などが挙げられ、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、非水二次電池内での安定性や非水二次電池の特性などを考慮すると、PVDF、PTFE、PHFPが好ましく、また、これらを併用したり、これらのモノマーにより形成される共重合体を用いたりしてもよい。 As the binder to be added during the production of the composite particles, any thermoplastic resin or thermosetting resin can be used as long as it is chemically stable in the non-aqueous secondary battery. For example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene (PHFP), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoro Propylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoro Ethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoro An ethylene copolymer, an ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, a vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, or , Ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-methyl methacrylate copolymer, and Na ion cross-linked products of these copolymers. May be used alone or in combination of two or more. Among these, considering the stability in the non-aqueous secondary battery and the characteristics of the non-aqueous secondary battery, PVDF, PTFE, and PHFP are preferable, and these are used in combination or formed of these monomers. A copolymer may be used.
前記複合粒子を形成する場合の結着剤の添加量は、複合粒子を安定化できれば少ないほど好ましく、例えば、全活物質100質量部に対して、0.03〜2質量部であることが好ましい。 The amount of the binder added when forming the composite particles is preferably as small as the composite particles can be stabilized. For example, it is preferably 0.03 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total active material. .
前記複合粒子の製造時に添加する導電助剤としては、非水二次電池内で化学的に安定なものであればよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(商品名)、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック;炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維;アルミニウム粉などの金属粉末;フッ化炭素;酸化亜鉛;チタン酸カリウムなどからなる導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、導電性の高い黒鉛と、吸液性に優れたカーボンブラックが好ましい。また、導電助剤の形態としては、一次粒子に限定されず、二次凝集体や、チェーンストラクチャーなどの集合体の形態のものも用いることができる。このような集合体の方が、取り扱いが容易であり、生産性が良好となる。 The conductive auxiliary agent added during the production of the composite particles may be any one that is chemically stable in the non-aqueous secondary battery. For example, graphite such as natural graphite and artificial graphite, acetylene black, ketjen black (trade name), carbon black such as channel black, furnace black, lamp black and thermal black; conductive fiber such as carbon fiber and metal fiber; aluminum Metallic powders such as powders; Fluorinated carbon; Zinc oxide; Conductive whiskers made of potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; One species may be used alone, or two or more species may be used in combination. Among these, highly conductive graphite and carbon black excellent in liquid absorption are preferable. Further, the form of the conductive auxiliary agent is not limited to primary particles, and secondary aggregates and aggregated forms such as chain structures can also be used. Such an assembly is easier to handle and has better productivity.
前記複合粒子を形成する場合の導電助剤の添加量は、導電性と吸液性が良好に確保できればよく、例えば、全活物質100質量部に対して、0.1〜2質量部であることが好ましい。 The amount of the conductive additive added when forming the composite particles is only required to ensure good conductivity and liquid absorption, for example, 0.1 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total active material. It is preferable.
また、前記複合粒子の空孔率は、5〜15%であることが好ましい。このような空孔率を有する複合粒子であれば、非水電解質(非水電解液)との接触や、非水電解質の複合粒子への浸透が適度となるからである。 The composite particles preferably have a porosity of 5 to 15%. This is because the composite particles having such a porosity have appropriate contact with the non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte solution) and penetration of the non-aqueous electrolyte into the composite particles.
更に、前記複合粒子の形状も、本発明に係るリチウム含有複合酸化物と同様に、球状または略球状であることが好ましい。これにより、電極合剤層の更なる高密度化が可能となる。 Further, the shape of the composite particles is preferably spherical or substantially spherical, similarly to the lithium-containing composite oxide according to the present invention. Thereby, the density of the electrode mixture layer can be further increased.
本発明の電極は、例えば、前記リチウム含有複合酸化物や前記複合粒子を活物質として含む電極合剤層を、集電体の片面または両面に形成することにより製造することができる。 The electrode of the present invention can be produced, for example, by forming an electrode mixture layer containing the lithium-containing composite oxide or the composite particles as an active material on one side or both sides of a current collector.
電極合剤層は、例えば、前記リチウム含有複合酸化物や前記複合粒子、結着剤および導電助剤を溶剤に添加してペースト状やスラリー状の電極合剤含有組成物を調製し、これを種々の塗工方法によって集電体表面に塗布し、乾燥し、更にプレス工程によって電極合剤層の厚みや密度を調整することにより形成することができる。 The electrode mixture layer is prepared by, for example, preparing a paste-like or slurry-like electrode mixture-containing composition by adding the lithium-containing composite oxide, the composite particles, the binder, and the conductive additive to a solvent. It can be formed by applying to the surface of the current collector by various coating methods, drying, and adjusting the thickness and density of the electrode mixture layer by a pressing process.
ここで、電極合剤層に、導電助剤と、フッ素系樹脂やシラン化合物等の撥水剤を存在させることにより、固相・液相・気相の三相界面が形成されやすくなるため、ガス吸収が容易になり、さらに優れた貯蔵性、長寿命を有する非水二次電池を構成することが可能となる。 Here, the presence of a conductive additive and a water repellent such as a fluorine-based resin or a silane compound in the electrode mixture layer facilitates the formation of a solid-phase / liquid-phase / gas-phase three-phase interface. Gas absorption is facilitated, and a non-aqueous secondary battery having excellent storage properties and long life can be configured.
電極合剤含有組成物を集電体表面に塗布する際の塗工方法としては、例えば、ドクターブレードを用いた基材引き上げ方式;ダイコータ、コンマコータ、ナイフコータなどを用いたコータ方式;スクリーン印刷、凸版印刷などの印刷方式:などを採用することができる。 Examples of the coating method for applying the electrode mixture-containing composition to the surface of the current collector include a substrate lifting method using a doctor blade; a coater method using a die coater, comma coater, knife coater, etc .; screen printing, letterpress Printing methods such as printing can be adopted.
電極合剤含有組成物の調製に用い得る結着剤および導電助剤としては、前記複合粒子の形成に用い得るものとして例示した各種結着剤および各種導電助剤が挙げられる。 Examples of the binder and conductive additive that can be used for the preparation of the electrode mixture-containing composition include various binders and various conductive aids exemplified as those that can be used for forming the composite particles.
電極合剤層においては、前記リチウム含有複合酸化物を含む全活物質を、80〜99質量%とし、結着剤(複合粒子中に含有されるものを含む)を、0.5〜10質量%とし、導電助剤(複合粒子中に含有されるものを含む)を、0.5〜10質量%とすることが好ましい。 In the electrode mixture layer, the total active material including the lithium-containing composite oxide is 80 to 99% by mass, and the binder (including those contained in the composite particles) is 0.5 to 10% by mass. %, And the conductive assistant (including those contained in the composite particles) is preferably 0.5 to 10% by mass.
また、プレス処理後において、電極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、15〜200μmであることが好ましい。更に、プレス処理後において、電極合剤層の密度は、3.1g/cm3以上であることが好ましく、3.52g/cm3以上であることがより好ましい。このような高密度の電極合剤層を有する電極とすることで、より高容量化を図ることができる。ただし、電極合剤層の密度が大きすぎると、空孔率が小さくなって、非水電解質の浸透性が低下する虞があることから、プレス処理後における電極合剤層の密度は、4.0g/cm3以下であることが好ましい。なお、プレス処理としては、例えば、1〜100kN/cm程度の線圧でロールプレスすることができ、このような処理によって、前記の密度を有する電極合剤層とすることができる。 In addition, after the press treatment, the thickness of the electrode mixture layer is preferably 15 to 200 μm per one side of the current collector. Further, after pressing, the density of the electrode mixture layer is preferably 3.1 g / cm 3 or more, and more preferably 3.52 g / cm 3 or more. By using an electrode having such a high-density electrode mixture layer, higher capacity can be achieved. However, if the density of the electrode mixture layer is too large, the porosity becomes small and the permeability of the non-aqueous electrolyte may decrease, so the density of the electrode mixture layer after the press treatment is 4. It is preferably 0 g / cm 3 or less. In addition, as press processing, it can roll-press with the linear pressure of about 1-100 kN / cm, for example, and it can be set as the electrode mixture layer which has the said density by such processing.
また、本明細書でいう電極合剤層の密度は、以下の方法により測定される値である。電極を所定面積に切り取り、その質量を最小目盛0.1mgの電子天秤を用いて測定し、集電体の質量を差し引いて電極合剤層の質量を算出する。一方、電極の全厚を最小目盛1μmのマイクロメーターで10点測定し、これらの測定値から集電体の厚みを差し引いた値の平均値と、面積とから、電極合剤層の体積を算出する。そして、前記電極合剤層の質量を前記体積で割ることにより電極合剤層の密度を算出する。 Moreover, the density of the electrode mixture layer as used in the present specification is a value measured by the following method. The electrode is cut into a predetermined area, the mass is measured using an electronic balance having a minimum scale of 0.1 mg, and the mass of the electrode mixture layer is calculated by subtracting the mass of the current collector. On the other hand, the total thickness of the electrode was measured at 10 points with a micrometer having a minimum scale of 1 μm, and the volume of the electrode mixture layer was calculated from the average value obtained by subtracting the thickness of the current collector from these measured values and the area. To do. Then, the density of the electrode mixture layer is calculated by dividing the mass of the electrode mixture layer by the volume.
電極の集電体の材質は、構成された非水二次電池において化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、アルミニウム、アルミニウム合金またはステンレス鋼の表面に炭素層またはチタン層を形成した複合材などを用いることができる。これらの中でも、アルミニウムまたはアルミニウム合金が特に好ましい。これらは、軽量で電子伝導性が高いからである。電極の集電体には、例えば、前記材質からなるフォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが使用される。また、集電体の表面に、表面処理を施して凹凸を付けることもできる。集電体の厚みは特に限定されないが、通常1〜500μmである。 The material of the current collector of the electrode is not particularly limited as long as it is a chemically stable electron conductor in the constructed non-aqueous secondary battery. For example, in addition to aluminum or aluminum alloy, stainless steel, nickel, titanium, carbon, conductive resin, etc., a composite material in which a carbon layer or a titanium layer is formed on the surface of aluminum, aluminum alloy, or stainless steel can be used. . Among these, aluminum or an aluminum alloy is particularly preferable. This is because they are lightweight and have high electron conductivity. As the current collector of the electrode, for example, a foil, a film, a sheet, a net, a punching sheet, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, or the like made of the above materials is used. In addition, the surface of the current collector can be roughened by surface treatment. Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is 1-500 micrometers.
なお、本発明の電極は、前記の製造方法により製造されたものに限定されず、他の製造方法により製造されたものであってもよい。例えば、前記複合粒子を活物質として使用する場合には、電極合剤含有組成物を用いずに、前記複合粒子を、そのまま集電体表面に定着させて電極合剤層を形成する方法によって得られた電極であってもよい。 In addition, the electrode of this invention is not limited to what was manufactured by the said manufacturing method, The electrode manufactured by the other manufacturing method may be used. For example, when the composite particles are used as an active material, the composite particles are obtained by a method in which the composite particles are directly fixed on the current collector surface without using an electrode mixture-containing composition. It may be an electrode.
また、本発明の電極には、必要に応じて、非水二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。 Moreover, you may form in the electrode of this invention according to a conventional method the lead body for electrically connecting with the other member in a non-aqueous secondary battery as needed.
本発明の非水二次電池は、前記本発明の非水二次電池用電極を正極として有するものであり、その他の構成、構造については特に制限はなく、従来から知られている非水二次電池で採用されている構成、構造を適用することができる。 The non-aqueous secondary battery of the present invention has the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention as a positive electrode, and there is no particular limitation on the other configuration and structure, and the conventionally known non-aqueous secondary battery The configuration and structure employed in the secondary battery can be applied.
負極には、例えば、負極活物質および結着剤、更には必要に応じて導電助剤を含有する負極合剤からなる負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。 The negative electrode has, for example, a structure in which a negative electrode mixture layer composed of a negative electrode mixture containing a negative electrode active material and a binder and, if necessary, a conductive additive is included on one or both sides of the current collector. Can be used.
負極活物質としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、リチウムと合金化可能な金属(Si、Snなど)またはその合金などが挙げられる。また、結着剤および導電助剤には、本発明の電極に使用し得るものとして先に例示したものと同じものが使用できる。 Examples of the negative electrode active material include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, and metals that can be alloyed with lithium (Si , Sn, etc.) or alloys thereof. Moreover, the same thing as what was illustrated previously as what can be used for the electrode of this invention can be used for a binder and a conductive support agent.
負極の集電体の材質は、構成された電池において化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。例えば、銅または銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、銅、銅合金またはステンレス鋼の表面に炭素層またはチタン層を形成した複合材などを用いることができる。これらの中でも、銅または銅合金が特に好ましい。これらは、リチウムと合金化せず、電子伝導性も高いからである。負極の集電体には、例えば、前記の材質からなるフォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが使用できる。また、集電体の表面に、表面処理を施して凹凸を付けることもできる。集電体の厚みは特に限定されないが、通常1〜500μmである。 The material of the current collector of the negative electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductor that is chemically stable in the constructed battery. For example, in addition to copper or copper alloy, stainless steel, nickel, titanium, carbon, conductive resin, etc., a composite material in which a carbon layer or a titanium layer is formed on the surface of copper, copper alloy, or stainless steel can be used. . Among these, copper or a copper alloy is particularly preferable. This is because they are not alloyed with lithium and have high electron conductivity. For the current collector of the negative electrode, for example, a foil, a film, a sheet, a net, a punching sheet, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, or the like made of the above materials can be used. In addition, the surface of the current collector can be roughened by surface treatment. Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is 1-500 micrometers.
負極は、例えば、負極活物質および結着剤、更には必要に応じて導電助剤を含有する負極合剤を溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物(結着剤は溶剤に溶解していてもよい)を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成することにより得ることができる。なお、負極は前記の製造方法により得られたものに限定されず、他の方法により製造したものであってもよい。負極合剤層の厚みは、集電体の片面当たり10〜300μmであることが好ましい。 The negative electrode is, for example, a paste-like or slurry-like negative electrode mixture-containing composition (binder) in which a negative electrode active material and a binder, and further, if necessary, a negative electrode mixture containing a conductive additive are dispersed in a solvent. May be dissolved in a solvent) on one or both sides of the current collector and dried to form a negative electrode mixture layer. The negative electrode is not limited to the one obtained by the above production method, and may be one produced by another method. The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 300 μm per one side of the current collector.
セパレータは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステルなどのポリエステル;などで構成された多孔質膜であることが好ましい。なお、セパレータは、100〜140℃において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましい。そのため、セパレータは、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、100〜140℃の熱可塑性樹脂を成分とするものがより好ましく、ポリエチレンを主成分とする単層の多孔質膜であるか、ポリエチレンとポリプロピレンとを2〜5層積層した積層多孔質膜などの多孔質膜を構成要素とする積層多孔質膜であることが好ましい。ポリエチレンとポリプロピレンなどのポリエチレンより融点の高い樹脂を混合または積層して用いる場合には、多孔質膜を構成する樹脂としてポリエチレンが30質量%以上であることが望ましく、50質量%以上であることがより望ましい。 The separator is preferably a porous film composed of polyolefin such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer; polyester such as polyethylene terephthalate and copolymer polyester; In addition, it is preferable that a separator has the property (namely, shutdown function) which the hole obstruct | occludes in 100-140 degreeC. Therefore, the separator is made of a thermoplastic resin having a melting point, that is, a melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) of 100 to 140 ° C. in accordance with JIS K 7121. Preferably, it is a single layer porous film mainly composed of polyethylene or a laminated porous film comprising a porous film such as a laminated porous film in which 2 to 5 layers of polyethylene and polypropylene are laminated. Is preferred. When a resin having a melting point higher than that of polyethylene such as polyethylene and polypropylene is used by mixing or laminating, it is desirable that polyethylene is 30% by mass or more, and 50% by mass or more as a resin constituting the porous membrane. More desirable.
このような樹脂多孔質膜としては、例えば、従来から知られている非水二次電池などで使用されている前記例示の熱可塑性樹脂で構成された多孔質膜、すなわち、溶剤抽出法、乾式または湿式延伸法などにより作製されたイオン透過性の多孔質膜を用いることができる。 As such a resin porous membrane, for example, a porous membrane composed of the above-mentioned exemplified thermoplastic resin used in a conventionally known non-aqueous secondary battery or the like, that is, a solvent extraction method, a dry type Alternatively, an ion-permeable porous film manufactured by a wet stretching method or the like can be used.
セパレータの平均孔径は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.05μm以上であって、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。 The average pore size of the separator is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less.
また、セパレータの特性としては、JIS P 8117に準拠した方法で行われ、0.879g/mm2の圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、10〜500secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。更に、セパレータの強度としては、直径1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き破れによる短絡が発生する場合がある。 In addition, as a characteristic of the separator, a Gurley value represented by the number of seconds in which 100 ml of air permeates the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2 is 10 to 500 sec. It is desirable to be. If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the separator may be reduced. Further, the strength of the separator is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too small, a short circuit may occur due to the piercing of the separator when lithium dendrite crystals are generated.
なお、非水二次電池内部が150℃以上となった場合でも、本発明に係る前記リチウム含有複合酸化物は熱的安定性に優れているため、安全性を保つことができる。 Even when the inside of the non-aqueous secondary battery is 150 ° C. or higher, the lithium-containing composite oxide according to the present invention is excellent in thermal stability, so that safety can be maintained.
非水電解質には、電解質塩を有機溶媒に溶解させた溶液(非水電解液)を使用することができる。溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、これらの2種以上を併用してもよい。また、アミンイミド系有機溶媒や、含イオウまたは含フッ素系有機溶媒なども用いることができる。これらの中でも、ECとMECとDECとの混合溶媒が好ましく、この場合、混合溶媒の全容量に対して、DECを15容量%以上80容量%以下の量で含むことがより好ましい。このような混合溶媒であれば、電池の低温特性や充放電サイクル特性を高く維持しつつ、高電圧充電時における溶媒の安定性を高めることができるからである。 As the non-aqueous electrolyte, a solution (non-aqueous electrolyte solution) in which an electrolyte salt is dissolved in an organic solvent can be used. Examples of the solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), γ-butyrolactone, 1, 2 -Dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, Sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, diethyl ether, 1,3-propane sultone, etc. Aprotic organic solvents, and the like, may be used these alone, or in combination of two or more of these. Also, amine imide organic solvents, sulfur-containing or fluorine-containing organic solvents, and the like can be used. Among these, a mixed solvent of EC, MEC, and DEC is preferable. In this case, it is more preferable to include DEC in an amount of 15% by volume to 80% by volume with respect to the total volume of the mixed solvent. This is because such a mixed solvent can enhance the stability of the solvent during high-voltage charging while maintaining the low temperature characteristics and charge / discharge cycle characteristics of the battery high.
非水電解質に係る電解質塩としては、リチウムの過塩素酸塩、有機ホウ素リチウム塩、トリフロロメタンスルホン酸塩などの含フッ素化合物の塩、またはイミド塩などが好適に用いられる。このような電解質塩の具体例としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF2n+1SO3(n≧2)、LiN(Rf3OSO2)2〔ここで、Rfはフルオロアルキル基を表す。〕などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、これらの2種以上を併用してもよい。これらの中でも、LiPF6やLiBF4などが、充放電特性が良好なことからより好ましい。これらの含フッ素有機リチウム塩はアニオン性が大きく、かつイオン分離しやすいので前記溶媒に溶解しやすいからである。溶媒中における電解質塩の濃度は特に限定されないが、通常0.5〜1.7mol/Lである。
As the electrolyte salt related to the non-aqueous electrolyte, a salt of a fluorine-containing compound such as lithium perchlorate, lithium organic boron, trifluoromethanesulfonate, imide salt, or the like is preferably used. Specific examples of the electrolyte salt, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4,
また、前記の非水電解質に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。前記リチウム含有複合酸化物がMnを含む場合や、前記複合粒子にMnを含有する活物質を使用する場合には、それらの表面活性を安定にできることから、硫黄元素を含む添加剤を加えることが特に好ましい。 In addition, for the purpose of improving the safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of the nonaqueous electrolyte, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, Additives such as t-butylbenzene can be added as appropriate. When the lithium-containing composite oxide contains Mn or when an active material containing Mn is used for the composite particles, the surface activity can be stabilized, and therefore an additive containing sulfur element can be added. Particularly preferred.
本発明の非水二次電池は、例えば、本発明の電極と前記の負極とを、前記のセパレータを介して積層した電極積層体や、更にこれを渦巻状に巻回した電極巻回体を作製し、このような電極体と、前記の非水電解質とを、常法に従い外装体内に封入して構成される。電池の形態としては、従来から知られている非水二次電池と同様に、筒形(円筒形や角筒形)の外装缶を使用した筒形電池や、扁平形(平面視で円形や角形の扁平形)の外装缶を使用した扁平形電池、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池などとすることができる。また、外装缶には、スチール製やアルミニウム製のものが使用できる。 The nonaqueous secondary battery of the present invention includes, for example, an electrode laminate in which the electrode of the present invention and the negative electrode are laminated via the separator, and an electrode wound body in which the electrode laminate is wound in a spiral shape. The electrode body and the non-aqueous electrolyte are manufactured and sealed in an exterior body according to a conventional method. As the form of the battery, similarly to the conventionally known non-aqueous secondary battery, a cylindrical battery using a cylindrical (cylindrical or rectangular) outer can, or a flat (circular in plan view) A flat battery using a rectangular flat-shaped outer can, a soft package battery using a metal-deposited laminated film as an outer package, and the like. The outer can can be made of steel or aluminum.
本発明の非水二次電池は、携帯電話、ノート型パソコンなどのポータブル電子機器などの各種電子機器の電源用途を始めとして、安全性が重視される電動工具、自動車、自転車、電力貯蔵用などの用途にも適用することができる。 The non-aqueous secondary battery of the present invention is used for power supplies of various electronic devices such as portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, and is used for power tools, automobiles, bicycles, power storage, etc. where safety is important. It can also be applied to other uses.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
実施例1
<リチウム含有複合酸化物の合成>
水酸化ナトリウムの添加によってpHを約12に調整したアンモニア水を反応容器に入れ、これを強攪拌しながら、この中に、硫酸ニッケル、硫酸マンガンおよび硫酸コバルトを、それぞれ、3.76mol/dm3、0.21mol/dm3、0.21mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液と、25質量%濃度のアンモニア水とを、それぞれ、23cm3/分、6.6cm3/分の割合で、定量ポンプを用いて滴下して、NiとMnとCoとの共沈化合物(球状の共沈化合物)を合成した。なお、この際、反応液の温度は50℃に保持し、また、反応液のpHが12付近に維持されるように、6.4mol/dm3濃度の水酸化ナトリウム水溶液の滴下も同時に行い、更に不活性雰囲気下で反応させるため、窒素ガスを1dm3/分の流量でバブリングした。
Example 1
<Synthesis of lithium-containing composite oxide>
Aqueous ammonia whose pH was adjusted to about 12 by adding sodium hydroxide was placed in a reaction vessel, and while vigorously stirring, nickel sulfate, manganese sulfate, and cobalt sulfate were each added to 3.76 mol / dm 3. , 0.21 mol / dm 3, a mixed aqueous solution containing a concentration of 0.21 mol / dm 3, and aqueous ammonia 25% strength by weight, respectively, 23cm 3 / min at a rate of 6.6 cm 3 / min, The mixture was added dropwise using a metering pump to synthesize a coprecipitation compound of Ni, Mn, and Co (spherical coprecipitation compound). At this time, the temperature of the reaction solution is kept at 50 ° C., and a sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 6.4 mol / dm 3 is dropped at the same time so that the pH of the reaction solution is maintained around 12. Further, nitrogen gas was bubbled at a flow rate of 1 dm 3 / min for reaction in an inert atmosphere.
前記の共沈化合物を水洗、濾過および乾燥させて、NiとMnとCoとを90:5:5のモル比で含有する水酸化物を得た。この水酸化物0.196molと、0.204molのLiOH・H2Oと、0.001molのTiO2とをエタノール中に分散させてスラリー状にした後、遊星型ボールミルで40分間混合し、室温で乾燥させて混合物を得た。次いで、前記混合物をアルミナ製のるつぼに入れ、2dm3/分のドライエアーフロー中で600℃まで加熱し、その温度で2時間保持して予備加熱を行い、更に800℃に昇温して12時間焼成することにより、リチウム含有複合酸化物を合成した。得られたリチウム含有複合酸化物は、乳鉢で粉砕して粉体とした後、デシケーター中で保存した。 The coprecipitated compound was washed with water, filtered and dried to obtain a hydroxide containing Ni, Mn and Co in a molar ratio of 90: 5: 5. 0.196 mol of this hydroxide, 0.204 mol of LiOH.H 2 O and 0.001 mol of TiO 2 were dispersed in ethanol to form a slurry, and then mixed for 40 minutes with a planetary ball mill. And dried to obtain a mixture. Next, the mixture is put into an alumina crucible, heated to 600 ° C. in a dry air flow of 2 dm 3 / min, held at that temperature for 2 hours for preheating, further heated to 800 ° C. and heated to 12 ° C. Lithium-containing composite oxide was synthesized by firing for a period of time. The obtained lithium-containing composite oxide was pulverized into a powder in a mortar and then stored in a desiccator.
前記リチウム含有複合酸化物の粉体について、原子吸光分析装置で組成を測定したところ、Li1.02Ni0.895Co0.05Mn0.05Ti0.005O2で表される組成[前記一般組成式(1)において、x=0.02、a=89.5mol%、b=5mol%、c=5mol%、d=0mol%、e=0mol%、f=0.5mol%で、b+c+d+e+f=10.5mol%]であることが判明した。 When the composition of the lithium-containing composite oxide powder was measured with an atomic absorption spectrometer, a composition represented by Li 1.02 Ni 0.895 Co 0.05 Mn 0.05 Ti 0.005 O 2 [ In the general composition formula (1), x = 0.02, a = 89.5 mol%, b = 5 mol%, c = 5 mol%, d = 0 mol%, e = 0 mol%, f = 0.5 mol%, b + c + d + e + f = 10.5 mol%].
また、前記リチウム含有複合酸化物の状態分析を行うために、立命館大学SRセンターの超伝導小型放射光源「オーロラ(住友電工社製)」のBL4ビームポートを用いて、MnのX線吸収分光(XAS)を行った。得られたデータの解析は、文献[Journal
of the Electrochemical Society,146 p2799−2809(1999)]に基づき、リガク電機社製の解析ソフト「REX」を用いて行った。
In addition, in order to analyze the state of the lithium-containing composite oxide, X-ray absorption spectroscopy of Mn (using a BL4 beam port of a superconducting small radiation source “Aurora” (manufactured by Sumitomo Electric Industries) of Ritsumeikan University SR Center ( XAS). The analysis of the obtained data can be found in the literature [Journal
of the Electrochemical Society, 146, p2799-2809 (1999)], using the analysis software “REX” manufactured by Rigaku Electric Co., Ltd.
まず、前記リチウム含有複合酸化物のNiの平均価数を決定するために、標準サンプルとして、NiOおよびLiNi0.5Mn1.5O4(いずれも平均価数が2価のNiを含有する化合物の標準サンプル)、並びにLiNi0.82Co0.15Al0.03O2(平均価数が3価のNiを含有する化合物の標準サンプル)を用いてリチウム含有複合酸化物と同様の状態分析を行い、各標準サンプルのNiのK吸収端位置とNiの価数との関係を表す回帰直線を作成した。前記リチウム含有複合酸化物について前記の状態分析を行ったところ、Niの平均価数は、2.85価であることが判明した。 First, in order to determine the average valence of Ni of the lithium-containing composite oxide, NiO and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (both containing Ni having an average valence of 2) are used as standard samples. Compound standard sample), and LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 (standard sample of compound containing Ni having an average valence of 3), the same state as lithium-containing composite oxide Analysis was performed, and a regression line representing the relationship between the Ni K absorption edge position and the Ni valence of each standard sample was created. When the above state analysis was performed on the lithium-containing composite oxide, it was found that the average valence of Ni was 2.85.
また、Mnの平均価数を決定するために、標準サンプルとして、MnO2およびLiNi0.5Mn1.5O4(いずれも平均価数が4価のMnを含有する化合物の標準サンプル)、LiMn2O4(平均価数が3.5価のMnを含有する化合物の標準サンプル)、LiMnO2およびMn2O3(いずれも平均価数が3価のMnを含有する化合物の標準サンプル)、並びにMnO(平均価数が2価のMnを含有する化合物の標準サンプル)を用いてリチウム含有複合酸化物と同様の状態分析を行い、各標準サンプルのMnのK吸収端位置とMnの価数との関係を表す回帰直線を作成した。前記リチウム含有複合酸化物について前記の状態分析を行ったところ、Mnの平均価数は、4.0価であることが判明した。 Moreover, in order to determine the average valence of Mn, as a standard sample, MnO 2 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (both are standard samples of a compound containing Mn having an average valence of 4), LiMn 2 O 4 (standard sample of a compound containing Mn having an average valence of 3.5), LiMnO 2 and Mn 2 O 3 (both are standard samples of a compound containing Mn having an average valence of 3) , And MnO (standard sample of a compound containing Mn having an average valence of 2), the same state analysis as that of the lithium-containing composite oxide was performed. A regression line representing the relationship with numbers was created. When the above state analysis was performed on the lithium-containing composite oxide, it was found that the average valence of Mn was 4.0.
更に、Coの平均価数については、CoO(平均価数が2価のCoを含有する化合物の標準サンプル)、Co3O4(平均価数が2.67価のCoを含有する化合物の標準サンプル)、並びにLiCoO2(平均価数が3価のCoを含有する化合物の標準サンプル)を用いて、Niの平均価数と同様にして求めたところ、2.9価であることが判明した。 Further, regarding the average valence of Co, CoO (standard sample of a compound containing Co having an average valence of 2), Co 3 O 4 (standard of a compound containing Co having an average valence of 2.67) Sample) and LiCoO 2 (standard sample of a compound containing Co having an average valence of 3) were obtained in the same manner as the average valence of Ni and found to be 2.9. .
前記リチウム含有複合酸化物粉体のBET比表面積は0.25m2/gであり、また、粉体を一次粒子になるまで解砕した後に粒度分布を測定したところ、粒径が1μm以下の粒子の割合は21体積%であった。 The lithium-containing composite oxide powder has a BET specific surface area of 0.25 m 2 / g, and when the particle size distribution is measured after pulverizing the powder to primary particles, particles having a particle size of 1 μm or less The ratio of was 21% by volume.
<正極の作製>
前記リチウム含有複合酸化物100質量部と、結着剤であるPVDFを10質量%の濃度で含むN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液20質量部と、導電助剤である人造黒鉛1質量部およびケッチェンブラック1質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。
<Preparation of positive electrode>
100 parts by mass of the lithium-containing composite oxide, 20 parts by mass of an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution containing PVDF as a binder at a concentration of 10% by mass, and 1 mass of artificial graphite as a conductive aid Part and 1 part by mass of ketjen black were kneaded using a biaxial kneader, and NMP was added to adjust the viscosity to prepare a positive electrode mixture-containing paste.
前記の正極合剤含有ペーストを、厚みが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、アルミニウム箔の両面に正極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、正極合剤層の厚みおよび密度を調節し、アルミニウム箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ375mm、幅43mmの帯状の正極を作製した。なお、得られた正極における正極合剤層は、片面あたりの厚みが55μmであった。 The positive electrode mixture-containing paste is applied to both sides of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, and then vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours to form a positive electrode mixture layer on both sides of the aluminum foil. Formed. Thereafter, press treatment was performed to adjust the thickness and density of the positive electrode mixture layer, and a nickel lead body was welded to the exposed portion of the aluminum foil to produce a belt-like positive electrode having a length of 375 mm and a width of 43 mm. In addition, the positive electrode mixture layer in the obtained positive electrode had a thickness of 55 μm on one side.
<負極の作製>
負極活物質である数平均粒子径が10μmの天然黒鉛97.5質量部と、結着剤であるスチレンブタジエンゴム1.5質量部と、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース1質量部とに、水を加えて混合し、負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを厚みが8μmの銅箔の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、負極合剤層の厚みおよび密度を調節し、銅箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ380mm、幅44mmの帯状の負極を作製した。なお、得られた負極における負極合剤層は、片面あたりの厚みが65μmであった。
<Production of negative electrode>
To 97.5 parts by mass of natural graphite having a number average particle size of 10 μm as a negative electrode active material, 1.5 parts by mass of styrene butadiene rubber as a binder, and 1 part by mass of carboxymethyl cellulose as a thickener, Were added and mixed to prepare a negative electrode mixture-containing paste. This negative electrode mixture-containing paste was applied to both sides of a copper foil having a thickness of 8 μm, and then vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours to form negative electrode mixture layers on both sides of the copper foil. Thereafter, press treatment was performed to adjust the thickness and density of the negative electrode mixture layer, and a nickel lead body was welded to the exposed portion of the copper foil to produce a strip-shaped negative electrode having a length of 380 mm and a width of 44 mm. The negative electrode mixture layer in the obtained negative electrode had a thickness of 65 μm on one side.
<非水電解質の調製>
ECとMECとDECとの容積比2:3:1の混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解させて、非水電解質を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
A non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of EC, MEC, and DEC in a volume ratio of 2: 3: 1.
<電池の組み立て>
前記帯状の正極を、厚みが16μmの微孔性ポリエチレンセパレータ(空孔率:41%)を介して前記帯状の負極に重ね、渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の電極巻回体とし、この電極巻回体をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。次に、外寸が厚さ4.0mm、幅34mm、高さ50mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに前記電極巻回体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けた注入口から前記非水電解質を注入し、1時間静置した後注入口を封止して、図1に示す構造で、図2に示す外観の非水二次電池を得た。なお、前記非水二次電池の設計電気容量は、1000mAhとした。
<Battery assembly>
The belt-like positive electrode is stacked on the belt-like negative electrode through a microporous polyethylene separator (porosity: 41%) having a thickness of 16 μm, wound in a spiral shape, and then pressed so as to be flat. An electrode winding body having a flat winding structure was formed, and the electrode winding body was fixed with an insulating tape made of polypropylene. Next, the electrode winding body is inserted into a rectangular battery case made of aluminum alloy having an outer dimension of 4.0 mm in thickness, 34 mm in width, and 50 mm in height to weld the lead body, and a lid made of aluminum alloy The plate was welded to the open end of the battery case. Thereafter, the nonaqueous electrolyte is injected from the inlet provided in the cover plate, and left for 1 hour, and then the inlet is sealed. The nonaqueous secondary battery having the structure shown in FIG. 1 and the appearance shown in FIG. Got. The design electric capacity of the non-aqueous secondary battery was 1000 mAh.
ここで図1および図2に示す電池について説明すると、図1の(a)は平面図、(b)はその部分断面図であって、図1(b)に示すように、正極1と負極2はセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の電極巻回体6として、角形(角筒形)の電池ケース4に非水電解質と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や非水電解質などは図示していない。
Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view thereof. As shown in FIG. 2 is spirally wound through the
電池ケース4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この電池ケース4は正極端子を兼ねている。そして、電池ケース4の底部にはポリエチレンシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状電極巻回体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、電池ケース4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。
The
そして、この蓋板9は電池ケース4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋板9に非水電解質注入口14が設けられており、この非水電解質注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている(従って、図1および図2の電池では、実際には、非水電解質注入口14は、非水電解質注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、非水電解質注入口14として示している)。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。
And this cover plate 9 is inserted in the opening part of the
この実施例1の電池では、正極リード体7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶5と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。
In the battery of Example 1, the
図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図1では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極体の内周側の部分は断面にしていない。 FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode body is not cross-sectional.
実施例2
硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸アルミニウムを、それぞれ、3.76mol/dm3、0.21mol/dm3、0.21mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとAlとを89.5:5:5のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.195molと、0.205molのLiOH・H2Oと、0.001molのTiO2とを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 2
Nickel sulfate, cobalt sulfate and aluminum sulfate, respectively, 3.76mol / dm 3, 0.21mol /
実施例3
硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マグネシウムを、それぞれ、3.76mol/dm3、0.38mol/dm3、0.04mol/dm3、の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとMgとを89.5:9:1のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.202molと、0.198molのLiOH・H2Oと、0.001molのTiO2とを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 3
Nickel sulfate, cobalt sulfate and magnesium sulfate, respectively, 3.76mol / dm 3, 0.38mol /
実施例4
硫酸ニッケル、硫酸マンガンおよび硫酸アルミニウムを、それぞれ、3.76mol/dm3、0.25mol/dm3、0.17mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとMnとAlとを89.5:6:4のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.200molと、0.200molのLiOH・H2Oと、0.001molのTiO2とを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 4
Nickel sulfate, manganese sulfate and aluminum sulfate, respectively, 3.76mol / dm 3, 0.25mol /
実施例5
硫酸ニッケル、硫酸マンガンおよび硫酸マグネシウムを、それぞれ、3.77mol/dm3、0.25mol/dm3、0.16mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとMnとMgとを91.5:6:4のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.201molと、0.199molのLiOH・H2Oと、0.001molのTiO2とを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 5
Nickel sulfate, manganese sulfate and magnesium sulfate, respectively, 3.77mol / dm 3, 0.25mol /
実施例6
硫酸ニッケル、硫酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムを、それぞれ、3.77mol/dm3、0.21mol/dm3、0.21mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとAlとMgとを91.5:5:5のモル比で含有する水酸化物を合成し、ここの水酸化物0.201molと、0.199molのLiOH・H2Oと、0.001molのTiO2とを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 6
Nickel sulfate, aluminum sulfate and magnesium sulfate, respectively, 3.77mol / dm 3, 0.21mol /
実施例7
硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンおよび硫酸アルミニウムを、それぞれ、3.78mol/dm3、0.21mol/dm3、0.13mol/dm3、0.08mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとMnとAlとを90:5:3:2のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.200molと、0.200molのLiOH・H2Oとを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 7
Nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate and aluminum sulfate, respectively, 3.78mol / dm 3, 0.21mol /
実施例8
硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガンおよび硫酸マグネシウムを、それぞれ、3.79mol/dm3、0.21mol/dm3、0.12mol/dm3、0.08mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとMnとMgとを92:5:3:2のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.202molと、0.198molのLiOH・H2Oとを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 8
A mixed aqueous solution containing nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate and magnesium sulfate at concentrations of 3.79 mol / dm 3 , 0.21 mol / dm 3 , 0.12 mol / dm 3 and 0.08 mol / dm 3 , respectively. A coprecipitated compound was synthesized in the same manner as in Example 1 except that it was used. Then, a hydroxide containing Ni, Co, Mn, and Mg in a molar ratio of 92: 5: 3: 2 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the coprecipitation compound was used. A lithium-containing composite oxide was synthesized in the same manner as in Example 1 except that 0.202 mol of this hydroxide and 0.198 mol of LiOH.H 2 O were used. Furthermore, a positive electrode and a nonaqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that this lithium-containing composite oxide was used.
実施例9
硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムを、それぞれ、3.79mol/dm3、0.21mol/dm3、0.12mol/dm3、0.08mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとAlとMgとを92:5:3:2のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.200molと、0.200molのLiOH・H2Oとを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 9
A mixed aqueous solution containing nickel sulfate, cobalt sulfate, aluminum sulfate and magnesium sulfate at concentrations of 3.79 mol / dm 3 , 0.21 mol / dm 3 , 0.12 mol / dm 3 and 0.08 mol / dm 3 , respectively. A coprecipitated compound was synthesized in the same manner as in Example 1 except that it was used. Then, a hydroxide containing Ni, Co, Al, and Mg at a molar ratio of 92: 5: 3: 2 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the coprecipitation compound was used. A lithium-containing composite oxide was synthesized in the same manner as in Example 1 except that 0.200 mol of this hydroxide and 0.200 mol of LiOH.H 2 O were used. Furthermore, a positive electrode and a nonaqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that this lithium-containing composite oxide was used.
実施例10
硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、硫酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムを、それぞれ、3.79mol/dm3、0.12mol/dm3、0.12mol/dm3、0.08mol/dm30.08mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとMnとAlとMgとを92:3:3:2:2のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.200molと、0.200molのLiOH・H2Oとを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 10
Nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, aluminum sulfate and magnesium sulfate, respectively, 3.79mol / dm 3, 0.12mol /
実施例11
硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、硫酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムを、それぞれ、3.99mol/dm3、0.08mol/dm3、0.08mol/dm3、0.04mol/dm30.04mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとMnとAlとMgとを95:2:1:1:1のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.199molと、0.201molのLiOH・H2Oとを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 11
Nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, aluminum sulfate and magnesium sulfate, respectively, 3.99mol / dm 3, 0.08mol /
実施例12
硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、硫酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムを、それぞれ、3.97mol/dm3、0.08mol/dm3、0.08mol/dm3、0.04mol/dm30.04mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとMnとAlとMgとを95:2:1:1:1のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.199molと、0.201molのLiOH・H2Oと、0.001molのZrO2とを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 12
Nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, aluminum sulfate and magnesium sulfate, respectively, 3.97mol / dm 3, 0.08mol /
実施例13
硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、および硫酸マグネシウムを、それぞれ、2.69mol/dm3、0.84mol/dm3、0.63mol/dm3、0.04mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとMnとMgとを64:20:15:1のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.2molと、0.2molのLiOH・H2Oを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 13
Nickel sulfate, cobalt sulfate, mixed aqueous solution of manganese sulfate, and magnesium sulfate, respectively, to 2.69mol / dm 3, 0.84mol / dm 3, 0.63mol /
実施例14
NiとCoとMnとMgとを64:20:15:1のモル比で含有する水酸化物0.2molと、0.2molのLiOH・H2Oと、0.0004molのGeO2とを用いた以外は、実施例13と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例13と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 14
0.2 mol of hydroxide containing Ni, Co, Mn and Mg in a molar ratio of 64: 20: 15: 1, 0.2 mol of LiOH.H 2 O and 0.0004 mol of GeO 2 are used. A lithium-containing composite oxide was synthesized in the same manner as in Example 13 except that. Further, a positive electrode and a non-aqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 13 except that this lithium-containing composite oxide was used.
実施例15
NiとCoとMnとMgとを64:20:15:1のモル比で含有する水酸化物0.2molと、0.2molのLiOH・H2Oと、0.0002molのB2O3とを用いた以外は、実施例13と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例13と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 15
0.2 mol of hydroxide containing Ni, Co, Mn and Mg in a molar ratio of 64: 20: 15: 1, 0.2 mol of LiOH.H 2 O, 0.0002 mol of B 2 O 3 A lithium-containing composite oxide was synthesized in the same manner as Example 13 except that was used. Further, a positive electrode and a non-aqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 13 except that this lithium-containing composite oxide was used.
実施例16
NiとCoとMnとMgとを64:20:15:1のモル比で含有する水酸化物0.2molと、0.2molのLiOH・H2Oと、0.0002molのGa2O3とを用いた以外は、実施例13と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例13と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 16
0.2 mol of hydroxide containing Ni, Co, Mn and Mg in a molar ratio of 64: 20: 15: 1, 0.2 mol of LiOH.H 2 O, 0.0002 mol of Ga 2 O 3 A lithium-containing composite oxide was synthesized in the same manner as Example 13 except that was used. Further, a positive electrode and a non-aqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 13 except that this lithium-containing composite oxide was used.
実施例17
NiとCoとMnとMgとを64:20:15:1のモル比で含有する水酸化物0.2molと、0.2molのLiOH・H2Oと、0.0004molのSrCO3とを用いた以外は、実施例13と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例13と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 17
0.2 mol of hydroxide containing Ni, Co, Mn and Mg in a molar ratio of 64: 20: 15: 1, 0.2 mol of LiOH.H 2 O and 0.0004 mol of SrCO 3 are used. A lithium-containing composite oxide was synthesized in the same manner as in Example 13 except that. Further, a positive electrode and a non-aqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 13 except that this lithium-containing composite oxide was used.
実施例18
NiとCoとMnとMgとを64:20:15:1のモル比で含有する水酸化物0.2molと、0.2molのLiOH・H2Oと、0.0004molのBa(OH)2とを用いた以外は、実施例13と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例13と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 18
0.2 mol of hydroxide containing Ni, Co, Mn and Mg in a molar ratio of 64: 20: 15: 1, 0.2 mol of LiOH.H 2 O and 0.0004 mol of Ba (OH) 2 A lithium-containing composite oxide was synthesized in the same manner as in Example 13, except that and were used. Further, a positive electrode and a non-aqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 13 except that this lithium-containing composite oxide was used.
実施例19
実施例1で合成したリチウム含有複合酸化物90質量部と、コバルト酸リチウムの粉末(数平均粒子径10μm)5質量部とを乾式混合した後、ここに、結着剤であるPVDFを10質量%の濃度で含むNMP溶液20質量部を加えて混合し、複合粒子を得た。
Example 19
After 90 parts by mass of the lithium-containing composite oxide synthesized in Example 1 and 5 parts by mass of lithium cobaltate powder (number
この複合粒子を、リチウム含有複合酸化物に代えて使用した以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。 A positive electrode and a non-aqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that this composite particle was used in place of the lithium-containing composite oxide.
実施例20
コバルト酸リチウムの粉末に代えてマンガン酸リチウムの粉末(数平均粒子径10μm)を用いた以外は、実施例19と同様にして複合粒子を調製し、この複合粒子を用いた以外は、実施例19と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Example 20
A composite particle was prepared in the same manner as in Example 19 except that lithium manganate powder (number
比較例1
市販のLiNi0.80Co0.15Al0.05O2を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A positive electrode and a non-aqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that a commercially available LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 was used.
比較例2
硫酸ニッケルおよび硫酸アルミニウムを、それぞれ、3.99mol/dm3、0.21mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとAlとを95:5のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.200molと、0.200molのLiOH・H2Oとを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Comparative Example 2
A coprecipitated compound was synthesized in the same manner as in Example 1 except that a mixed aqueous solution containing nickel sulfate and aluminum sulfate at concentrations of 3.99 mol / dm 3 and 0.21 mol / dm 3 was used. Then, a hydroxide containing Ni and Al at a molar ratio of 95: 5 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the coprecipitation compound was used. A lithium-containing composite oxide was synthesized in the same manner as in Example 1 except that 0.200 mol of LiOH.H 2 O was used. Furthermore, a positive electrode and a nonaqueous secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that this lithium-containing composite oxide was used.
比較例3
硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸アルミニウムを、それぞれ、4.12mol/dm3、0.04mol/dm3、0.04mol/dm3の濃度で含有する混合水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして共沈化合物を合成した。そして、前記の共沈化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、NiとCoとAlとを98:1:1のモル比で含有する水酸化物を合成し、この水酸化物0.200molと、0.200molのLiOH・H2Oとを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を合成した。更に、このリチウム含有複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および非水二次電池を作製した。
Comparative Example 3
Nickel sulfate, cobalt sulfate and aluminum sulfate, respectively, 4.12mol / dm 3, 0.04mol /
表1に、実施例1〜18および比較例1〜3の正極に用いたリチウム含有複合酸化物の組成を、表2に、実施例1〜18および比較例1〜3の正極に用いたリチウム含有複合酸化物のNi、CoおよびMnの平均価数を、それぞれ示す。 Table 1 shows the compositions of the lithium-containing composite oxides used for the positive electrodes of Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 3, and Table 2 shows the lithium used for the positive electrodes of Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 3. The average valences of Ni, Co, and Mn of the containing composite oxide are shown respectively.
また、表3に、実施例1〜20および比較例1〜3の正極に用いたリチウム含有複合酸化物の、全一次粒子中における、粒径が1μm以下の一次粒子の割合(表では、「1μm以下の粒子の割合」と記載する。)、BET比表面積およびタップ密度、並びに実施例1〜20および比較例1〜3の正極の正極合剤層の密度を示す。
In Table 3, the ratio of primary particles having a particle diameter of 1 μm or less in all primary particles of the lithium-containing composite oxides used in the positive electrodes of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3 (in the table, “ The ratio of particles of 1 μm or less ”), BET specific surface area and tap density, and the density of the positive electrode mixture layer of the positive electrodes of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3 are shown.
なお、表1における「M’」は、前記一般組成式(1)におけるMの全構成元素のうち、Ni、Co、Mn、Al、およびMgおよびTi以外の元素(例えば、Zr)を表し、gは、Ni、Co、Mn、Al、MgおよびTi以外の元素の割合(mol%)の合計を表す。 “M ′” in Table 1 represents Ni, Co, Mn, Al, and elements other than Mg and Ti (for example, Zr) among all the constituent elements of M in the general composition formula (1), g represents the total of the ratio (mol%) of elements other than Ni, Co, Mn, Al, Mg, and Ti.
更に、実施例1〜20および比較例1〜3の非水二次電池について、以下の各評価を行った。それらの結果を表4に示す。 Further, the following evaluations were performed on the nonaqueous secondary batteries of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3. The results are shown in Table 4.
<容量測定および負荷特性の評価>
実施例1〜20および比較例1〜3の各電池を、60℃で7時間保存した後、20℃で、200mAの電流値で5時間充電し、200mAの電流値で電池電圧が3Vに低下するまで放電する充放電サイクルを、放電容量が一定になるまで繰り返した。次いで、定電流−定電圧充電(定電流:500mA、定電圧:4.2V、総充電時間:3時間)を行い、1時間休止後に200mAの電流値で電池電圧が3Vとなるまで放電して標準容量を求めた。なお、標準容量は各電池とも100個の電池について測定し、その平均値を各実施例、比較例の標準容量とした。
<Capacity measurement and evaluation of load characteristics>
After each battery of Examples 1-20 and Comparative Examples 1-3 was stored at 60 ° C. for 7 hours, it was charged at 20 ° C. with a current value of 200 mA for 5 hours, and the battery voltage decreased to 3 V at a current value of 200 mA. The charge / discharge cycle of discharging until the discharge was repeated until the discharge capacity became constant. Next, constant current-constant voltage charging (constant current: 500 mA, constant voltage: 4.2 V, total charging time: 3 hours) is performed, and after a pause of 1 hour, discharging is performed until the battery voltage reaches 3 V at a current value of 200 mA. Standard capacity was determined. The standard capacity was measured for 100 batteries for each battery, and the average value was used as the standard capacity for each example and comparative example.
<充放電サイクル特性>
実施例1〜20および比較例1〜3の各電池を標準容量測定時と同じ条件で定電流−定電圧充電した後、1分休止後に200mAの電流値で電池電圧が3Vになるまで放電する充放電サイクルを繰り返し、放電容量が初度の放電容量の70%に低下するまでのサイクル数を求めて、各電池の充電サイクル特性を評価した。なお、充放電サイクル特性における前記のサイクル数は、各電池とも10個の電池について測定し、その平均値を各実施例、比較例のサイクル数とした。
<Charge / discharge cycle characteristics>
Each of the batteries of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3 was charged at a constant current-constant voltage under the same conditions as when measuring the standard capacity, and then discharged after a pause of 1 minute until the battery voltage reached 3 V at a current value of 200 mA. The charge / discharge cycle was repeated, the number of cycles until the discharge capacity decreased to 70% of the initial discharge capacity was determined, and the charge cycle characteristics of each battery were evaluated. In addition, the said cycle number in charging / discharging cycling characteristics measured about 10 batteries with respect to each battery, The average value was made into the cycle number of each Example and a comparative example.
<安全性の評価>
実施例1〜20および比較例1〜3の各電池を、定電流−定電圧充電(定電流:1C、定電圧:4.25V、総充電時間:3時間)を行った後に恒温槽に入れ、2時間休止後、30℃から170℃まで、毎分5℃の割合で昇温し、引き続き170℃で3時間放置して、電池の表面温度を測定した。このときの最高到達温度が180℃以下であった電池を○、180℃を超えた電池を×、と評価した。
<Evaluation of safety>
The batteries of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3 were charged in a constant temperature-constant voltage charge (constant current: 1 C, constant voltage: 4.25 V, total charge time: 3 hours) and then placed in a thermostatic chamber. After resting for 2 hours, the temperature was raised from 30 ° C. to 170 ° C. at a rate of 5 ° C. per minute and then allowed to stand at 170 ° C. for 3 hours to measure the surface temperature of the battery. At this time, a battery having a maximum temperature of 180 ° C. or lower was evaluated as “◯”, and a battery exceeding 180 ° C. was evaluated as “X”.
<高温貯蔵特性の評価>
実施例1〜20および比較例1〜3の各電池を、定電流−定電圧充電(定電流:1C、定電圧:4.25V、総充電時間:3時間)を行い、電池の厚みが最大となる点を測定した後、80℃に保持した恒温槽に入れ、5日間貯蔵した。貯蔵後電池を2時間以上24時間以内、空冷した後、再び電池の厚みが最大となる点を測定し、貯蔵前後の電池の厚み変化をもとに高温貯蔵特性を評価した。
<Evaluation of high-temperature storage characteristics>
The batteries of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to constant current-constant voltage charging (constant current: 1 C, constant voltage: 4.25 V, total charging time: 3 hours), and the battery thickness was maximum. After measuring the point which becomes, it put into the thermostat kept at 80 degreeC, and stored for 5 days. After storage, the battery was air-cooled for 2 hours to 24 hours, and then the point at which the battery thickness was maximized was measured again, and the high-temperature storage characteristics were evaluated based on the change in battery thickness before and after storage.
表4から明らかなように、実施例1〜20の電池は、組成およびNiの平均価数が適正なリチウム含有複合酸化物を活物質とする正極を用いたことで、高容量でありながら安定性が高められており、比較例1〜3の電池に比べて、充放電サイクル寿命が長く、安全性が優れている。また、実施例1〜20の電池は、高温貯蔵時のガス発生が少ないため、比較例1〜3の電池に比べて高温貯蔵時の電池の厚み変化を抑制することができた。 As is clear from Table 4, the batteries of Examples 1 to 20 were stable while having a high capacity by using a positive electrode comprising a lithium-containing composite oxide having an appropriate composition and an average valence of Ni as an active material. Compared with the batteries of Comparative Examples 1 to 3, the charge / discharge cycle life is long and the safety is excellent. Moreover, since the battery of Examples 1-20 had little gas generation | occurrence | production at the time of high temperature storage, it was able to suppress the thickness change of the battery at the time of high temperature storage compared with the battery of Comparative Examples 1-3.
特に、Ge、Ca、Sr、Ba、B、ZrおよびGaより選択される元素を添加した実施例12および実施例14〜18の電池は、電池の厚み変化を抑制する作用がより顕著となり、貯蔵性がより優れた電池となった。 In particular, the batteries of Example 12 and Examples 14 to 18 to which an element selected from Ge, Ca, Sr, Ba, B, Zr, and Ga is added have a more remarkable effect of suppressing the change in the thickness of the battery. The battery was more excellent in performance.
1 正極
2 負極
3 セパレータ
1
Claims (11)
前記正極が、請求項1〜10のいずれかに記載の非水二次電池用電極であることを特徴とする非水二次電池。 A non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The said positive electrode is an electrode for nonaqueous secondary batteries in any one of Claims 1-10, The nonaqueous secondary battery characterized by the above-mentioned.
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