JP2004311408A - Positive active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池に用いられる正極活物質に関する。例えば、携帯電話、パソコン、電気自動車に好適に用いられる。 The present invention relates to a positive electrode active material used for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery. For example, it is suitably used for mobile phones, personal computers, and electric vehicles.
非水電解質二次電池は、従来のニッケルカドミウム二次電池などに比べて作動電圧が高く、かつエネルギー密度が高いという特徴を有しており、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ等のモバイル電子機器の電源等として広く利用されている。この非水電解質二次電池の正極活物質としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4に代表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられるが、中でも、モバイル電子機器にはLiCoO2が従来用いられており、十分な電池特性が得られていた。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries have the characteristics of higher operating voltage and higher energy density than conventional nickel-cadmium secondary batteries and the like, and are used in mobile electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and digital cameras. It is widely used as a power source for equipment. As the positive electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery, a lithium transition metal composite oxide represented by LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 can be mentioned. Among them, LiCoO 2 is conventionally used for mobile electronic devices. Used, and sufficient battery characteristics were obtained.
しかしながら、現在では、モバイル機器は、さまざまな機能が付与される等の高機能化や、高温や低温での使用等のため、使用環境がより一層厳しいものとなっている。また、電気自動車用バッテリー等の電源への応用が期待されており、これまでのLiCoO2を用いた非水電解質二次電池では、十分な電池特性が得られず、更なる改良が求められている。 However, at present, the usage environment of mobile devices is becoming more severe due to enhancement of functions such as various functions and use at high and low temperatures. Further, application to a power supply such as a battery for an electric vehicle is expected, and a conventional non-aqueous electrolyte secondary battery using LiCoO 2 cannot provide sufficient battery characteristics, and further improvement is required. I have.
特許文献1には、ジルコニウム(Zr)を添加したLi1-xCoO2(0≦x<1)またはそのコバルトの一部を他の遷移金属で置換したものからなる正極が記載されている。そして、LiCoO2粒子の表面が酸化ジルコニウム(ZrO2)またはリチウムとジルコニウムとの複合酸化物Li2ZrO3に覆われることによって安定化され、その結果、高い電位においても電解液の分解反応や結晶破壊を起こすことなく、優れたサイクル特性および保存特性を示す正極活物質が得られることが記載されている。
しかしながら、この正極活物質では、近年の非水電解質二次電池に要求されている負荷特性、低温特性および熱安定性を満足することができなかった。また、サイクル特性にも向上の余地があった。
However, this positive electrode active material cannot satisfy the load characteristics, low-temperature characteristics, and thermal stability required for recent nonaqueous electrolyte secondary batteries. There is also room for improvement in cycle characteristics.
したがって、本発明の目的は、より一層厳しい使用環境下においても優れた電池特性を有する非水電解質二次電池用正極活物質およびこれを用いた非水電解質二次電池を提供することにある。具体的には、優れた負荷特性、サイクル特性、低温特性および熱安定性を有する非水電解質二次電池用正極活物質、ならびに、これを用いた非水電解質二次電池を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent battery characteristics even in a more severe use environment, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same. Specifically, it is to provide a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent load characteristics, cycle characteristics, low-temperature characteristics, and thermal stability, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same. .
本発明は、以下の(1)〜(6)を提供する。 The present invention provides the following (1) to (6).
(1)少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合が20%以上である、非水電解質二次電池用正極活物質。
(1) A positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery having at least a layered structure lithium transition metal composite oxide,
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the proportion of zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide is 20% or more.
(2)少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面において、ジルコニウムの極大ピーク部分を通過する線分に沿ってライン分析を行ったときに、以下の関係式を満たす、非水電解質二次電池用正極活物質。
(ジルコニウムの極大ピーク値を100%としたときのピーク値が4%以上の部分の長さの合計)/(線分の長さ)≧0.2
(2) a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered structure lithium transition metal composite oxide,
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which satisfies the following relational expression when a line analysis is performed on a surface of the lithium transition metal composite oxide along a line segment passing through a maximum peak portion of zirconium.
(Sum of the length of the portion where the peak value of zirconium is 4% or more when the maximum peak value is 100%) / (length of line segment) ≧ 0.2
(3)前記リチウム遷移金属複合酸化物は粒子である、上記(1)または(2)に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。 (3) The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above (1) or (2), wherein the lithium transition metal composite oxide is a particle.
(4)前記リチウム遷移金属複合酸化物は、少なくともその表面にジルコニウムを有する、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極活物質。 (4) The lithium transition metal composite oxide is at least one selected from the group consisting of lithium cobaltate, lithium nickel cobaltate, lithium nickel cobalt aluminate and lithium nickel cobalt manganate having at least zirconium on its surface. The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of the above (1) to (3).
(5)少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物は、少なくともその表面にジルコニウムを有する、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、非水電解質二次電池用正極活物質。
(5) A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered lithium transition metal composite oxide,
The non-aqueous electrolyte secondary oxide is at least one selected from the group consisting of lithium nickel cobaltate, lithium nickel cobalt aluminate and lithium nickel cobalt manganate, the lithium transition metal composite oxide having zirconium on at least its surface. Positive electrode active material for batteries.
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極活物質を用いた正極活物質層を、帯状正極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状正極と、
金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、
帯状セパレータとを具備し、
前記帯状正極と前記帯状負極とを前記帯状セパレータを介して積層した状態で複数回巻回させて、前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している渦巻型の巻回体を構成してなる、非水電解質二次電池。
(6) A structure in which a positive electrode active material layer using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of the above (1) to (5) is formed on at least one surface of a belt-shaped positive electrode current collector. Strip-shaped positive electrode,
By forming a negative electrode active material layer using lithium metal, a lithium alloy, a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions or a compound capable of inserting and extracting lithium ions as an anode active material on at least one surface of the strip-shaped negative electrode current collector. A configured strip-shaped negative electrode,
A belt-shaped separator,
A spiral winding in which the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode are wound a plurality of times in a stacked state with the strip-shaped separator interposed therebetween, and the strip-shaped separator is interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a body.
以下に説明するように、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、高電位で、負荷特性、サイクル特性、低温特性および熱安定性に優れる。したがって、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質は、リチウムイオン二次電池等に好適に用いられる。 As described below, the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a high potential, and is excellent in load characteristics, cycle characteristics, low-temperature characteristics, and thermal stability. Therefore, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is suitably used for a lithium ion secondary battery or the like.
以下、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「本発明の正極活物質」ともいう。)および本発明の非水電解質二次電池について説明する。 Hereinafter, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention (hereinafter, also simply referred to as “the positive electrode active material of the present invention”) and the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described.
<非水電解質二次電池用正極活物質>
本発明の第一の態様の正極活物質は、少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合が20%以上である、非水電解質二次電池用正極活物質である。
本発明の第二の態様の正極活物質は、少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、少なくともその表面にジルコニウムを有する、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、非水電解質二次電池用正極活物質である。
<Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries>
The positive electrode active material of the first aspect of the present invention is a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery having at least a layered structure lithium transition metal composite oxide, and the zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide Is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having an existing ratio of 20% or more.
The positive electrode active material of the second embodiment of the present invention is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered structure lithium transition metal composite oxide, wherein the lithium transition metal composite oxide is at least A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is at least one selected from the group consisting of lithium nickel cobaltate, lithium nickel cobalt aluminate, and lithium nickel cobalt manganate having zirconium on the surface.
本発明の第一および第二の態様の正極活物質(以下、単に「本発明の正極活物質」ともいう。)は、少なくとも層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を有する。層状構造とは、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造が層状であることを意味する。層状構造は、α−NaFeO2型構造と呼ばれ、立方密充填酸素配列の固体マトリックス中のすべての六配位サイトをリチウムイオンと遷移金属イオンとが、各々半分ずつ規則正しく占める構造である。
図5は、層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造を示す模式図である。図5において、リチウムは3bサイト3を占有し、酸素は6cサイト2を占有し、遷移金属は3aサイト1を占有している。
層状構造は、特に限定されず、例えば、層状岩塩構造、ジグザグ層状岩塩構造が挙げられる。中でも、層状岩塩構造が好ましい。
The positive electrode active material of the first and second aspects of the present invention (hereinafter, also simply referred to as “the positive electrode active material of the present invention”) has at least a layered lithium transition metal composite oxide. The layered structure means that the crystal structure of the lithium transition metal composite oxide is layered. The layered structure is called an α-NaFeO 2 type structure, in which lithium ions and transition metal ions occupy half of each of the six coordination sites in a solid matrix having a cubic densely packed oxygen arrangement regularly.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a crystal structure of a layered lithium transition metal composite oxide. In FIG. 5, lithium
The layered structure is not particularly limited, and examples thereof include a layered rock salt structure and a zigzag layered rock salt structure. Among them, a layered rock salt structure is preferable.
層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物は特に限定されない。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、クロム酸リチウム、バナジン酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムが挙げられる。好適には、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムが挙げられる。
本発明に好適に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物については、後に詳述する。
The lithium transition metal composite oxide having a layered structure is not particularly limited. For example, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium chromate, lithium vanadate, lithium manganate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium manganate, and nickel cobalt lithium aluminate are mentioned. Preferably, lithium cobaltate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt lithium aluminate and nickel cobalt lithium manganate are mentioned.
The lithium transition metal composite oxide suitably used in the present invention will be described later in detail.
本発明の正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物の表面に、ジルコニウムを有する。
リチウム遷移金属複合酸化物は、通常、粒子であるが、その形態は特に限定されず、例えば、膜状であってもよい。粒子は、一次粒子であっても、二次粒子であってもよく、これらが混在していてもよい。
ジルコニウムは、その存在形態を特に限定されず、単体や化合物として存在することができる。
以下、リチウム遷移金属複合酸化物が粒子であり、ジルコニウムがジルコニウム化合物として存在する場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。
The positive electrode active material of the present invention has zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide.
The lithium transition metal composite oxide is usually a particle, but the form is not particularly limited, and may be, for example, a film. The particles may be primary particles or secondary particles, and these may be mixed.
The form of zirconium is not particularly limited, and can exist as a simple substance or a compound.
Hereinafter, the case where the lithium transition metal composite oxide is particles and zirconium is present as a zirconium compound will be described as an example. However, the present invention is not limited to these.
ジルコニウム化合物としては、酸化ジルコニウム、ジルコン酸リチウムが好ましい。更に好ましいジルコニウム化合物は、ZrO2、Li2ZrO3である。より好ましくは、Li2ZrO3である。
ジルコニウム化合物は、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面にどのような形で存在していても本発明の効果を発揮する。例えば、ジルコニウム化合物がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面全体に均一に被覆されている場合であっても、ジルコニウム化合物がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子表面の一部に均一に被覆されている場合であっても、負荷特性、低温特性および熱安定性が向上する。ただし、後述するように、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子が、ジルコニウム化合物の厚い層により完全に被覆されるのは、放電容量が低下する場合もあるので、好ましくない。
As the zirconium compound, zirconium oxide and lithium zirconate are preferable. More preferred zirconium compounds are ZrO 2 and Li 2 ZrO 3 . More preferably Li 2 ZrO 3.
The zirconium compound exerts the effects of the present invention regardless of the form of the zirconium compound present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles. For example, even when the zirconium compound is uniformly coated on the entire surface of the particles of the lithium transition metal composite oxide, the zirconium compound is uniformly coated on a part of the particle surface of the lithium transition metal composite oxide. Even if it is, the load characteristics, low-temperature characteristics, and thermal stability are improved. However, as described later, it is not preferable that the particles of the lithium transition metal composite oxide be completely covered with the thick layer of the zirconium compound because the discharge capacity may be reduced.
より好ましくは、ジルコニウム化合物がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面全体に均一に被覆されている場合である。この場合、負荷特性、低温特性、サイクル特性および熱安定性が向上するだけでなく、更に高負荷特性および低温負荷特性も向上した非水電解質二次電池用正極活物質を得ることができる。
また、ジルコニウム化合物は少なくともその粒子の表面に存在していればよい。したがって、ジルコニウム化合物が粒子の内部に存在していてもよい。この場合、粒子の内部に存在するジルコニウム化合物は、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造中に取り込まれていてもよい。粒子の内部にジルコニウム化合物が存在することにより、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の結晶構造の安定化が図られ、更にサイクル特性が向上すると考えられる。
More preferably, the zirconium compound is uniformly coated on the entire surface of the lithium transition metal composite oxide particles. In this case, a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having not only improved load characteristics, low-temperature characteristics, cycle characteristics, and thermal stability but also improved high-load characteristics and low-temperature load characteristics can be obtained.
The zirconium compound only needs to be present at least on the surface of the particle. Therefore, the zirconium compound may be present inside the particles. In this case, the zirconium compound present inside the particles may be incorporated in the crystal structure of the lithium transition metal composite oxide. It is considered that the presence of the zirconium compound inside the particles stabilizes the crystal structure of the particles of the lithium transition metal composite oxide and further improves the cycle characteristics.
ジルコニウム化合物がリチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面に存在しているかどうかは、種々の方法によって解析することができる。例えば、オージェ電子分光法(AES:Auger Electron Spectroscopy)、X線光電子分光法(XPS:X−ray Photoelectron Spectroscopy)で解析することができる。
また、ジルコニウム化合物の定量は種々の方法を用いることができる。例えば、誘導結合高周波プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)分光分析法、滴定法で定量することができる。
Whether or not the zirconium compound is present on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles can be analyzed by various methods. For example, analysis can be performed by Auger Electron Spectroscopy (AES) or X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS).
Various methods can be used for the determination of the zirconium compound. For example, it can be quantified by inductively coupled high-frequency plasma (ICP: Inductively Coupled Plasma) spectroscopy or titration.
本発明の第一の態様の正極活物質に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物は、その表面におけるジルコニウムの存在割合が20%以上である。また、本発明の第二の態様の正極活物質に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物は、その表面におけるジルコニウムの存在割合を特に限定されないが、20%以上であるのが好ましい。
この場合、リチウム遷移金属複合酸化物の表面にジルコニウムが均一に分散された状態となるため、即ち、ジルコニウム化合物が局所的に偏在していないため、界面抵抗が減少し、これにより常温下および低温下での負荷時の放電電位が高くなり、負荷時の容量維持率が向上する。即ち、負荷特性および低温特性が向上すると考えられる。
また、充電時において負極にリチウムが局所的に析出するのを抑えることができると考えられる。このため、充電時にガスが発生することを抑制し、ドライアウトを防止することができるためサイクル特性が向上すると考えられる。
更に、表面に均一にジルコニウム化合物が存在することにより、酸素の脱離が抑制され熱安定性が向上すると考えられる。
したがって、サイクル特性、低温特性および熱安定性だけでなく、負荷特性および低温負荷特性にも優れる正極活物質が得られる。
In the lithium transition metal composite oxide used for the positive electrode active material of the first embodiment of the present invention, the proportion of zirconium on the surface is 20% or more. In the lithium transition metal composite oxide used for the positive electrode active material according to the second aspect of the present invention, the proportion of zirconium on the surface is not particularly limited, but is preferably 20% or more.
In this case, since the zirconium is uniformly dispersed on the surface of the lithium transition metal composite oxide, that is, since the zirconium compound is not locally localized, the interface resistance decreases, thereby reducing the temperature at normal temperature and low temperature. Under the load, the discharge potential at the time of load increases, and the capacity retention rate at the time of load improves. That is, it is considered that the load characteristics and the low-temperature characteristics are improved.
It is also considered that local deposition of lithium on the negative electrode during charging can be suppressed. For this reason, it is considered that generation of gas during charging can be suppressed and dryout can be prevented, so that cycle characteristics are improved.
Further, it is considered that the presence of the zirconium compound uniformly on the surface suppresses the elimination of oxygen and improves the thermal stability.
Therefore, a positive electrode active material having not only cycle characteristics, low-temperature characteristics, and thermal stability but also excellent load characteristics and low-temperature load characteristics can be obtained.
また、本発明の第一および第二の態様のいずれにおいても、リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合が40%以上であるのが好ましく、60%以上であるのが更に好ましく、80%以上であるのが更に好ましい。
このようにジルコニウムの存在割合が大きいと、負荷特性の中でも、更に高い負荷をかけたときの負荷特性(高負荷特性)および低温での負荷特性(低温負荷特性)が、より優れたものとなる。
In any of the first and second aspects of the present invention, the proportion of zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide is preferably 40% or more, more preferably 60% or more, More preferably, it is at least 80%.
When the proportion of zirconium is large as described above, among the load characteristics, the load characteristics when a higher load is applied (high load characteristics) and the load characteristics at a low temperature (low temperature load characteristics) are more excellent. .
本発明において、「リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合」は、以下のようにして求められる。
まず、波長分散型X線分光装置(WDX)を装備した電子線マイクロアナライザ(EPMA)によって、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子群について、表面のジルコニウムの存在状態を観察する。ついで、観察視野中、単位面積あたりのジルコニウム量が最も多い部分(ジルコニウムのピークが最も大きい部分:極大ピーク部分)を選択し、この部分を通過する線分(例えば、長さ260μmの線分)に沿ってライン分析を行う。ライン分析において、上記単位面積あたりのジルコニウム量が最も多い部分におけるピークの値(極大ピーク値)を100%としたときのピークが4%以上の部分の長さの合計を、上記線分の長さで除した商を、「リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合」とする。なお、リチウム遷移金属複合酸化物の任意の表面においてライン分析を複数回(例えば、10回)行うことによって、「リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合」の平均値を用いるのが好ましい。
上記方法においては、ジルコニウムのピークが4%未満の部分は、ジルコニウム量が最も多い部分との差が大きいため、本発明における存在割合には含めない。
In the present invention, “the abundance ratio of zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide” is determined as follows.
First, the presence state of zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide particles is observed using an electron beam microanalyzer (EPMA) equipped with a wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDX). Next, in the observation visual field, a portion having the largest amount of zirconium per unit area (a portion having a largest zirconium peak: a maximum peak portion) is selected, and a line segment passing through this portion (for example, a line segment having a length of 260 μm) is selected. Perform line analysis along. In the line analysis, when the peak value (maximum peak value) in the portion where the amount of zirconium per unit area is the largest is 100%, the total length of the portion where the peak is 4% or more is the length of the line segment. The quotient divided by the above is defined as “the proportion of zirconium present on the surface of the lithium transition metal composite oxide”. Note that by performing line analysis a plurality of times (for example, 10 times) on an arbitrary surface of the lithium transition metal composite oxide, the average value of “the abundance ratio of zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide” can be used. preferable.
In the above method, a portion where the peak of zirconium is less than 4% has a large difference from a portion where the amount of zirconium is the largest, and therefore is not included in the abundance ratio in the present invention.
上述した「リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合」により、リチウム遷移金属複合酸化物の表面において、ジルコニウムが均一に存在しているか、偏って存在しているかを表すことができる。具体的には、この存在割合が大きいほど、リチウム遷移金属複合酸化物の表面に存在するジルコニウムが、均一に分散されていることを意味する。 The above-mentioned “ratio of zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide” can indicate whether zirconium is present uniformly or unevenly on the surface of the lithium transition metal composite oxide. Specifically, it means that zirconium present on the surface of the lithium transition metal composite oxide is more uniformly dispersed as the abundance ratio increases.
本発明の第一の態様においては、上述したように、リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合が20%以上である。即ち、リチウム遷移金属複合酸化物の表面において、ジルコニウムの極大ピーク部分を通過する線分に沿ってライン分析を行ったときに、以下の関係式を満たす。 In the first aspect of the present invention, as described above, the proportion of zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide is 20% or more. That is, the following relational expression is satisfied when a line analysis is performed on the surface of the lithium transition metal composite oxide along a line segment passing through the maximum peak portion of zirconium.
(ジルコニウムの極大ピーク値を100%としたときのピーク値が4%以上の部分の長さの合計)/(線分の長さ)≧0.2 (Sum of the length of the portion where the peak value of zirconium is 4% or more when the maximum peak value is 100%) / (length of line segment) ≧ 0.2
なお、ジルコニウムの極大ピーク値を100%としたときのジルコニウムのピーク値が70%以上である部分の割合が100%であることは好ましくない。この場合、放電容量が低くなることがあるからである。この場合は、リチウム遷移金属複合酸化物の表面がジルコニウムの厚い層で被覆されていると考えられる。 In addition, when the maximum peak value of zirconium is 100%, it is not preferable that the ratio of the portion where the peak value of zirconium is 70% or more is 100%. In this case, the discharge capacity may be reduced. In this case, it is considered that the surface of the lithium transition metal composite oxide is covered with a thick layer of zirconium.
本発明の正極活物質において、リチウム遷移金属複合酸化物の表面に存在するジルコニウム化合物の割合は、前記リチウム遷移金属複合酸化物に対し、ジルコニウムが0.01〜2mol%であるのが好ましい。0.01mol%以上であると、リチウム遷移金属複合酸化物の表面全体にジルコニウム化合物が存在できるため好ましい。2mol%以下であると、放電容量が大きくなるため好ましい。より好ましくは、0.02〜0.3mol%であり、更に好ましくは0.04〜0.25mol%である。
上記範囲であると、低温特性、サイクル特性および熱安定性が向上するだけでなく、高負荷特性および低温負荷特性も向上した非水電解質二次電池用正極活物質を得ることができる。
In the positive electrode active material of the present invention, the ratio of the zirconium compound present on the surface of the lithium transition metal composite oxide is preferably 0.01 to 2 mol% of zirconium based on the lithium transition metal composite oxide. When the content is 0.01 mol% or more, the zirconium compound can be present on the entire surface of the lithium transition metal composite oxide, which is preferable. When the content is 2 mol% or less, the discharge capacity increases, which is preferable. More preferably, it is 0.02 to 0.3 mol%, and still more preferably 0.04 to 0.25 mol%.
When the content is in the above range, it is possible to obtain a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having not only improved low-temperature characteristics, cycle characteristics, and thermal stability but also improved high-load characteristics and low-temperature load characteristics.
以下、本発明に好適に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物を例示する。なお、いずれのリチウム遷移金属複合酸化物も、少なくともその表面にジルコニウムを有し、本発明の第一の態様に用いられる場合、その表面におけるジルコニウムの存在割合が20%以上である。 Hereinafter, lithium transition metal composite oxides suitably used in the present invention will be exemplified. Note that any lithium transition metal composite oxide has zirconium on at least its surface, and when used in the first embodiment of the present invention, the proportion of zirconium on its surface is 20% or more.
(1)コバルト酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種
リチウム遷移金属複合酸化物がコバルト酸リチウムまたはニッケルコバルト酸リチウムの場合、サイクル特性を更に向上させ、優れた負荷特性、低温特性および熱安定性の非水電解質二次電池用正極活物質になる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を、携帯電話やノートパソコン等の用途に好適に用いることができる。
リチウム遷移金属複合酸化物がニッケルコバルトアルミン酸リチウムの場合、更に負荷特性、低温特性、出力特性、サイクル特性および熱安定性が向上した非水電解質二次電池用正極活物質になる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を電気自動車、携帯電話およびノートパソコン等の用途に好適に用いることができる。
リチウム遷移金属複合酸化物がニッケルコバルトマンガン酸リチウムの場合、更に負荷特性、低温特性、出力特性およびサイクル特性が向上し、より熱安定性が向上した非水電解質二次電池用正極活物質になる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を携帯電話、電動工具および電気自動車等の用途に好適に用いることができる。
(1) When the lithium transition metal composite oxide is at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminate and lithium nickel cobalt manganate, the lithium transition metal composite oxide is lithium cobalt oxide or lithium nickel cobalt oxide; A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having further improved cycle characteristics and excellent load characteristics, low-temperature characteristics and thermal stability. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as mobile phones and notebook computers.
When the lithium transition metal composite oxide is nickel cobalt lithium aluminate, it becomes a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having improved load characteristics, low-temperature characteristics, output characteristics, cycle characteristics and thermal stability. Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material can be suitably used for applications such as electric vehicles, mobile phones, and notebook computers.
When the lithium transition metal composite oxide is nickel nickel cobalt manganate, the load characteristics, low-temperature characteristics, output characteristics, and cycle characteristics are further improved, and the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery with improved thermal stability is obtained. . Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be suitably used for applications such as mobile phones, electric tools, and electric vehicles.
ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムは、コバルト酸リチウムと同様の層状構造の結晶構造を有する。
しかしながら、これらには、従来、コバルト酸リチウムに比べて、ガスが多量に発生し、放電時の電位も低くなるという問題があった。
本発明においては、これらの表面にジルコニウムを存在させるため、原料中の残留リチウムが減少し、充電時のガスの発生を防止することができる。
また、界面抵抗が減少し、これにより常温下および低温下での負荷時の放電電位が高くなり、負荷時の容量維持率が向上する。即ち、負荷特性および低温特性が向上すると考えられる。
更に、充電時において負極にリチウムが局所的に析出するのを抑えることができると考えられる。このため、充電時にガスが発生することを抑制し、ドライアウトを防止することができるためサイクル特性が向上すると考えられる。
更に、表面にジルコニウム化合物が存在することにより、酸素の脱離が抑制され熱安定性が向上すると考えられる。
したがって、リチウム遷移金属複合酸化物が、少なくともその表面にジルコニウムを有する、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、本発明の第二の態様は、有用である。
Lithium nickel cobaltate, lithium nickel cobalt aluminate and lithium nickel cobalt manganate have the same layered crystal structure as lithium cobalt oxide.
However, these have a problem in that a large amount of gas is generated and the potential at the time of discharge is low as compared with lithium cobalt oxide.
In the present invention, since zirconium is present on these surfaces, residual lithium in the raw material is reduced, and generation of gas during charging can be prevented.
In addition, the interface resistance is reduced, thereby increasing the discharge potential under normal temperature and low temperature under load, and improving the capacity retention rate under load. That is, it is considered that the load characteristics and the low-temperature characteristics are improved.
Further, it is considered that local precipitation of lithium on the negative electrode during charging can be suppressed. For this reason, it is considered that generation of gas during charging can be suppressed and dryout can be prevented, so that cycle characteristics are improved.
Further, it is considered that the presence of the zirconium compound on the surface suppresses the elimination of oxygen and improves the thermal stability.
Therefore, the lithium transition metal composite oxide having at least zirconium on its surface is at least one selected from the group consisting of lithium nickel cobaltate, lithium nickel cobalt aluminate and lithium nickel cobalt manganate, The second embodiment is useful.
(2)コバルトと同一でない遷移金属、周期表の2族、13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、コバルト酸リチウム
これらの元素を含むことで、負荷特性、低温特性、サイクル特性および熱安定性が更に向上する。
中でも、コバルト酸リチウムが、一般式LixCoOy(式中、xは0.95≦x≦1.10を満たす数を表し、yは1.8≦y≦2.2を満たす数を表す。)で表されるのが好ましい。
好適な具体例として、一般式がLiaCo1-bMbOcXdSe(式中、Mはコバルトと同一でない遷移金属ならびに周期表の2族、13族および14族の元素からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、Xはハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種を表し、aは0.95≦a≦1.10を満たす数を表し、bは0<b≦0.10を満たす数を表し、cは1.8≦c≦2.2を満たす数を表し、dは0≦d≦0.10を満たす数を表し、eは0≦e≦0.015を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。
(2) Lithium cobalt oxide containing at least one element selected from the group consisting of transition metals that are not the same as cobalt, elements of
Among them, lithium cobaltate is a compound represented by the general formula Li x CoO y (where x represents a number satisfying 0.95 ≦ x ≦ 1.10, and y represents a number satisfying 1.8 ≦ y ≦ 2.2. )).
Preferred specific examples of the general formula is in Li a Co 1-b M b O c X d S e ( wherein, M is a
(3)ニッケルおよびコバルトと同一でない遷移金属、周期表の2族、13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルト酸リチウム;ニッケルおよびコバルトと同一でない遷移金属、周期表の2族、アルミニウムと同一でない13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム;または、ニッケル、コバルトおよびマンガンと同一でない遷移金属、周期表の2族、13族および14族の元素、ハロゲン元素ならびに硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム
これらの元素を含むことで、負荷特性、低温特性、出力特性、サイクル特性および熱安定性のさらなる向上を実現することができる。したがって、この正極活物質を用いた非水電解質二次電池を電気工具、電気自動車、携帯電話、ノートパソコン等の用途に好適に用いることができる。
(3) Nickel lithium cobaltate containing at least one element selected from the group consisting of transition metals not identical to nickel and cobalt, elements of
中でも、CoおよびNiと同一でない遷移金属(下記式においてZがMnの場合はCo、NiおよびMnと同一でない遷移金属)、周期表の2族、13族(下記式においてZがAlの場合はAlと同一でない13族の元素)および14族の元素、ハロゲン元素ならびにSからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、一般式がLikNimCopZ(1-m-p)Or(式中、ZはAlまたはMnを表し、kは0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mは0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pは0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pはm+p≦1を満たす数を表し、rは1.8≦r≦2.2を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。
Among them, transition metals that are not the same as Co and Ni (transition metals that are not the same as Co, Ni and Mn when Z is Mn in the following formula),
好適な具体例として、一般式がLikNimCopZ(1-m-p)Or(式中、ZはAlまたはMnを表し、kは0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mは0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pは0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pはm+p≦1を満たす数を表し、rは1.8≦r≦2.2を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。 Preferred specific examples, the general formula Li k Ni m Co p Z ( 1-mp) O r ( where, Z is represents Al or Mn, k is a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10 And m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, p represents a number satisfying 0.1 ≦ p ≦ 0.9, m + p represents a number satisfying m + p ≦ 1, and r represents 1 .8 ≦ r ≦ 2.2.) Represents a lithium transition metal composite oxide.
(4)チタン、アルミニウム、バナジウム、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよび硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、コバルト酸リチウム
これらの元素が存在することによってピラー効果が生じ、結晶構造が安定することによりサイクル特性が向上すると考えられる。また、表面修飾によりサイクル特性が向上すると考えられる。
より好ましくはチタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことである。チタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことにより、更にサイクル特性が向上する。またマグネシウムを含むことによりこれらの効果に加えて、更に熱安定性が向上する。
(4) Lithium cobalt oxide containing at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, vanadium, zirconium, magnesium, calcium, strontium, and sulfur The presence of these elements causes a pillar effect, resulting in a crystal structure It is considered that the cycle characteristics are improved by stabilizing. It is considered that the cycle characteristics are improved by the surface modification.
More preferably, it contains at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium. By including at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium, the cycle characteristics are further improved. Further, by containing magnesium, in addition to these effects, thermal stability is further improved.
中でも、コバルト酸リチウムが、一般式LixCoOy(式中、xは0.95≦x≦1.10を満たす数を表し、yは1.8≦y≦2.2を満たす数を表す。)で表されるのが好ましい。 Among them, lithium cobaltate is a compound represented by the general formula Li x CoO y (where x represents a number satisfying 0.95 ≦ x ≦ 1.10, and y represents a number satisfying 1.8 ≦ y ≦ 2.2. )).
(5)チタン、アルミニウム、バナジウム、ジルコニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよび硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種
これらの元素が存在することによってピラー効果が生じ、結晶構造が安定することによりサイクル特性が向上すると考えられる。また表面修飾によりサイクル特性が向上すると考えられる。
より好ましくはチタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む。チタン、アルミニウム、ジルコニウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことにより、サイクル特性が更に向上する。またマグネシウムを含むことによりこれらの効果に加えてより熱安定性が向上する。
(5) It consists of lithium nickel cobaltate, lithium nickel cobalt lithium aluminate and lithium nickel cobalt manganate containing at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, vanadium, zirconium, magnesium, calcium, strontium and sulfur. It is considered that the presence of at least one element selected from the group causes a pillar effect, and that the crystal structure is stabilized to improve cycle characteristics. It is also considered that the surface modification improves the cycle characteristics.
More preferably, it contains at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium. By including at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, zirconium and magnesium, the cycle characteristics are further improved. Further, by containing magnesium, the thermal stability is further improved in addition to these effects.
中でも、Ti、Al、V、Zr、Mg、Ca、SrおよびSからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む、一般式がLikNimCopZ(1-m-p)Or(式中、ZはAlまたはMnを表し、kは0.95≦k≦1.10を満たす数を表し、mは0.1≦m≦0.9を満たす数を表し、pは0.1≦p≦0.9を満たす数を表し、m+pはm+p≦1を満たす数を表し、rは1.8≦r≦2.2を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。 Among them, Ti, Al, V, Zr , Mg, Ca, comprises at least one element selected from the group consisting of Sr and S, the general formula Li k Ni m Co p Z ( 1-mp) O r ( Formula In the formula, Z represents Al or Mn, k represents a number satisfying 0.95 ≦ k ≦ 1.10, m represents a number satisfying 0.1 ≦ m ≦ 0.9, and p represents 0.1 ≦ represents a number that satisfies p ≦ 0.9, m + p represents a number that satisfies m + p ≦ 1, and r represents a number that satisfies 1.8 ≦ r ≦ 2.2.) Is preferred.
好適な具体例として、一般式がLiaCo1-bMbOcXdSe(式中、MはTi、Al、V、Zr、Mg、CaおよびSrからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を表し、Xはハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種を表し、aは0.95≦a≦1.10を満たす数を表し、bは0<b≦0.10を満たす数を表し、cは1.8≦c≦2.2を満たす数を表し、dは0≦d≦0.10を満たす数を表し、eは0≦e≦0.015を満たす数を表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。 Specific preferable examples, at least the general formula in Li a Co 1-b M b O c X d S e ( wherein, M is Ti, Al, V, Zr, Mg, selected from the group consisting of Ca and Sr 1 X represents at least one element selected from halogen elements, a represents a number satisfying 0.95 ≦ a ≦ 1.10, and b represents a number satisfying 0 <b ≦ 0.10. , C represents a number satisfying 1.8 ≦ c ≦ 2.2, d represents a number satisfying 0 ≦ d ≦ 0.10, and e represents a number satisfying 0 ≦ e ≦ 0.015.) The lithium transition metal composite oxide represented is mentioned.
リチウム遷移金属複合酸化物の比表面積は、0.2〜3m2/gであるのが好ましい。
比表面積が小さすぎると、正極活物質の粒径が大きくなりすぎて、電池特性が低下する。比表面積が大きすぎると、正極活物質表面またはその近傍で起こる電解液の酸化分解反応の反応性が増し、発生するガス量が増える。上記範囲であると、低温特性、出力特性および熱安定性の向上を損なうことなく、ガス発生が低減でき、より優れたサイクル特性および負荷特性が得られる。
比表面積は、窒素ガス吸着法により測定することができる。
The specific surface area of the lithium transition metal composite oxide is preferably from 0.2 to 3 m 2 / g.
If the specific surface area is too small, the particle size of the positive electrode active material becomes too large, and the battery characteristics deteriorate. If the specific surface area is too large, the reactivity of the oxidative decomposition reaction of the electrolytic solution occurring on or near the surface of the positive electrode active material increases, and the amount of generated gas increases. Within the above ranges, gas generation can be reduced without impairing the low-temperature characteristics, output characteristics, and thermal stability, and more excellent cycle characteristics and load characteristics can be obtained.
The specific surface area can be measured by a nitrogen gas adsorption method.
リチウム遷移金属複合酸化物は、体積基準の粒子径が50μm以上の粒子の割合が、全粒子の10体積%以下であるのが好ましい。上記範囲であると、負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性の向上を損なうことなく、塗布特性およびスラリー性状を向上させることができる。 In the lithium transition metal composite oxide, the proportion of particles having a volume-based particle diameter of 50 μm or more is preferably 10% by volume or less of all the particles. Within the above ranges, the coating properties and the slurry properties can be improved without impairing the improvements in the load characteristics, low-temperature characteristics, output characteristics, and thermal stability.
本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物の表面の少なくとも一部をAl2O3および/またはLiTiO2の粉末からなる被覆層が被覆しているのが、好ましい態様の一つである。
被覆層がAl2O3の粉末からなると、電気二重層中の移動速度を多少低下することができ、結晶格子中のリチウムイオンの移動速度とバランスを保つことができると考えられる。したがって、負荷特性および高負荷特性の向上を損なうことなく、電圧降下を改善することができる。
また、被覆層がLiTiO2の粉末からなると、充放電時にリチウムイオンの授受を行う際、特異な現象が起きているため、負荷特性および高負荷特性の向上を損なうことなく、更に負荷特性を向上させることができる。LiTiO2は空間群Fm3mに属するのが好ましい。
In a preferred embodiment of the present invention, at least a part of the surface of the lithium transition metal composite oxide is covered with a coating layer made of Al 2 O 3 and / or LiTiO 2 powder.
It is considered that when the coating layer is made of Al 2 O 3 powder, the moving speed in the electric double layer can be reduced somewhat, and the moving speed of lithium ions in the crystal lattice can be kept in balance. Therefore, the voltage drop can be improved without impairing the improvement of the load characteristics and the high load characteristics.
When the coating layer is made of LiTiO 2 powder, a unique phenomenon occurs when lithium ions are exchanged during charging and discharging, so that the load characteristics can be further improved without impairing the load characteristics and the high load characteristics. Can be done. LiTiO 2 preferably belongs to the space group Fm3m.
また、本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物の表面に硫酸根を有するのが、好ましい態様の一つである。
層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物の表面に硫酸根を有することにより、硫酸根が電子を通しやすくすると考えられる。そのため低温特性、出力特性、サイクル特性および熱安定性の向上を損なうことなく、更に負荷特性が向上する。
In a preferred embodiment of the present invention, a sulfate group is provided on the surface of the lithium transition metal composite oxide.
It is considered that by having a sulfate group on the surface of the lithium transition metal composite oxide having a layered structure, the sulfate group easily conducts electrons. Therefore, the load characteristics can be further improved without impairing the low-temperature characteristics, output characteristics, cycle characteristics, and thermal stability.
<非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法>
本発明の正極活物質の製造方法は、特に限定されない。以下、本発明の正極活物質の製造方法の一例について説明する。
<Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery>
The method for producing the positive electrode active material of the present invention is not particularly limited. Hereinafter, an example of the method for producing a positive electrode active material of the present invention will be described.
例えば、本発明に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物がコバルト酸リチウムの場合
、まず、かくはんしている純水中に所定の組成比のコバルトイオンとジルコニウムイオンを含む水溶液を滴下する。更にpH7〜11となるようにアルカリ溶液を滴下し、コバルトとジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得る。
上記水溶液は、特に限定されない。例えば、コバルトとジルコニウムのそれぞれの水に溶解する化合物(例えば、塩)を水に溶解させて得ることができる。
For example, when the lithium transition metal composite oxide used in the present invention is lithium cobalt oxide, first, an aqueous solution containing a predetermined composition ratio of cobalt ions and zirconium ions is dropped into pure water being stirred. Further, an alkaline solution is added dropwise so as to have a pH of 7 to 11, and cobalt and zirconium are precipitated to obtain a precipitate.
The aqueous solution is not particularly limited. For example, it can be obtained by dissolving each of water-soluble compounds (for example, salts) of cobalt and zirconium in water.
コバルトの化合物は特に限定されない。基本的には水溶液を作りうる塩であればいずれも使用可能である。例えば、塩化コバルト、ヨウ化コバルト、硫酸コバルト、臭素酸コバルト、硝酸コバルトが挙げられる。中でも、CoSO4・7H2O、Co(NO3)・6H2Oが好ましい。 The cobalt compound is not particularly limited. Basically, any salt that can form an aqueous solution can be used. Examples include cobalt chloride, cobalt iodide, cobalt sulfate, cobalt bromate, and cobalt nitrate. Among them, CoSO 4 · 7H 2 O, Co (NO 3) · 6H 2 O are preferable.
ジルコニウムの化合物は特に限定されない。基本的には水溶液を作りうる塩であればいずれも使用可能である。例えば、硫酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、シュウ酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウムが挙げられる。中でも、Zr(SO4)2、ZrOCl2が好ましい。 The zirconium compound is not particularly limited. Basically, any salt that can form an aqueous solution can be used. Examples include zirconium sulfate, zirconium nitrate, zirconium oxalate, and zirconium oxychloride. Among them, Zr (SO 4 ) 2 and ZrOCl 2 are preferred.
アルカリ溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液が挙げられる。 Examples of the alkaline solution include an aqueous solution of sodium hydroxide, an aqueous solution of sodium hydrogen carbonate, an aqueous solution of potassium hydroxide, and an aqueous solution of lithium hydroxide.
上記と同様に、本発明に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物がニッケル酸リチウムの場合はニッケルとジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得る。ニッケルコバルト酸リチウムの場合はニッケル、コバルトおよびジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得る。ニッケルコバルトアルミン酸リチウムの場合はニッケル、コバルト、アルミニウムおよびジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得る。ニッケルコバルトマンガン酸リチウムの場合はニッケル、コバルト、マンガンおよびジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得る。 Similarly to the above, when the lithium transition metal composite oxide used in the present invention is lithium nickelate, nickel and zirconium are precipitated to obtain a precipitate. In the case of lithium nickel cobaltate, nickel, cobalt and zirconium are precipitated to obtain a precipitate. In the case of nickel cobalt lithium aluminate, nickel, cobalt, aluminum and zirconium are precipitated to obtain a precipitate. In the case of nickel cobalt lithium manganate, nickel, cobalt, manganese and zirconium are precipitated to obtain a precipitate.
ニッケルの化合物は特に限定されない。基本的には水溶液を作りうる塩であればいずれも使用可能である。例えば、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、ギ酸ニッケルが挙げられる。中でも、NiSO4・6H2O、Ni(NO3)2・6H2Oが好ましい。 The nickel compound is not particularly limited. Basically, any salt that can form an aqueous solution can be used. Examples include nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel sulfate, nickel nitrate, and nickel formate. Among them, NiSO 4 · 6H 2 O, Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O are preferable.
アルミニウムの化合物は特に限定されない。基本的には水溶液を作りうる塩であればいずれも使用可能である。例えば、塩化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウムが挙げられる。中でも、Al2(SO4)3・xH2O、Al(NO3)3・9H2Oが好ましい。 The aluminum compound is not particularly limited. Basically, any salt that can form an aqueous solution can be used. Examples include aluminum chloride, aluminum iodide, aluminum sulfate, and aluminum nitrate. Among them, Al 2 (SO 4 ) 3 .xH 2 O and Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O are preferable.
マンガンの化合物は特に限定されない。基本的には水溶液を作りうる塩であればいずれも使用可能である。例えば、塩化マンガン、ヨウ化マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガンが挙げられる。中でも、MnSO4・7H2O、MnCl2・4H2Oが好ましい。
The manganese compound is not particularly limited. Basically, any salt that can form an aqueous solution can be used. For example, there are manganese chloride, manganese iodide, manganese sulfate, and manganese nitrate. Among them, MnSO 4 · 7H 2 O,
つぎに、得られた沈殿物をろ過し、水洗し、熱処理した後、所定量のリチウム化合物と混合し、空気中または酸素分圧を制御した雰囲気中にて、650〜1200℃の温度で1〜36時間焼成を行い、本発明の正極活物質を得ることができる。 Next, the obtained precipitate is filtered, washed with water, heat-treated, mixed with a predetermined amount of a lithium compound, and dried at a temperature of 650 to 1200 ° C. in the air or in an atmosphere in which the oxygen partial pressure is controlled. By baking for up to 36 hours, the positive electrode active material of the present invention can be obtained.
リチウム化合物は特に限定されない。基本的にはリチウム化合物であればいずれも使用可能である。例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、酸化リチウム、過酸化リチウムが挙げられる。中でも、Li2CO3、LiOH、LiOH・H2O、Li2O、LiCl、LiNO3、Li2SO4、LiHCO3、Li(CH3COO)が好ましい。 The lithium compound is not particularly limited. Basically, any lithium compound can be used. Examples include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, lithium oxide, and lithium peroxide. Among them, Li 2 CO 3 , LiOH, LiOH · H 2 O, Li 2 O, LiCl, LiNO 3 , Li 2 SO 4 , LiHCO 3 , and Li (CH 3 COO) are preferable.
ここで、沈殿物をリチウム化合物と混合する際、更に、硫黄含有化合物、ハロゲン元素を含む化合物、ホウ素化合物等を加えて混合することもできる。 Here, when the precipitate is mixed with the lithium compound, a sulfur-containing compound, a compound containing a halogen element, a boron compound, and the like can be further added and mixed.
硫黄含有化合物は特に限定されない。例えば、硫化物、ヨウ化硫黄、硫化水素、硫酸とその塩、硫化窒素が挙げられる。中でも、Li2SO4、MnSO4・7H2O、(NH4)2SO4、Al2(SO4)3・xH2O、MgSO4が好ましい。
The sulfur-containing compound is not particularly limited. Examples include sulfide, sulfur iodide, hydrogen sulfide, sulfuric acid and its salts, and nitrogen sulfide. Among them, Li 2 SO 4, MnSO 4 · 7H 2 O, is (NH 4) 2 SO 4, Al 2 (SO 4) 3 · xH 2 O,
ハロゲン元素を含む化合物は特に限定されない。例えば、フッ化水素、フッ化酸素、フッ化水素酸、塩化水素、塩酸、酸化塩素、フッ化酸化塩素、酸化臭素、フルオロ硫酸臭素、ヨウ化水素、酸化ヨウ素、過ヨウ素酸が挙げられる。中でも、NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I、LiF、LiCl、LiBr、LiI、MnF2、MnCl2、MnBr2、MnI2が好ましい。 The compound containing a halogen element is not particularly limited. Examples include hydrogen fluoride, oxygen fluoride, hydrofluoric acid, hydrogen chloride, hydrochloric acid, chlorine oxide, chlorine fluoride oxide, bromine oxide, bromine fluorosulfate, hydrogen iodide, iodine oxide, and periodic acid. Among them, NH 4 F, NH 4 Cl, NH 4 Br, NH 4 I, LiF, LiCl, LiBr, LiI, MnF 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , and MnI 2 are preferable.
ホウ素化合物としては、特に限定されない。例えば、ホウ化物、酸化ホウ素、リン酸ホウ素が挙げられる。中でも、B2O3、H3BO3が好ましい。 The boron compound is not particularly limited. For example, boride, boron oxide, and boron phosphate are mentioned. Among them, B 2 O 3 and H 3 BO 3 are preferable.
焼成の温度は、650℃以上であるのが好ましく、750℃以上であるのがより好ましい。上記範囲であると、未反応の原料が、得られる正極活物質の中に残留することなく、正極活物質としての特性が十分に発揮される。
また、焼成の温度は、1200℃以下であるのが好ましく、1100℃以下であるのがより好ましい。上記範囲であると、単位重量あたりの放電容量の低下、サイクル特性の低下、動作電圧の低下等の問題の原因となる副生成物が生成しにくい。
焼成の時間は、1時間以上であるのが好ましく、6時間以上であるのがより好ましい。上記範囲であると、混合物の粒子間の拡散反応が十分に進行する。
また、焼成の時間は、36時間以下であるのが好ましく、30時間以下であるのがより好ましい。上記範囲であると、合成が十分に進む。
焼成雰囲気としては、例えば、空気、酸素ガスおよびこれらと窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスとの混合ガスが挙げられる。
The firing temperature is preferably 650 ° C. or higher, more preferably 750 ° C. or higher. When the content is in the above range, the unreacted raw material does not remain in the obtained positive electrode active material, and the characteristics as the positive electrode active material are sufficiently exhibited.
The firing temperature is preferably 1200 ° C. or lower, more preferably 1100 ° C. or lower. Within the above range, it is difficult to generate by-products that cause problems such as a decrease in discharge capacity per unit weight, a decrease in cycle characteristics, and a decrease in operating voltage.
The firing time is preferably at least 1 hour, more preferably at least 6 hours. Within the above range, the diffusion reaction between the particles of the mixture proceeds sufficiently.
In addition, the firing time is preferably 36 hours or less, and more preferably 30 hours or less. Within the above range, the synthesis proceeds sufficiently.
Examples of the sintering atmosphere include air, oxygen gas, and a mixed gas of these with an inert gas such as nitrogen gas or argon gas.
上記焼成により得られるリチウム遷移金属複合酸化物を乳鉢、ボールミル、振動ミル、ピンミル、ジェットミル等により粉砕することもできる。これにより、所望の比表面積および粒度分布とすることができる。 The lithium transition metal composite oxide obtained by the above calcination can be pulverized by a mortar, a ball mill, a vibration mill, a pin mill, a jet mill or the like. Thereby, a desired specific surface area and particle size distribution can be obtained.
以上の製造方法を使用することにより、目的とする本発明の正極活物質を得ることが可能である。 By using the above manufacturing method, it is possible to obtain the intended cathode active material of the present invention.
<非水電解質二次電池>
本発明の非水電解質二次電池は、上述した本発明の正極活物質を用いた非水電解質二次電池である。本発明の正極活物質は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等の非水電解質二次電池に好適に用いられる。
<Non-aqueous electrolyte secondary battery>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery using the above-described positive electrode active material of the present invention. The positive electrode active material of the present invention is suitably used for nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and lithium ion polymer secondary batteries.
非水電解質二次電池は、従来公知の非水電解質二次電池において、正極活物質の少なくとも一部として本発明の正極活物質を用いればよく、他の構成は特に限定されない。例えば、リチウムイオン二次電池には電解液が用いられ、リチウムイオンポリマー二次電池には固体電解質(ポリマー電解質)が用いられる。リチウムイオンポリマー二次電池に用いられる固体電解質としては、後述する固体電解質が挙げられる。
以下、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。
The nonaqueous electrolyte secondary battery may use the positive electrode active material of the present invention as at least a part of the positive electrode active material in a conventionally known nonaqueous electrolyte secondary battery, and other configurations are not particularly limited. For example, an electrolytic solution is used for a lithium ion secondary battery, and a solid electrolyte (polymer electrolyte) is used for a lithium ion polymer secondary battery. Examples of the solid electrolyte used for the lithium ion polymer secondary battery include a solid electrolyte described later.
Hereinafter, a lithium ion secondary battery will be described as an example.
正極活物質として本発明の正極活物質とともにマンガン酸リチウムを用いることができる。これにより、高電位、負荷特性および熱安定性だけでなく、過充電特性および安全性にも優れた非水電解質二次電池を得ることができる。 As the positive electrode active material, lithium manganate can be used together with the positive electrode active material of the present invention. As a result, it is possible to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery having not only high potential, load characteristics and thermal stability but also excellent overcharge characteristics and safety.
そのようなマンガン酸リチウムとしては、一般式がLiaMn3-aO4+f(aは0.8≦a≦1.2を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表す。)で表されるマンガン酸リチウムが好ましい。このマンガン酸リチウムは、その一部がマグネシウム、アルミニウム、カルシウム、バナジウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ホウ素およびスズからなる群から選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。 As such a lithium manganate, the general formula is Li a Mn 3-a O 4 + f (a represents a number satisfying 0.8 ≦ a ≦ 1.2, and f represents −0.5 ≦ f ≦ 0 .5 represents a number that satisfies .5). This lithium manganate is partially selected from the group consisting of magnesium, aluminum, calcium, vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, strontium, zirconium, niobium, molybdenum, boron and tin. May be substituted with at least one of the above.
また、正極活物質として本発明の正極活物質とともに次のリチウム遷移金属複合酸化物を用いるのも好ましい。即ち、第1のマンガン酸リチウムおよび第2のマンガン酸リチウムを有するリチウム遷移金属複合酸化物であって、第1のマンガン酸リチウムが、ホウ素を含有する第2のマンガン酸リチウムよりも小さい、リチウム遷移金属複合酸化物を用いるのも好ましい。これにより高電位、負荷特性および熱安定性だけでなく、過充電特性および安全性にも優れ、ドライアウトも防止することができる非水電解質二次電池を得ることができる。 It is also preferable to use the following lithium transition metal composite oxide together with the positive electrode active material of the present invention as the positive electrode active material. That is, a lithium transition metal composite oxide having a first lithium manganate and a second lithium manganate, wherein the first lithium manganate is smaller than the second lithium manganate containing boron. It is also preferable to use a transition metal composite oxide. This makes it possible to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery which is excellent not only in high potential, load characteristics and thermal stability but also in overcharge characteristics and safety and can prevent dryout.
負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料およびリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を好適に用いることができる。リチウム合金としては、例えば、LiAl合金,LiSn合金,LiPb合金が挙げられる。リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料としては、例えば、グラファイト、黒鉛が挙げられる。リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物としては、例えば、酸化スズ、酸化チタン等の酸化物が挙げられる。 As the negative electrode active material, at least one selected from the group consisting of metallic lithium, a lithium alloy, a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions, and a compound capable of inserting and extracting lithium ions can be suitably used. Examples of the lithium alloy include a LiAl alloy, a LiSn alloy, and a LiPb alloy. Examples of the carbon material capable of inserting and extracting lithium ions include graphite and graphite. Examples of the compound capable of inserting and extracting lithium ions include oxides such as tin oxide and titanium oxide.
電解液としては、作動電圧で変質したり、分解したりしない化合物であれば特に限定されない。
電解液に用いられる溶媒としては、例えば、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルホルメート、γ−ブチロラクトン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の有機溶媒が挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。
The electrolytic solution is not particularly limited as long as it is a compound that does not deteriorate or decompose at the operating voltage.
Examples of the solvent used for the electrolytic solution include dimethoxyethane, diethoxyethane, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl formate, γ-butyrolactone, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, Organic solvents such as sulfolane are exemplified. These can be used alone or in combination of two or more.
電解液に用いられる電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタン酸リチウム等のリチウム塩が挙げられる。
上述した溶媒と電解質とを混合して電解液とする。ここで、ゲル化剤等を添加し、ゲル状として使用してもよい。また、吸湿性ポリマーに吸収させて使用してもよい。更に、無機系または有機系のリチウムイオンの導電性を有する固体電解質を使用してもよい。
Examples of the electrolyte used for the electrolytic solution include lithium salts such as lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, and lithium trifluoromethane.
The above-mentioned solvent and electrolyte are mixed to form an electrolyte. Here, a gelling agent or the like may be added and used as a gel. Further, it may be used after being absorbed by a hygroscopic polymer. Further, a solid electrolyte having inorganic or organic lithium ion conductivity may be used.
セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン製、ポリプロピレン製等の多孔性膜等が挙げられる。 Examples of the separator include a porous film made of polyethylene, polypropylene, or the like.
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、アクリル樹脂等が挙げられる。 Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyamide, and acrylic resin.
本発明の正極活物質と、上述した負極活物質、電解液、セパレーターおよび結着剤を用いて、定法に従い、本発明の非水電解質二次電池を得ることができる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be obtained according to a standard method using the positive electrode active material of the present invention, the above-described negative electrode active material, electrolytic solution, separator and binder.
本発明の正極活物質を用いて正極を製造する好ましい方法を以下に説明する。
本発明の正極活物質の粉末に、アセチレンブラック、黒鉛等のカーボン系導電剤、結着剤および結着剤の溶媒または分散媒とを混合することにより正極合剤を調製する。得られた正極合剤をスラリーまたは混練物とし、アルミニウム箔等の集電体に塗布し、または担持させ、プレス圧延して正極活物質層を集電体に形成させる。
図6は、正極の模式的な断面図である。図6に示されているように、正極13は、正極活物質5を結着剤4により集電体12上に保持させてなる。
A preferred method for producing a positive electrode using the positive electrode active material of the present invention will be described below.
A positive electrode mixture is prepared by mixing a powder of the positive electrode active material of the present invention with a carbon-based conductive agent such as acetylene black or graphite, a binder, and a solvent or a dispersion medium of the binder. The obtained positive electrode mixture is formed into a slurry or a kneaded material, which is applied or supported on a current collector such as an aluminum foil, and is pressed and rolled to form a positive electrode active material layer on the current collector.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the positive electrode. As shown in FIG. 6, the positive electrode 13 is formed by holding the positive electrode
本発明の正極活物質は、導電剤粉末との混合性に優れ、電池の内部抵抗が小さいと考えられる。したがって、充放電特性、特に負荷特性に優れる。
また、本発明の正極活物質は、結着剤と混練するときも、流動性に優れ、また、結着剤の高分子と絡まりやすく、優れた結着性を有する。
It is considered that the positive electrode active material of the present invention is excellent in the mixing property with the conductive agent powder and the internal resistance of the battery is small. Therefore, the charge / discharge characteristics, particularly the load characteristics, are excellent.
In addition, the positive electrode active material of the present invention has excellent fluidity even when kneaded with a binder, easily entangles with a polymer of the binder, and has excellent binding properties.
本発明の非水電解質二次電池の好適な態様として、本発明の正極活物質を用いた正極活物質層を、帯状正極集電体の少なくとも片面(即ち、片面でも両面でもよい。)に形成させることにより構成した帯状正極と、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、帯状セパレータとを具備し、前記帯状正極と前記帯状負極とを前記帯状セパレータを介して積層した状態で複数回巻回させて、前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している渦巻型の巻回体を構成してなる、非水電解質二次電池が挙げられる。
このような非水電解質二次電池は、製造工程が簡単であるとともに、正極活物質層および負極活物質層の割れや、これらの帯状セパレータからのはく離が生じにくい。また、電池容量が大きく、エネルギー密度が高い。特に、本発明の正極活物質は、充填性に優れ、かつ結合材となじみやすい。そのため、高い充放電容量を有し、かつ、結着性、表面の平滑性に優れた正極になるため、正極活物質層の割れやはく離を防ぐことができる。
また、本発明の正極活物質を用いた正極活物質層を、帯状正極集電体の両面に形成させ、上記負極活物質を用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の両面に形成させることにより、本発明の電池特性を損なわずに、より高い充放電容量を有する非水電解質二次電池を得ることができる。
As a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a positive electrode active material layer using the positive electrode active material of the present invention is formed on at least one surface (that is, either one surface or both surfaces) of the belt-shaped positive electrode current collector. And a negative electrode active material layer using as a negative electrode active material a metallic lithium, a lithium alloy, a carbon material capable of storing and releasing lithium ions or a compound capable of storing and releasing lithium ions. A band-shaped negative electrode formed by being formed on at least one surface of the body, and a band-shaped separator, and the band-shaped positive electrode and the band-shaped negative electrode are wound a plurality of times in a laminated state with the band-shaped separator interposed therebetween; A non-aqueous electrolyte secondary battery includes a spiral wound body in which the strip separator is interposed between a positive electrode and the strip negative electrode.
Such a nonaqueous electrolyte secondary battery has a simple manufacturing process and is less likely to crack the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and to be separated from the strip separator. Also, the battery capacity is large and the energy density is high. In particular, the positive electrode active material of the present invention has excellent filling properties and is easily compatible with a binder. Therefore, a positive electrode having a high charge / discharge capacity, and excellent in binding property and surface smoothness can be prevented, so that cracking and peeling of the positive electrode active material layer can be prevented.
In addition, a positive electrode active material layer using the positive electrode active material of the present invention is formed on both sides of a belt-shaped positive electrode current collector, and a negative electrode active material layer using the above negative electrode active material is formed on both sides of a band-shaped negative electrode current collector. By doing so, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a higher charge / discharge capacity can be obtained without impairing the battery characteristics of the present invention.
また、本発明の非水電解質二次電池の別の好適な態様として、正極、負極、セパレータおよび非水電解質を有する非水電解質二次電池であって、下記Iを正極の正極活物質として、下記IIを負極の負極活物質として用いる非水電解質二次電池が挙げられる。この非水電解質二次電池は、負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性だけでなく、過充電特性および安全性にも優れている。 Further, as another preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a separator and a non-aqueous electrolyte, the following I as a positive electrode active material of the positive electrode, A non-aqueous electrolyte secondary battery using the following II as a negative electrode active material of a negative electrode is exemplified. This non-aqueous electrolyte secondary battery is excellent not only in load characteristics, low-temperature characteristics, output characteristics and thermal stability but also in overcharge characteristics and safety.
I:一般式がLiaMn3-aO4+f(aは0.8≦a≦1.2を満たす数を表し、fは−0.5≦f≦0.5を満たす数を表す。)で表されるマンガン酸リチウムと、本発明の正極活物質に用いられるリチウム遷移金属複合酸化物とを、前記マンガン酸リチウムの重量をAとし、前記リチウム遷移金属複合酸化物の重量をBとした場合に、0.2≦B/(A+B)≦0.8の範囲になるように混合する非水電解質二次電池用正極活物質。
II:金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料およびリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種からなる負極活物質。
I: general formula Li a Mn 3-a O 4 + f (a is a number satisfying 0.8 ≦ a ≦ 1.2, f is a number satisfying -0.5 ≦ f ≦ 0.5 ) And the lithium transition metal composite oxide used for the positive electrode active material of the present invention, wherein the weight of the lithium manganate is A and the weight of the lithium transition metal composite oxide is B In this case, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is mixed so as to satisfy the range of 0.2 ≦ B / (A + B) ≦ 0.8.
II: a negative electrode active material comprising at least one selected from the group consisting of metallic lithium, lithium alloys, carbon materials capable of inserting and extracting lithium ions, and compounds capable of inserting and extracting lithium ions.
上記Iの正極活物質においては、0.4≦B/(A+B)≦0.6の範囲になるように混合することが好ましい。0.4≦B/(A+B)≦0.6の範囲であれば、負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性だけでなく、過充電特性および安全性の向上が著しいからである。
なお、上記Iの正極活物質においては、マンガン酸リチウムの一部が、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、バナジウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ホウ素およびスズからなる群から選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよい。
上記IIの負極活物質に用いられるリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物としては、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を含むスピネル構造からなる一般式がLiaTibO4+c(aは0.8≦a≦1.5を満たす数を表し、bは1.5≦b≦2.2を満たす数を表し、cは−0.5≦c≦0.5を満たす数を表す。)で表される非水電解質二次電池用負極活物質が好ましい。このとき負荷特性、低温特性、出力特性および熱安定性だけでなく、サイクル特性が非常に向上した非水電解質二次電池を得ることができる。
In the positive electrode active material of the above I, it is preferable to mix them so that 0.4 ≦ B / (A + B) ≦ 0.6. This is because in the range of 0.4 ≦ B / (A + B) ≦ 0.6, not only load characteristics, low-temperature characteristics, output characteristics, and thermal stability but also overcharge characteristics and safety are remarkably improved.
In the positive electrode active material of the above I, part of lithium manganate is magnesium, aluminum, calcium, vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, strontium, zirconium, niobium, molybdenum. , Boron and tin may be substituted.
As the negative electrode active capable of absorbing and releasing compound lithium ions used in the material of the II, the general formula Li a Ti b O 4 + c (a consisting of spinel structure containing an alkali metal and / or
本発明の非水電解質二次電池の形状は、特に限定されず、円筒型、コイン型、角型、ラミネート型等とすることができる。
図7は、円筒型電池の模式的な断面図である。図7に示されるように、円筒型電池20においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、集電体12上に負極活物質層を形成させた負極11とが、セパレーター14を介して、繰り返し積層されている。
図8は、コイン型電池の模式的な部分断面図である。図8に示されるように、コイン型電池30においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、負極11とが、セパレーター14を介して、積層されている。
図9は、角型電池の模式的な断面斜視図である。図9に示されるように、角型電池40においては、集電体12上に正極活物質層を形成させた正極13と、集電体12上に負極活物質層を形成させた負極11とが、セパレーター14を介して、繰り返し積層されている。
The shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be a cylindrical type, a coin type, a square type, a laminate type, or the like.
FIG. 7 is a schematic sectional view of a cylindrical battery. As shown in FIG. 7, in the
FIG. 8 is a schematic partial sectional view of a coin-type battery. As shown in FIG. 8, in a coin-
FIG. 9 is a schematic sectional perspective view of a prismatic battery. As shown in FIG. 9, in the prismatic battery 40, the positive electrode 13 in which the positive electrode active material layer is formed on the
<非水電解質二次電池の用途>
本発明の正極活物質を用いた非水電解質二次電池の用途は特に限定されない。例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、ポケットパソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤ、携帯電話、コードレスフォン子機、電子手帳、電卓、液晶テレビ、電気シェーバ、電動工具、電子翻訳機、自動車電話、携帯プリンタ、トランシーバ、ページャ、ハンディターミナル、携帯コピー、音声入力機器、メモリカード、バックアップ電源、テープレコーダ、ラジオ、ヘッドホンステレオ、ハンディクリーナ、ポータブルコンパクトディスク(CD)プレーヤ、ビデオムービ、ナビゲーションシステム等の機器の電源として用いることができる。
また、照明機器、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、冷蔵庫、オーブン電子レンジ、食器洗浄器、洗濯機、乾燥器、ゲーム機器、玩具、ロードコンディショナ、医療機器、自動車、電気自動車、ゴルフカート、電動カート、電力貯蔵システム等の電源としても用いることができる。
更に、用途は、民生用に限定されず、軍需用または宇宙用とすることもできる。
<Uses of non-aqueous electrolyte secondary batteries>
The use of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention is not particularly limited. For example, notebook personal computers, pen input personal computers, pocket personal computers, notebook type word processors, pocket word processors, e-book players, mobile phones, cordless handsets, electronic notebooks, calculators, LCD TVs, electric shavers, electric tools, electronic translators, automobiles Telephone, portable printer, transceiver, pager, handy terminal, portable copy, voice input device, memory card, backup power supply, tape recorder, radio, headphone stereo, handy cleaner, portable compact disc (CD) player, video movie, navigation system, etc. It can be used as a power source for devices.
In addition, lighting equipment, air conditioners, TVs, stereos, water heaters, refrigerators, microwave ovens, dishwashers, washing machines, dryers, game machines, toys, road conditioners, medical equipment, automobiles, electric vehicles, golf carts, It can also be used as a power source for electric carts, power storage systems, and the like.
Further, the application is not limited to civilian use, but may be for military use or space use.
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.
1.正極活物質の作製
〔実施例1〕
かくはんしている純水中に所定の組成比となるように硫酸コバルト水溶液とオキシ塩化ジルコニウム水溶液を滴下した。オキシ塩化ジルコニウム水溶液は、ジルコニウムがコバルトに対して0.2mol%となるように滴下した。更にpH7〜7.5となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、60℃、回転数650rpmでコバルトとジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気中にて995℃で7時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
1. Preparation of positive electrode active material [Example 1]
An aqueous solution of cobalt sulfate and an aqueous solution of zirconium oxychloride were added dropwise to the stirred pure water so as to have a predetermined composition ratio. The aqueous solution of zirconium oxychloride was added dropwise so that the amount of zirconium was 0.2 mol% with respect to cobalt. Further, an aqueous solution of sodium hydroxide was added dropwise so as to have a pH of 7 to 7.5, and cobalt and zirconium were precipitated at 60 ° C. at a rotation speed of 650 rpm to obtain a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and fired at 995 ° C. for 7 hours in the air. Thus, a positive electrode active material was obtained.
〔実施例2〕
かくはんしている純水中に所定の組成比となるように硫酸コバルト水溶液とオキシ塩化ジルコニウム水溶液を滴下した。オキシ塩化ジルコニウム水溶液は、ジルコニウムがコバルトに対して0.04mol%となるように滴下した。更にpH7〜7.5となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、60℃、回転数650rpmでコバルトとジルコニウムを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気中にて995℃で7時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
[Example 2]
An aqueous solution of cobalt sulfate and an aqueous solution of zirconium oxychloride were added dropwise to the stirred pure water so as to have a predetermined composition ratio. The aqueous solution of zirconium oxychloride was dropped so that the amount of zirconium was 0.04 mol% with respect to cobalt. Further, an aqueous solution of sodium hydroxide was added dropwise so as to have a pH of 7 to 7.5, and cobalt and zirconium were precipitated at 60 ° C. at a rotation speed of 650 rpm to obtain a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and fired at 995 ° C. for 7 hours in the air. Thus, a positive electrode active material was obtained.
〔実施例3〕
かくはんしている純水中に所定の組成比となるようにコバルトおよびニッケルを含有する水溶液を滴下した。更にpH9となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、80℃、回転数650rpmでコバルトとニッケルを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、酸化ジルコニウムおよび水酸化リチウムと混合し、酸素分圧を制御した雰囲気中にて約750℃で約10時間焼成した。酸化ジルコニウムは沈殿物に対して、ジルコニウム換算で0.03mol%混合させた。このようにして正極活物質を得た。
[Example 3]
An aqueous solution containing cobalt and nickel was dropped into stirred pure water so as to have a predetermined composition ratio. Further, an aqueous solution of sodium hydroxide was added dropwise so as to have a pH of 9, and cobalt and nickel were precipitated at 80 ° C. at a rotation speed of 650 rpm to obtain a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with zirconium oxide and lithium hydroxide, and calcined at about 750 ° C. for about 10 hours in an atmosphere with a controlled oxygen partial pressure. Zirconium oxide was mixed with the precipitate at 0.03 mol% in terms of zirconium. Thus, a positive electrode active material was obtained.
〔比較例1〕
原料となる化合物として炭酸リチウム(Li2CO3)、四三酸化コバルト(Co3O4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)を使用した。所定の組成比となるように前記原料となる化合物を秤量し、乾式混合して原料混合粉末とした。得られた原料混合粉末を大気雰囲気中にて995℃で7時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
[Comparative Example 1]
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), cobalt trioxide (Co 3 O 4 ), and zirconium oxide (ZrO 2 ) were used as compounds as raw materials. The raw material compound was weighed so as to have a predetermined composition ratio, and was dry-mixed to obtain a raw material mixed powder. The obtained raw material mixed powder was fired in an air atmosphere at 995 ° C. for 7 hours. Thus, a positive electrode active material was obtained.
〔比較例2〕
かくはんしている純水中に所定の組成比となるように硫酸コバルト水溶液を滴下した。ここでpH7となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、60℃、回転数650rpmでコバルトを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、炭酸リチウムと混合し、大気中にて1045℃で7時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
[Comparative Example 2]
An aqueous solution of cobalt sulfate was dropped into the stirred pure water so as to have a predetermined composition ratio. Here, an aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise so as to have a pH of 7, and cobalt was precipitated at 60 ° C. at a rotation speed of 650 rpm to obtain a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium carbonate, and fired at 1045 ° C. for 7 hours in the air. Thus, a positive electrode active material was obtained.
〔比較例3〕
かくはんしている純水中に所定の組成比となるようにコバルトおよびニッケルを含有する水溶液を滴下した。更にpH9となるように水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、80℃、回転数650rpmでコバルトとニッケルを沈殿させ、沈殿物を得た。得られた沈殿物をろ過、水洗後、熱処理したのち、水酸化リチウムと混合し、酸素分圧を制御した雰囲気中にて約750℃で約10時間焼成した。このようにして正極活物質を得た。
[Comparative Example 3]
An aqueous solution containing cobalt and nickel was dropped into stirred pure water so as to have a predetermined composition ratio. Further, an aqueous solution of sodium hydroxide was added dropwise so as to have a pH of 9, and cobalt and nickel were precipitated at 80 ° C. at a rotation speed of 650 rpm to obtain a precipitate. The obtained precipitate was filtered, washed with water, heat-treated, mixed with lithium hydroxide, and calcined at about 750 ° C. for about 10 hours in an atmosphere having a controlled oxygen partial pressure. Thus, a positive electrode active material was obtained.
2.正極活物質の性状
(1)正極活物質の構成
実施例1〜3および比較例1〜3で得られた正極活物質について、ICP分光分析法を行った。
実施例1で得られた正極活物質は、0.2mol%のジルコニウムが存在するLiCoO2であった。XPSにより、実施例1で得られた正極活物質の表面にZrが存在していることが分かった。EPMAにより、実施例1で得られた正極活物質の表面のZrは、均一に存在していることが分かった。粒子表面におけるZrの存在割合は、98.3%であった。
実施例2で得られた正極活物質は、0.04mol%のジルコニウムが存在するLiCoO2であった。XPSにより、実施例2で得られた正極活物質の表面にZrが存在していることが分かった。EPMAにより、実施例2で得られた正極活物質の表面のZrは、均一に存在していることが分かった。粒子表面におけるZrの存在割合は、20%以上の範囲に入っていた。
実施例3で得られた正極活物質は、リチウムニッケルコバルト酸複合酸化物に対して0.03mol%のジルコニウムが存在するLiNi0.79Co0.21O2であった。XRD(X線回折法)により、実施例3で得られた正極活物質の表面にZrが存在していることが分かった。
比較例1で得られた正極活物質は、0.2mol%のジルコニウムが存在するLiCoO2であった。EPMAにより、比較例1で得られた正極活物質の表面に存在するZrの偏析が激しいことが分かった。粒子表面におけるZrの存在割合は、12.8%であった。
比較例2で得られた正極活物質は、LiCoO2であった。
比較例3で得られた正極活物質は、LiNi0.79Co0.21O2であった。
2. Properties of Positive Electrode Active Material (1) Configuration of Positive Electrode Active Material The positive electrode active materials obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to ICP spectroscopy.
The positive electrode active material obtained in Example 1 was LiCoO 2 in which 0.2 mol% of zirconium was present. XPS showed that Zr was present on the surface of the positive electrode active material obtained in Example 1. EPMA showed that Zr on the surface of the positive electrode active material obtained in Example 1 was uniformly present. The existence ratio of Zr on the particle surface was 98.3%.
The positive electrode active material obtained in Example 2 was LiCoO 2 having 0.04 mol% of zirconium. XPS showed that Zr was present on the surface of the positive electrode active material obtained in Example 2. EPMA showed that Zr on the surface of the positive electrode active material obtained in Example 2 was uniformly present. The existence ratio of Zr on the particle surface was in the range of 20% or more.
The positive electrode active material obtained in Example 3 was LiNi 0.79 Co 0.21 O 2 in which 0.03 mol% of zirconium was present based on the lithium nickel cobaltate composite oxide. XRD (X-ray diffraction) showed that Zr was present on the surface of the positive electrode active material obtained in Example 3.
The positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 was LiCoO 2 in which 0.2 mol% of zirconium was present. EPMA revealed that the segregation of Zr present on the surface of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 was severe. The existence ratio of Zr on the particle surface was 12.8%.
The positive electrode active material obtained in Comparative Example 2 was LiCoO 2 .
The positive electrode active material obtained in Comparative Example 3 was LiNi 0.79 Co 0.21 O 2 .
実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物についてEPMAによって260μm間の2点についてライン分析をした結果を図1に示す。図1から実施例1のリチウム遷移金属複合酸化物は、その粒子の表面にジルコニウムが均一に分散しており偏析が少ないことが分かる。
比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物についてEPMAによって260μm間の2点についてライン分析をした結果を図2に示す。図2から比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物は、その粒子の表面にジルコニウムがほとんど存在せず、存在しているとしても偏析していることが分かる。
FIG. 1 shows the result of line analysis of the lithium transition metal composite oxide of Example 1 at two points between 260 μm by EPMA. From FIG. 1, it can be seen that in the lithium transition metal composite oxide of Example 1, zirconium is uniformly dispersed on the surface of the particles and segregation is small.
FIG. 2 shows the results of line analysis of the lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1 at two points between 260 μm by EPMA. From FIG. 2, it can be seen that the lithium transition metal composite oxide of Comparative Example 1 has almost no zirconium on the surface of the particles, and segregates even if present.
(2)正極活物質の比表面積
得られた正極活物質の比表面積を、窒素ガスを用いた定圧式BET吸着法により求めた。
実施例1で得られた正極活物質の比表面積は、0.55m2/gであった。比較例1で得られた正極活物質の比表面積は、0.47m2/gであった。
(2) Specific Surface Area of Positive Electrode Active Material The specific surface area of the obtained positive electrode active material was determined by a constant pressure BET adsorption method using nitrogen gas.
The specific surface area of the positive electrode active material obtained in Example 1 was 0.55 m 2 / g. The specific surface area of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 was 0.47 m 2 / g.
(3)結晶性
得られた正極活物質についてX線回折法を行った。
X線回折法は、例えば、管電流100mA、管電圧40kVの条件で行うことができる。X線回折法で求められた(104)面または(110)面に起因する回折ピークより、下記式(1)で表されるシェラーの式によって、結晶性が算出される。
(3) Crystallinity An X-ray diffraction method was performed on the obtained positive electrode active material.
The X-ray diffraction method can be performed, for example, under the conditions of a tube current of 100 mA and a tube voltage of 40 kV. The crystallinity is calculated from the diffraction peak attributable to the (104) plane or (110) plane obtained by the X-ray diffraction method, according to Scherrer's formula represented by the following formula (1).
D=Kλ/(βcosθ) (1) D = Kλ / (βcosθ) (1)
上記式中、Dは(104)結晶性(Å)または(110)結晶性(Å)を表し、Kはシェラー定数(Kは、光学系調整用焼結Si(理学電気社製)を使用し、(104)面または(110)面に起因する回折ピークが1000Åとなる値を使用する。)を表し、λはX線源の波長(CuKα1の場合は、1.540562Å)を表し、βはβ=By(Bは観測プロファイルの幅を意味し、yはy=0.9991−0.019505b−2.8205b2+2.878b3−1.0366b4により算出される。ここで、bは装置定数プロファイルの幅を意味する。)により算出され、θは回折角(degree)を表す。
In the above formula, D represents (104) crystallinity (Å) or (110) crystallinity (Å), and K is a Scherrer constant (K is a sintered Si for optical system adjustment (manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.) , (104) or (110) the diffraction peak due to the (110) plane is 1000 °), λ represents the wavelength of the X-ray source (1.540562 ° for CuKα1), and β is β = by (B denotes the width of the observation profile, y is calculated by y = 0.9991-0.019505b-2.8205b 2 + 2.878b 3 -1.0366
ここでは、X線回折装置を用い、X線源としてCuKα1を用いて、管電流を100mA、管電圧を40kVに設定して行った。
実施例1で得られた正極活物質の結晶性は、924Åであった。比較例1で得られた正極活物質の結晶性は、989Åであった。
Here, an X-ray diffractometer was used, CuKα1 was used as an X-ray source, and the tube current was set to 100 mA and the tube voltage was set to 40 kV.
The crystallinity of the positive electrode active material obtained in Example 1 was 924 °. The crystallinity of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 was 989 °.
3.正極活物質の評価(1)
(1)リチウムイオン二次電池の作製
実施例1および2ならびに比較例1で得られた各正極活物質について、試験用二次電池を作製して、以下のようにして評価した。
正極活物質の粉末90重量部と、導電剤となる炭素粉末5重量部と、ポリフッ化ビニリデンのノルマルメチルピロリドン溶液(ポリフッ化ビニリデン量として5重量部)とを混練してペーストを調製した。得られたペーストを正極集電体に塗布し、負極がリチウム金属である試験用二次電池を得た。
3. Evaluation of positive electrode active material (1)
(1) Preparation of Lithium Ion Secondary Battery For each positive electrode active material obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, a test secondary battery was prepared and evaluated as follows.
A paste was prepared by kneading 90 parts by weight of the powder of the positive electrode active material, 5 parts by weight of carbon powder to be a conductive agent, and a normal methylpyrrolidone solution of polyvinylidene fluoride (5 parts by weight as polyvinylidene fluoride). The obtained paste was applied to a positive electrode current collector to obtain a test secondary battery in which the negative electrode was lithium metal.
(2)負荷特性
放電負荷0.2C(なお、1Cは、1時間で放電が終了する電流負荷である。)、充電電位4.3V、放電電位2.75Vの条件で、初期放電容量を測定した後、放電負荷1C、充電電位4.3V、放電電位2.75Vの条件で、負荷放電容量を測定した。放電負荷1Cのときの、負荷容量維持率(%)を下記の式から求めた。
(2) Load characteristics The initial discharge capacity was measured under the conditions of a discharge load of 0.2 C (1 C is a current load at which discharge is completed in one hour), a charge potential of 4.3 V, and a discharge potential of 2.75 V. After that, the load discharge capacity was measured under the conditions of a discharge load of 1 C, a charge potential of 4.3 V, and a discharge potential of 2.75 V. The load capacity retention ratio (%) at a discharge load of 1C was determined from the following equation.
負荷容量維持率(%)=(1Cの放電容量)/(0.2Cの放電容量)×100 Load capacity maintenance rate (%) = (1 C discharge capacity) / (0.2 C discharge capacity) × 100
つぎに、放電負荷2C、充電電位4.3V、放電電位2.75Vの条件で、高負荷放電容量を測定した。放電負荷2Cのときの、負荷容量維持率(%)を下記の式から求めた。 Next, a high load discharge capacity was measured under the conditions of a discharge load of 2C, a charge potential of 4.3 V, and a discharge potential of 2.75 V. The load capacity maintenance ratio (%) at the time of the discharge load 2C was determined from the following equation.
負荷容量維持率(%)=(2Cの放電容量)/(0.2Cの放電容量)×100 Load capacity maintenance ratio (%) = (2C discharge capacity) / (0.2C discharge capacity) × 100
(3)平均電圧
放電負荷0.2C、充電電位4.3V、放電電圧2.75Vの条件で、初期放電容量と電力量を測定した。平均電圧を下記の式から求めた。
(3) Average voltage The initial discharge capacity and the electric energy were measured under the conditions of a discharge load of 0.2 C, a charge potential of 4.3 V, and a discharge voltage of 2.75 V. The average voltage was determined from the following equation.
平均電圧(V)=電力量(mWh/g)/容量(mAh/g) Average voltage (V) = electric energy (mWh / g) / capacity (mAh / g)
結果を第1表に示す。また、実施例1および比較例1の正極活物質を用いた試験用二次電池の平均電圧を求めた際の放電容量と電位との関係を図3に示し、実施例2および比較例1の正極活物質を用いた試験用二次電池の平均電圧を求めた際の放電容量と電位との関係を図4に示す。 The results are shown in Table 1. FIG. 3 shows the relationship between the discharge capacity and the potential when the average voltage of the test secondary batteries using the positive electrode active materials of Example 1 and Comparative Example 1 was obtained. FIG. 4 shows the relationship between the discharge capacity and the potential when the average voltage of the test secondary battery using the positive electrode active material was obtained.
第1表から明らかなように、本発明の正極活物質(実施例1および2)は、高電位で、負荷特性および高負荷特性が優れていることが分かる。
また、本発明の正極活物質は、インピーダンスおよび低温インピーダンスが小さいため、出力特性および低温出力特性にも優れている。更には、低温負荷特性も優れており、熱安定性にも優れている。
As is clear from Table 1, the positive electrode active materials of the present invention (Examples 1 and 2) have a high potential, and have excellent load characteristics and high load characteristics.
In addition, since the positive electrode active material of the present invention has low impedance and low-temperature impedance, it has excellent output characteristics and low-temperature output characteristics. Furthermore, it has excellent low-temperature load characteristics and excellent thermal stability.
これに対して、乾式混合して原料混合粉末を得られた、リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合が少ない正極活物質(比較例1)は、電位、負荷特性、高負荷特性、低温負荷特性、出力特性、低温出力特性および熱安定性に劣っている。 On the other hand, the positive electrode active material (Comparative Example 1) in which the ratio of zirconium is small on the surface of the lithium transition metal composite oxide obtained by dry-mixing and obtaining the raw material mixed powder is potential, load characteristics, and high load characteristics. , Low-temperature load characteristics, output characteristics, low-temperature output characteristics and thermal stability.
4.正極活物質の評価(2)
実施例1および比較例2で得られた各正極活物質について、ラミネート電池を作製して、以下のようにして評価した。
試験用二次電池の場合と同様の方法により、正極板を得た。また、負極活物質として炭素材料を用い、正極板の場合と同様にして負極集電体に塗布し乾燥させて負極板とした。セパレータには多孔性ポリプロピレンフィルムを用いた。電解液には、エチレンカーボネート/メチルエチルカーボネート=3/7(体積比)の混合溶媒にLiPF6を1mol/Lの濃度になるように溶解させた溶液を用いた。正極板、負極板およびセパレータを薄いシート状に成形し、これを積層させてラミネートフィルムの電池ケースに収納し、電池ケース内に電解液を注入して、ラミネート電池を得た。
4. Evaluation of positive electrode active material (2)
For each of the positive electrode active materials obtained in Example 1 and Comparative Example 2, a laminated battery was prepared and evaluated as follows.
A positive electrode plate was obtained in the same manner as in the case of the test secondary battery. In addition, a carbon material was used as a negative electrode active material, and applied to a negative electrode current collector and dried in the same manner as in the case of the positive electrode plate to obtain a negative electrode plate. A porous polypropylene film was used for the separator. As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate / methyl ethyl carbonate = 3/7 (volume ratio) to a concentration of 1 mol / L was used. The positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator were formed into a thin sheet, laminated, stored in a battery case of a laminate film, and injected with an electrolytic solution into the battery case to obtain a laminate battery.
(1)インピーダンス
測定にはインピーダンス測定装置(SI1287およびSI1260、いずれもSOLARTRON社製)を使用した。
ラミネート電池の正負極に設けたリード線に測定装置のクリップを取り付け、交流インピーダンス法によりSOC60%、0℃の条件で、0.1Hz時の内部インピーダンスを測定した。インピーダンスが小さいほど出力特性に優れると言える。
(1) Impedance The impedance measurement device (SI1287 and SI1260, both manufactured by SOLARTRON) was used.
The clips of the measuring device were attached to the lead wires provided on the positive and negative electrodes of the laminated battery, and the internal impedance at 0.1 Hz at an SOC of 60% and 0 ° C. was measured by an AC impedance method. It can be said that the smaller the impedance, the better the output characteristics.
(2)熱安定性
ラミネート電池を用いて、定電流による充放電を行い、なじませた。その後、CC−CV充電、終止電圧4.2V、充電終止電流0.02mAにて0.2Cレートで充電を行った。充電が完了した後、ラミネート電池から正極を取り出し、ラミネート電池に使用した電解液に含まれる一成分の溶液で洗浄して乾燥させ、正極から正極活物質を削り取った。アルミニウムセルに、電解液に使用するエチレンカーボネートと、正極から削り取った正極活物質を0.40:1.00の重量比で入れ、示差走査熱量を昇温速度5.0℃/minで測定した。
示差走査熱量分析(DSC:Differential Scanning Calorimetry)は、物質および基準物質の温度をプログラムに従って変化させながら、その物質と基準物質に対するエネルギー入力の差を温度の関数として測定する方法である。低温部では温度が上昇しても示差走査熱量は変化しなかったが、ある温度以上では示差走査熱量が大きく増大した。この時の温度を発熱開始温度とした。発熱開始温度が高いほど熱安定性がよい。
(2) Thermal stability Using a laminated battery, charging and discharging were performed at a constant current, and the battery was adapted. Thereafter, charging was performed at a rate of 0.2 C with CC-CV charging, a termination voltage of 4.2 V, and a termination current of 0.02 mA. After the charging was completed, the positive electrode was taken out of the laminated battery, washed with a one-component solution contained in the electrolytic solution used for the laminated battery, dried, and the positive electrode active material was scraped off from the positive electrode. Ethylene carbonate used for the electrolyte and the positive electrode active material scraped from the positive electrode were put into an aluminum cell at a weight ratio of 0.40: 1.00, and the differential scanning calorimetry was measured at a rate of temperature increase of 5.0 ° C./min. .
Differential scanning calorimetry (DSC) is a method of measuring the difference between the energy input of a substance and a reference substance as a function of temperature while changing the temperature of the substance and the reference substance according to a program. In the low temperature part, the differential scanning calorific value did not change even when the temperature increased, but at a certain temperature or higher, the differential scanning calorific value greatly increased. The temperature at this time was defined as the heat generation start temperature. The higher the heat generation start temperature, the better the thermal stability.
結果を第2表に示す。 The results are shown in Table 2.
第2表から、本発明の正極活物質(実施例1)は、インピーダンスが低減しており、出力特性に優れていることが分かる。また、熱安定性に優れていることが分かる。 Table 2 shows that the positive electrode active material of the present invention (Example 1) has reduced impedance and excellent output characteristics. Further, it can be seen that the thermal stability is excellent.
5.正極活物質の評価(3)
実施例3および比較例3で得られた各正極活物質について、上記と同様の方法により、負極がリチウム金属である試験用二次電池を作製して、上記と同様の方法により、負荷特性を評価した。
また、実施例3および比較例3で得られた各正極活物質について、負極がカーボンである以外は上記と同様の方法により、負極がカーボンである試験用二次電池を作製し、上記と同様の方法により、インピーダンスを測定した。比較例3で得られたインピーダンスの値と実施例3で得られたインピーダンスの値との差を、比較例3で得られたインピーダンスの値で除して、インピーダンスの減少率を求めた。減少率が大きいほど出力特性に優れると言える。
結果を第3表に示す。
5. Evaluation of positive electrode active material (3)
For each of the positive electrode active materials obtained in Example 3 and Comparative Example 3, a test secondary battery in which the negative electrode was made of lithium metal was produced in the same manner as described above, and the load characteristics were measured in the same manner as described above. evaluated.
For each of the positive electrode active materials obtained in Example 3 and Comparative Example 3, a test secondary battery in which the negative electrode was carbon was produced in the same manner as described above except that the negative electrode was carbon, and the same as above. The impedance was measured by the above method. The difference between the value of the impedance obtained in Comparative Example 3 and the value of the impedance obtained in Example 3 was divided by the value of the impedance obtained in Comparative Example 3 to determine the rate of decrease in impedance. It can be said that the larger the reduction rate, the better the output characteristics.
The results are shown in Table 3.
第3表から、本発明の正極活物質(実施例3)は、負荷特性および出力特性に優れていることが分かる。 Table 3 shows that the positive electrode active material of the present invention (Example 3) is excellent in load characteristics and output characteristics.
1 3aサイト
2 6cサイト
3 3bサイト
4 結着剤
5 正極活物質
11 負極
12 集電体
13 正極
14 セパレータ
20 円筒型電池
30 コイン型電池
40 角型電池
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面におけるジルコニウムの存在割合が20%以上である、非水電解質二次電池用正極活物質。 A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered structure lithium transition metal composite oxide,
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the proportion of zirconium on the surface of the lithium transition metal composite oxide is 20% or more.
前記リチウム遷移金属複合酸化物の表面において、ジルコニウムの極大ピーク部分を通過する線分に沿ってライン分析を行ったときに、以下の関係式を満たす、非水電解質二次電池用正極活物質。
(ジルコニウムの極大ピーク値を100%としたときのピーク値が4%以上の部分の長さの合計)/(線分の長さ)≧0.2 A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered structure lithium transition metal composite oxide,
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which satisfies the following relational expression when a line analysis is performed on a surface of the lithium transition metal composite oxide along a line segment passing through a maximum peak portion of zirconium.
(Sum of the length of the portion where the peak value of zirconium is 4% or more when the maximum peak value is 100%) / (length of line segment) ≧ 0.2
前記リチウム遷移金属複合酸化物は、少なくともその表面にジルコニウムを有する、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウムおよびニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、非水電解質二次電池用正極活物質。 A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having at least a layered structure lithium transition metal composite oxide,
The non-aqueous electrolyte secondary oxide is at least one selected from the group consisting of lithium nickel cobaltate, lithium nickel cobalt aluminate and lithium nickel cobalt manganate, the lithium transition metal composite oxide having zirconium on at least its surface. Positive electrode active material for batteries.
金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料またはリチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物を負極活物質として用いた負極活物質層を、帯状負極集電体の少なくとも片面に形成させることにより構成した帯状負極と、
帯状セパレータとを具備し、
前記帯状正極と前記帯状負極とを前記帯状セパレータを介して積層した状態で複数回巻回させて、前記帯状正極と前記帯状負極との間に前記帯状セパレータが介在している渦巻型の巻回体を構成してなる、非水電解質二次電池。 A positive electrode active material layer using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5, a band-shaped positive electrode formed by forming on at least one surface of a band-shaped positive electrode current collector,
By forming a negative electrode active material layer using lithium metal, a lithium alloy, a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions or a compound capable of inserting and extracting lithium ions as an anode active material on at least one surface of the strip-shaped negative electrode current collector. A configured strip-shaped negative electrode,
A belt-shaped separator,
A spiral winding in which the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode are wound a plurality of times in a stacked state with the strip-shaped separator interposed therebetween, and the strip-shaped separator is interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a body.
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