JP2008010234A - Positive electrode active material and non-aqueous electrolyte battery - Google Patents
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Abstract
【課題】充放電サイクルに優れた正極活物質およびこれを用いた非水電解質電池を提供する。
【解決手段】正極合剤層2Bは、正極活物質を含有する。この正極活物質は、X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて
、酸素K吸収端の530eV付近に現れる吸収端ピークが一定の挙動を示すものである。このような正極活物質を用いることにより、充電状態での界面での反応を抑え、電池特性を向上できる。
【選択図】 図2A positive electrode active material excellent in charge / discharge cycle and a nonaqueous electrolyte battery using the same are provided.
A positive electrode mixture layer 2B contains a positive electrode active material. This positive electrode active material has a behavior in which the absorption edge peak appearing in the vicinity of 530 eV at the oxygen K absorption edge in the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method has a constant behavior. is there. By using such a positive electrode active material, reaction at the interface in the charged state can be suppressed, and battery characteristics can be improved.
[Selection] Figure 2
Description
この発明は、正極活物質および非水電解質電池に関し、さらに詳しくは、リチウム複合酸化物を主体とする正極活物質およびこれを用いた非水電解質電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material and a non-aqueous electrolyte battery, and more particularly to a positive electrode active material mainly composed of a lithium composite oxide and a non-aqueous electrolyte battery using the same.
携帯機器の多機能化および高性能化につれて、機器の消費電力は高まりつつあり、電源となる電池は、より一層の高容量が要求されている。なかでも、経済性と機器の小型軽量化との観点から、高エネルギー密度の二次電池が強く要望されている。代表的な二次電池としては、例えば、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池、リチウムイオン二次電池等が知られている。 With the increase in functionality and performance of portable devices, the power consumption of the devices is increasing, and the battery serving as a power source is required to have a higher capacity. In particular, a secondary battery having a high energy density is strongly demanded from the viewpoints of economy and reduction in size and weight of equipment. As typical secondary batteries, for example, lead storage batteries, alkaline storage batteries, lithium ion secondary batteries and the like are known.
二次電池の中でも、特にリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度等の利点を有する。リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な正極および負極と、非水電解液、ゲル電解質、固体電解質等の電解質とから構成される。 Among secondary batteries, lithium ion secondary batteries have advantages such as high output and high energy density. A lithium ion secondary battery includes a positive electrode and a negative electrode capable of reversibly inserting and removing lithium ions, and an electrolyte such as a non-aqueous electrolyte, a gel electrolyte, and a solid electrolyte.
リチウムイオン二次電池用の正極材料としては、リチウムイオンをインターカレート・デインターカレートできるLiCoO2、LiNiO2若しくはLiMn2O4、またはこれらのリチウム含有遷移金属化合物の金属元素を一部置換した複合酸化物が用いられる。スピネル構造を有するLiMn2O4は、高エネルギー密度、高電圧を有するため、よく使用されており、高電圧を有する安価な材料として開発が進められている。 As a positive electrode material for lithium ion secondary batteries, LiCoO 2 , LiNiO 2 or LiMn 2 O 4 that can intercalate and deintercalate lithium ions, or part of the metal elements of these lithium-containing transition metal compounds are substituted. The composite oxide prepared is used. LiMn 2 O 4 having a spinel structure is often used because it has a high energy density and a high voltage, and is being developed as an inexpensive material having a high voltage.
通常、リチウムイオン二次電池では、正極にコバルト酸リチウム、負極に炭素材料が使用されており、作動電圧が4.2Vから2.5Vの範囲で用いられる。単電池において、端子電圧を4.2Vまで上げられるのは、非水電解質材料やセパレータ等の優れた電気化学的安定性によるところが大きい。 Usually, in lithium ion secondary batteries, lithium cobaltate is used for the positive electrode and a carbon material is used for the negative electrode, and the operating voltage is used in the range of 4.2V to 2.5V. In the unit cell, the terminal voltage can be increased to 4.2 V largely due to excellent electrochemical stability of a non-aqueous electrolyte material or a separator.
現状、最大4.2Vで作動するリチウムイオン二次電池では、コバルト酸リチウム等の正極活物質は、理論容量に対して6割程度の容量を活用しているに過ぎない。リチウムイオン二次電池は、コスト低減以外に、高エネルギー密度化、高信頼性化および長寿命化が望まれている。 At present, in a lithium ion secondary battery that operates at a maximum of 4.2 V, the positive electrode active material such as lithium cobalt oxide only uses a capacity of about 60% of the theoretical capacity. Lithium ion secondary batteries are desired to have higher energy density, higher reliability, and longer life in addition to cost reduction.
高エネルギー密度化を実現する方法としては、充電の上限電圧を高く設定することが挙げられる。充電電圧を高くすると、正極活物質であるリチウム複合酸化物からより多くのリチウム(Li)がデインターカレート・インターカレートされるため、高容量化が可能となる。 As a method for realizing high energy density, a high upper limit voltage for charging can be set. When the charging voltage is increased, more lithium (Li) is deintercalated and intercalated from the lithium composite oxide, which is the positive electrode active material, so that the capacity can be increased.
このように充電電圧を上げることにより、残存容量を活用することが原理上可能であり、実際、例えば特許文献1に開示されているように、充電時の電圧を4.25V以上にすることで、高エネルギー密度化を実現できることが知られている。
By raising the charging voltage in this way, it is possible in principle to utilize the remaining capacity. In fact, as disclosed in
ところで、充電電圧を高くした二次電池では、正極活物質としては、LiXCoO2(0<x≦1.0)、LiXNiO2(0<x≦1.0)等が、高電位、安定性、長寿命という点から最も有望である。このなかでも、LiCoO2を主体とする正極活物質は、高電位を示す正極活物質であり、充電電圧を高め、エネルギー密度を高めることが期待される。しかしながら、充電電圧を高くした二次電池では、充放電サイクル寿命が低下したり、高温特性が劣化してしまうことが問題となる。 By the way, in a secondary battery with a high charging voltage, as the positive electrode active material, Li x CoO 2 (0 <x ≦ 1.0), Li x NiO 2 (0 <x ≦ 1.0) or the like has a high potential. The most promising in terms of stability and long life. Among these, the positive electrode active material mainly composed of LiCoO 2 is a positive electrode active material exhibiting a high potential, and is expected to increase the charging voltage and the energy density. However, a secondary battery with a high charge voltage has a problem that the charge / discharge cycle life is reduced and the high-temperature characteristics are deteriorated.
また、LiNiO2で表されるニッケル酸リチウム、ニッケル酸リチウムのニッケル(Ni)の一部をコバルト(Co)やマンガン(Mn)で置換したリチウムニッケル複合酸化物は、LiCoO2に比べて高電位での安定性が高いとされているが、LiCoO2に比べて放電電位の低下や体積密度の低下によりエネルギー密度を高めるには不利となる。 In addition, lithium nickel composite oxide in which a part of nickel (Ni) of lithium nickelate represented by LiNiO 2 or lithium nickelate is replaced with cobalt (Co) or manganese (Mn) is higher in potential than LiCoO 2. However, it is disadvantageous for increasing the energy density due to a decrease in discharge potential and a decrease in volume density compared to LiCoO 2 .
そこで、LiCoO2を主体とする活物質を安定化させるために、アルミニウム(Al)やマグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)等の異種元素を固溶させたり(特許文献2参照)、LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2等を少量混合して用いたり、LiCoO2表面をスピネル構造を有するマンガン酸リチウムやチタン酸リチウム、ニッケルコバルト複合酸化物で表面被覆を行うことが提案されている。(特許文献3および特許文献4参照)
Therefore, in order to stabilize the active material mainly composed of LiCoO 2 , different elements such as aluminum (Al), magnesium (Mg), zirconium (Zr), and titanium (Ti) are dissolved (see Patent Document 2). ), LiMn 1/3 Co 1/3 Ni 1/3 O 2 etc. are mixed in small amounts, or the LiCoO 2 surface is coated with lithium manganate, lithium titanate or nickel cobalt composite oxide having a spinel structure. It has been proposed to do. (See
しかしながら、LiCoO2などのリチウム複合酸化物を改良した正極活物質を用いて、充電上限電圧が4.25V以上の高充電電圧になるような電池を作製して、高容量で充放電を繰り返すと、容量劣化が生じるため電池寿命が短くなる問題があった。 However, using a positive electrode active material obtained by improving a lithium composite oxide such as LiCoO 2 , when a battery having a high charge voltage of a high charge voltage of 4.25 V or higher is produced, and charging and discharging are repeated at a high capacity There is a problem that the battery life is shortened due to capacity deterioration.
したがって、この発明の目的は、充放電サイクル特性に優れた正極活物質およびこれを用いた非水電解質電池を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode active material excellent in charge / discharge cycle characteristics and a nonaqueous electrolyte battery using the same.
例えば、LiCoO2、LiNi0.333CoMn0.333O2をはじめとするLiMeO2(Meは、2族〜15族から選ばれる元素を示す。)で表される層状化合物を主体とする活物質等を用いて、適切に正極負極比を設計した状態で最高充電電圧が4.25V以上、好ましくは4.35V以上、より好ましくは4.40V以上になるように充電を行うことで電池のエネルギー密度を向上できる。
For example, using an active material mainly composed of a layered compound represented by LiMeO 2 (Me represents an element selected from
しかしながら、4.25V以上の高充電電圧で充電を行うと、リチウム(Li)の引き抜き量の増大に伴って、Me−O間の結合力が低下するため、活物質と電解液との界面での反応性が増大すると考えられる。正極活物質と電解液との界面での反応性が増大すると、正極から遷移金属成分が溶出し活物質が劣化したり、溶出した金属が負極側で析出することによってリチウム(Li)が吸蔵および放出するのを阻害したり、界面での電解液の分解反応が加速して正極の表面に被膜を形成したりして、電池特性の劣化を引き起こすと考えられる。 However, when charging is performed at a high charging voltage of 4.25 V or more, the bonding force between Me-O is reduced with an increase in the amount of lithium (Li) extracted, so that at the interface between the active material and the electrolyte It is believed that the reactivity of increases. When the reactivity at the interface between the positive electrode active material and the electrolyte is increased, the transition metal component is eluted from the positive electrode and the active material is deteriorated, or the eluted metal is deposited on the negative electrode side so that lithium (Li) is occluded and It is considered that the battery characteristics are deteriorated by inhibiting the release or by accelerating the decomposition reaction of the electrolyte solution at the interface and forming a film on the surface of the positive electrode.
そこで、本願発明者等が鋭意検討したところ、X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、所定の変化を満足する正極活物質を用いることにより、充電状態での界面での反応を抑制し、充放電サイクル特性を向上できることを見出した。 Therefore, the inventors of the present application diligently studied, and by using a positive electrode active material that satisfies a predetermined change in the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method, It has been found that the reaction at the interface in the charged state can be suppressed and the charge / discharge cycle characteristics can be improved.
すなわち、上述した課題を解決するために、
第1の発明は、
下記(1)〜(2)のうち少なくとも1つの特性を有すること
を特徴とする正極活物質である。
(1)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれるとともに、560eV〜600eVの領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で1になるように規格化されたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークの積分強度を求めたときに、
放電状態の積分強度に対する4.65V充電状態の積分強度の比(4.65V充電状態の積分強度/放電状態の積分強度)が1.4以上である。
(2)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークのピークトップの強度の半値を与える低エネルギー側のエネルギー値を吸収端エネルギーとして求めたときに、
4.45V〜4.65Vから選ばれる電圧での充電状態の吸収端エネルギーから放電状態の吸収端エネルギーを差し引いた値が−0.7eV以下である。
That is, in order to solve the above-described problems,
The first invention is
It is a positive electrode active material characterized by having at least one of the following (1) to (2).
(1) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
The background was subtracted so that the intensity of a straight line approximating a region of 525 eV or less was 0 in the entire spectrum, and the intensity of a straight line approximating a region of 560 eV to 600 eV was normalized to be 1 in the entire spectrum. About things
When the integrated intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained,
The ratio of the integrated intensity of the 4.65V charged state to the integrated intensity of the discharged state (4.65V charged state integrated intensity / discharged state integrated intensity) is 1.4 or more.
(2) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
For the background is subtracted so that the intensity of the straight line approximating the region of 525 eV or less is 0 in the entire spectrum,
When the energy value on the low energy side giving the half value of the peak top intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained as the absorption edge energy,
The value obtained by subtracting the absorption edge energy in the discharged state from the absorption edge energy in the charged state at a voltage selected from 4.45 V to 4.65 V is −0.7 eV or less.
第2の発明は、
正極活物質を有する正極と、負極と、電解質とを備え、
正極活物質は、下記(1)〜(2)のうち少なくとも1以上の特性を有すること
を特徴とする非水電解質電池である。
(1)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれるとともに、560eV〜600eVの領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で1になるように規格化されたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークの積分強度を求めたときに、
放電状態の積分強度に対する4.65V充電状態の積分強度の比(4.65V充電状態の積分強度/放電状態の積分強度)が1.4以上である。
(2)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークのピークトップの強度の半値を与える低エネルギー側のエネルギー値を吸収端エネルギーとして求めたときに、
4.45V〜4.65Vから選ばれる電圧での充電状態の吸収端エネルギーから放電状態の吸収端エネルギーを差し引いた値が−0.7eV以下である。
The second invention is
A positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolyte;
The positive electrode active material is a non-aqueous electrolyte battery having at least one of the following (1) to (2).
(1) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
The background was subtracted so that the intensity of a straight line approximating a region of 525 eV or less was 0 in the entire spectrum, and the intensity of a straight line approximating a region of 560 eV to 600 eV was normalized to be 1 in the entire spectrum. About things
When the integrated intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained,
The ratio of the integrated intensity of the 4.65V charged state to the integrated intensity of the discharged state (4.65V charged state integrated intensity / discharged state integrated intensity) is 1.4 or more.
(2) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
For the background is subtracted so that the intensity of the straight line approximating the region of 525 eV or less is 0 in the entire spectrum,
When the energy value on the low energy side giving the half value of the peak top intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained as the absorption edge energy,
The value obtained by subtracting the absorption edge energy in the discharged state from the absorption edge energy in the charged state at a voltage selected from 4.45 V to 4.65 V is −0.7 eV or less.
第1の発明および第2の発明では、金属−酸素(Me−O)間の結合力の低下を低減でき、正極活物質と電解液との界面での反応性の増大を抑制すると考えられる。 In the 1st invention and the 2nd invention, it is thought that the fall of the bond strength between metal-oxygen (Me-O) can be reduced, and the increase in the reactivity in the interface of a positive electrode active material and electrolyte solution is suppressed.
この発明によれば、優れた充放電サイクル特性を得ることができる。 According to the present invention, excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.
この発明の一実施形態による正極活物質は、下記(1)〜(2)で説明する特性を少なくとも一つ有することを特徴とするものである。
(1)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれるとともに、560eV〜600eVの領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で1になるように規格化されたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークの積分強度を求めたときに、
放電状態の積分強度に対する4.65V充電状態の積分強度の比(4.65V充電状態の積分強度/放電状態の積分強度)が1.4以上である。
(2)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークのピークトップの強度の半値を与える低エネルギー側のエネルギー値を吸収端エネルギーとして求めたときに、
4.45V〜4.65Vから選ばれる電圧での充電状態の吸収端エネルギーから放電状態の吸収端エネルギーを差し引いた値が−0.7eV以下である。
The positive electrode active material according to one embodiment of the present invention is characterized by having at least one of the characteristics described in the following (1) to (2).
(1) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
The background was subtracted so that the intensity of a straight line approximating a region of 525 eV or less was 0 in the entire spectrum, and the intensity of a straight line approximating a region of 560 eV to 600 eV was normalized to be 1 in the entire spectrum. About things
When the integrated intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained,
The ratio of the integrated intensity of the 4.65V charged state to the integrated intensity of the discharged state (4.65V charged state integrated intensity / discharged state integrated intensity) is 1.4 or more.
(2) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
For the background is subtracted so that the intensity of the straight line approximating the region of 525 eV or less is 0 in the entire spectrum,
When the energy value on the low energy side giving the half value of the peak top intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained as the absorption edge energy,
The value obtained by subtracting the absorption edge energy in the discharged state from the absorption edge energy in the charged state at a voltage selected from 4.45 V to 4.65 V is −0.7 eV or less.
酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、(1)〜(2)の特性を少なくとも1つ満足するような正極活物質を用いることにより、充放電サイクル特性に優れた非水電解質電池を得ることができる。また、高充電電圧性と、これに伴う高エネルギー密度性、高温特性とが優れた傾向にある非水電解質電池を得ることができる。 By using a positive electrode active material that satisfies at least one of the characteristics (1) to (2) in the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge, a nonaqueous electrolyte battery having excellent charge / discharge cycle characteristics is obtained. Can do. In addition, a nonaqueous electrolyte battery having a tendency to be excellent in high charge voltage property, high energy density property and high temperature property associated therewith can be obtained.
なお、上述の改善効果は、以下に説明する機構によるものと推測される。すなわち、高充電電圧にした電池では、正極活物質は、高い起電力を発生するため、正極活物質と接触する電解質が強い酸化環境にある。これにより、リチウム(Li)がより多く引き抜かれることによって不安定になった正極活物質から金属成分が溶出発生したり、電解質の酸化分解が発生すると考えられる。 In addition, it is estimated that the improvement effect mentioned above is based on the mechanism demonstrated below. That is, in a battery having a high charge voltage, the positive electrode active material generates a high electromotive force, and thus the electrolyte in contact with the positive electrode active material is in a strong oxidizing environment. As a result, it is considered that the metal component is eluted from the positive electrode active material which has become unstable due to the extraction of more lithium (Li), and the oxidative decomposition of the electrolyte occurs.
溶出した金属成分は、負極側に還元析出して負極表面を覆うため、リチウムの吸蔵放出を妨げると考えられ、また、電解質が酸化分解して正極上に被膜を形成することによりインピーダンスが上昇すると考えられるため、充放電サイクル特性が劣化する。 Since the eluted metal component is reduced and deposited on the negative electrode side and covers the negative electrode surface, it is considered that the occlusion and release of lithium is impeded, and when the electrolyte is oxidized and decomposed to form a film on the positive electrode, the impedance increases. As a result, the charge / discharge cycle characteristics deteriorate.
これに対して、この発明の一実施形態による正極活物質を用いることで、充放電サイクル特性に優れた非水電解質電池を得ることができる。これは、(1)〜(2)の何れも満足しない化合物は、(1)〜(2)の少なくとも1つを満足する化合物に比べて、充電を行った際の正極活物質の表面での酸素(O)の2p軌道の変化が現れている。すなわち、(1)〜(2)の少なくとも1つ以上を満足する正極活物質は、正極活物質表面での反応性が小さいために、活物質表面での被膜等の生成が抑制されており、活物質中の酸素の挙動を確認することができるのに対して、(1)〜(2)のいずれも満足しない正極活物質では活物質表面に被膜等が生成することにより活物質中の酸素の挙動を確認し難くなるので、充電を行っても放電状態とあまり変わらないスペクトルになると考えられる。したがって、(1)〜(2)の少なくとも1つを満足することを特徴とする正極活物質を用いることにより、正極表面での電解液との反応や正極活物質からの金属成分の溶出を抑制できるので、充放電サイクル特性が改善されたものと推測される。 On the other hand, by using the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention, a nonaqueous electrolyte battery excellent in charge / discharge cycle characteristics can be obtained. This is because the compound that does not satisfy any of (1) to (2) is compared with the compound that satisfies at least one of (1) to (2) on the surface of the positive electrode active material when charged. Changes in the 2p orbit of oxygen (O) appear. That is, since the positive electrode active material that satisfies at least one of (1) to (2) has low reactivity on the surface of the positive electrode active material, the formation of a film or the like on the surface of the active material is suppressed, While the behavior of oxygen in the active material can be confirmed, in the case of a positive electrode active material that does not satisfy any of (1) and (2), a film or the like is formed on the surface of the active material, so that oxygen in the active material Since it becomes difficult to confirm the behavior of, it is considered that the spectrum is not so different from the discharged state even if charging is performed. Therefore, by using a positive electrode active material characterized by satisfying at least one of (1) to (2), the reaction with the electrolytic solution on the positive electrode surface and the elution of metal components from the positive electrode active material are suppressed. Therefore, it is estimated that the charge / discharge cycle characteristics are improved.
ここで、X線吸収微細構造解析(XAFS)法による酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルの測定方法を説明する。 Here, a method for measuring the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method will be described.
酸素のK吸収端(532eV)は、軟X線領域に存在することから、軟X線を発生でき、且つ軟X線のエネルギーを酸素のK吸収端の前後で変化させることのできる装置の利用が望ましく、シンクロトロン放射光X線の利用が最適である。(1)および(2)の性質は、測定装置に依存するものではないが、例えば、「高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・放射光研究施設」、「立命館大SRセンター」の装置を利用できる。 Use of an apparatus capable of generating soft X-rays and changing the energy of soft X-rays before and after the K absorption edge of oxygen because the oxygen K absorption edge (532 eV) exists in the soft X-ray region. It is desirable to use synchrotron radiation X-rays. The properties of (1) and (2) do not depend on the measuring device. For example, the devices of “High Energy Accelerator Research Organization, Institute for Materials Structure Science, Synchrotron Radiation Research Facility”, and “Ritsumeikan University SR Center” Can be used.
一般的に、X線源から試料周りまで測定系全体が真空中に保持されている。X線源からのX線を不等刻線間隔の平面回折格子等によって単色化して、スリット等も利用してサイズを整形すると同時に、酸素のK吸収端前後の所望のエネルギーのX線を取り出す。 Generally, the entire measurement system is held in a vacuum from the X-ray source to the periphery of the sample. X-rays from the X-ray source are monochromatized by a plane diffraction grating or the like with unequal engraved line spacing, and shaped using a slit or the like, and at the same time, X-rays of desired energy before and after the oxygen K absorption edge are taken out. .
単色化されたX線を金(Au)等の金属製のメッシュに照射して、入射X線強度を測定する。メッシュを透過したX線を正極活物質を含有する試料に入射させる。入射したX線によって活物質中の酸素の1s軌道の電子が励起され、その脱励起の際に放出されるオージェ電子の強度を電子増倍管等の検出器で測定する。オージェ電子によって試料内部に発生した二次電子も合わせて測定してもよい。オージェ電子のみを選別するのではなく、オージェ電子を含む、ある一定以上のエネルギーの光電子をまとめて検出する方法を採用してもよい。その際には、試料を基準として、試料と電子増倍管等の検出器の間に負の電圧を印加する。また、試料から放出される光電子を検出する代わりに、試料に流れる電流や試料からの蛍光X線を測定する方法等、代替手段を用いることもできる。 The monochromatic X-ray is irradiated onto a metal mesh such as gold (Au), and the incident X-ray intensity is measured. X-rays transmitted through the mesh are incident on a sample containing a positive electrode active material. Electrons in the 1s orbit of oxygen in the active material are excited by incident X-rays, and the intensity of Auger electrons emitted during the deexcitation is measured with a detector such as an electron multiplier. Secondary electrons generated inside the sample by Auger electrons may also be measured. Instead of selecting only Auger electrons, a method of collectively detecting photoelectrons including Auger electrons having a certain energy or more may be adopted. In that case, a negative voltage is applied between the sample and a detector such as an electron multiplier with reference to the sample. Further, instead of detecting photoelectrons emitted from the sample, alternative means such as a method of measuring a current flowing through the sample or a fluorescent X-ray from the sample can be used.
酸素K吸収端の前後で入射X線のエネルギーを変えながら、入射X線と試料から放出された電子の強度を計測し、最終的に、電子の強度を入射X線の強度で割ることで生スペクトルを得る。入射X線のエネルギーは予め標準試料等で較正しておく。例えば、NiO粉末の酸素K吸収端における最も低エネルギー側に生じるピークのピークトップのエネルギーが532eVになるようにエネルギーを較正する。 While changing the energy of the incident X-rays before and after the oxygen K absorption edge, the intensity of the incident X-rays and electrons emitted from the sample are measured, and finally, the intensity of the electrons is divided by the intensity of the incident X-rays. Obtain a spectrum. The energy of the incident X-ray is calibrated in advance with a standard sample or the like. For example, the energy is calibrated so that the energy of the peak top of the peak generated on the lowest energy side at the oxygen K absorption edge of NiO powder is 532 eV.
酸素のK吸収端を生スペクトルの変曲点等として決定する。通常530eV前後の値として決定される。決定された吸収端より低エネルギー側の領域はバックグラウンドとみなされ、吸収端から、例えば5eVより低エネルギー側の領域の生スペクトルを近似した直線を、生スペクトル全体から差し引くことによって、バックグラウンドを差し引く。さらに、吸収端より高エネルギー側の吸収スペクトルの平均的な強度を試料間で揃えるために、規格化を行ってもよい。吸収端近傍では、試料の酸素の電子状態の違いが敏感に反映されて、強度変動が大きい。よって、そのような領域よりも高エネルギー側の領域、例えば、決定された吸収端から高エネルギー側の30eV〜70eVの領域を近似した直線の強度が、スペクトルの全範囲で1になるように生スペクトルを規格化できる。解析対象とするX線吸収スペクトルは、生スペクトルからバックグラウンドが差し引かれたスペクトル、あるいは、バックグラウンドが差し引かれるとともに規格化もされたスペクトルである。 The K absorption edge of oxygen is determined as the inflection point of the raw spectrum. Usually, it is determined as a value around 530 eV. The region on the lower energy side from the determined absorption edge is regarded as the background, and the background is subtracted from the whole raw spectrum by subtracting a straight line approximating the raw spectrum from the absorption edge, for example, the region lower than 5 eV. Subtract. Furthermore, normalization may be performed in order to make the average intensity of the absorption spectrum on the higher energy side from the absorption edge uniform between samples. In the vicinity of the absorption edge, the difference in the electronic state of oxygen in the sample is sensitively reflected, and the intensity fluctuation is large. Therefore, the intensity of a straight line approximating the region on the higher energy side than such a region, for example, the region of 30 eV to 70 eV on the higher energy side from the determined absorption edge, is 1 so that it is 1 in the entire spectrum range. The spectrum can be normalized. The X-ray absorption spectrum to be analyzed is a spectrum obtained by subtracting the background from the raw spectrum, or a spectrum obtained by subtracting the background and normalizing.
この発明の一実施形態による正極活物質は、例えば、以下に説明する方法で製造することができる。正極活物質の主体は、実質的にコバルト酸リチウムであることが好ましい。例えば、コバルト酸リチウムに2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種の元素を添加し、コバルト(Co)を置換することや、コバルト酸リチウムの表層を異種の化合物で被覆処理を行うこと等で製造することが好ましく、コバルト酸リチウムの特性を向上させることにより、上記(1)〜(2)の特性を有する正極活物質を得ることができる。
The positive electrode active material according to an embodiment of the present invention can be manufactured, for example, by the method described below. The main component of the positive electrode active material is preferably substantially lithium cobalt oxide. For example, adding at least one element selected from
被覆処理の方法として好ましいのは、例えば、コバルト酸リチウム粒子の少なくとも一部を、リチウム(Li)を含み、且つニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうち少なくとも1種を含む複合酸化物によって被覆する方法である。また、フッ化リチウム(LiF)、フッ化黒鉛のようなフッ素(F)含有化合物や、乳酸アルミニウムやリン酸アンモニウムを出発原料とする被覆処理やフッ素(F)ガスによる処理を行ってもよく、これらを組み合わせることも可能である。 For example, at least a part of lithium cobaltate particles is preferably coated with a composite oxide containing lithium (Li) and containing at least one of nickel (Ni) and manganese (Mn). It is a method to do. Further, a fluorine (F) -containing compound such as lithium fluoride (LiF) or graphite fluoride, a coating treatment using aluminum lactate or ammonium phosphate as a starting material, or treatment with fluorine (F) gas may be performed. It is also possible to combine these.
さらに、特性を向上させる方法としては、例えば、ニッケル(Ni)および(Mn)のうち少なくとも1種を含む化合物によって被覆された正極活物質において、その表層を異種の化合物で被覆処理を行う方法も好適に用いることができるがこれに限定されるものではない。 Furthermore, as a method for improving the characteristics, for example, in a positive electrode active material coated with a compound containing at least one of nickel (Ni) and (Mn), the surface layer is coated with a different compound. Although it can use suitably, it is not limited to this.
さらに、元素置換や被覆処理においては、使用する原料や処理方法によって、得られる効果は異なり、例えばリチウム(Li)を含有するニッケル(Ni)またはマンガン(Mn)の酸化物を主体とする金属酸化物による被覆処理を行う場合においては、炭酸塩や水酸化物のような被覆材原料をメカノケミカル法のような圧縮せん断応力を加える装置で母材上に被覆処理をした後、熱処理を行うことや、中和滴定法によって、金属水酸化物を母材上に被着させた後、熱処理を行う方法で処理を行うことよって、高充電電圧下での特性を改善できる。 Furthermore, in element substitution and coating treatment, the effect obtained varies depending on the raw material used and the treatment method, for example, metal oxidation mainly composed of nickel (Ni) or manganese (Mn) oxide containing lithium (Li). In the case of coating with a material, a coating material such as carbonate or hydroxide is coated on the base material with a device that applies compressive shear stress, such as a mechanochemical method, followed by heat treatment. Alternatively, by applying a heat treatment after depositing a metal hydroxide on the base material by a neutralization titration method, characteristics under a high charge voltage can be improved.
さらに、他の製造方法であっても、その製造方法により得られた正極活物質の酸素K吸収端の530eV付近に現れる吸収端ピークが上記の(1)〜(2)を示すものであれば適用可能である。なお、被覆や元素置換を行った場合には、コバルト(Co)の元素比が低下するが、少なくとも遷移金属全体の中でコバルト(Co)の元素比は、70%以上となることが好ましい。 Furthermore, even if it is another manufacturing method, if the absorption edge peak which appears in the vicinity of 530 eV of the oxygen K absorption edge of the positive electrode active material obtained by the manufacturing method shows the above (1) to (2) Applicable. In addition, when covering or element substitution is performed, the elemental ratio of cobalt (Co) is lowered, but the elemental ratio of cobalt (Co) is preferably 70% or more in at least the entire transition metal.
正極活物質の平均組成としては、下記の一般式化1で表されたものを好ましく用いることができる。
(化1)
Li(1+p)Co(1-q)MqO(2-y)Xz
(式中、Mはコバルト(Co)を除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を、Xは酸素(O)以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、y、zは、−0.10≦p≦0.10、0≦q<0.3、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.1の範囲内の値である。)
As an average composition of a positive electrode active material, what is represented by following
(Chemical formula 1)
Li (1 + p) Co (1-q) M q O (2-y) X z
(In the formula, M represents at least one element selected from
LiCoO2を主体とする、具体的には遷移金属中コバルト(Co)のモル比が0.7以上の正極活物質の酸素K吸収端の530eV付近に現れる吸収端ピークが上記(1)〜(2)の少なくとも1つの挙動を示す正極活物質を用いることで、充電状態での界面での反応を抑制し、電池特性を向上できる。コバルト(Co)のモル比が0.7を下回る場合、電池の平均放電電圧が低下し、且つ、正極活物質の密度が低下するためエネルギー密度の向上を見込むことはできない。 The absorption edge peak appearing in the vicinity of 530 eV of the oxygen K absorption edge of the positive electrode active material mainly composed of LiCoO 2 and having a molar ratio of cobalt (Co) in the transition metal of 0.7 or more is the above (1) to ( By using the positive electrode active material that exhibits at least one behavior of 2), the reaction at the interface in the charged state can be suppressed, and the battery characteristics can be improved. When the molar ratio of cobalt (Co) is less than 0.7, the average discharge voltage of the battery is lowered, and the density of the positive electrode active material is lowered, so that an improvement in energy density cannot be expected.
化1で表される正極活物質では、pの範囲は、−0.10≦p≦0.10であり、−0.08≦p≦0.08が好ましく、−0.06≦p≦0.06がより好ましい。pの値は、−0.10未満だと、放電容量が減少してしまう。pの値は、0.10を超えると粒子外に拡散し、電極作製工程での塩基性度の制御の障害となる。
In the positive electrode active material represented by
qの範囲は、0≦q<0.3であり、0≦q<0.20が好ましく、0≦q<0.10がより好ましい。0≦q<0.3の範囲外であると、LiCoO2の有する高充電電圧性とそれに伴う高エネルギー密度性が損なわれるからである。 The range of q is 0 ≦ q <0.3, preferably 0 ≦ q <0.20, and more preferably 0 ≦ q <0.10. This is because, if it is out of the range of 0 ≦ q <0.3, the high charge voltage property and accompanying high energy density property of LiCoO 2 are impaired.
yの範囲は、−0.10≦y≦0.20であり、−0.08≦y≦0.18が好ましく、−0.06≦y≦0.16がより好ましい。−0.10≦y≦0.20の範囲外になると放電容量が減少する傾向がある。 The range of y is −0.10 ≦ y ≦ 0.20, preferably −0.08 ≦ y ≦ 0.18, and more preferably −0.06 ≦ y ≦ 0.16. If it is outside the range of −0.10 ≦ y ≦ 0.20, the discharge capacity tends to decrease.
zの範囲は、0≦z≦0.1であり、0≦z≦0.05が好ましい。0≦z≦0.1の範囲外であると、LiCoO2の有する高充電電圧性とそれに伴う高エネルギー密度性が損なわれるからである。 The range of z is 0 ≦ z ≦ 0.1, and 0 ≦ z ≦ 0.05 is preferable. This is because, if it is outside the range of 0 ≦ z ≦ 0.1, the high charge voltage property and the accompanying high energy density property of LiCoO 2 are impaired.
また、正極活物質は、平均組成が下記化2で表されるものを好ましく用いることができる。
As the positive electrode active material, those having an average composition represented by the following
(化2)
Li(1+p)Ni(1-q-r)MnqMrO(2-y)Xz
(式中、Mはニッケル(Ni)、マンガン(Mn)を除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を、Xは酸素(O)以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、y、r、zは、−0.10≦p≦0.10、0.005≦q≦0.4、0≦r≦0.35、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.1の範囲内の値である。)
(Chemical formula 2)
Li (1 + p) Ni ( 1-qr) Mn q M r O (2-y) X z
(Wherein M is at least one element selected from
平均組成が化2で表される化合物は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)を主体とする化合物であることから、化1で表される化合物に比べて高充電電圧に伴うエネルギー密度の向上という点では劣る点もあるが、コバルト(Co)の含有量を低減できるので安価に生産すること可能となる。正極活物質として、平均組成が化2で表されたものを用いた場合は、コバルト酸リチウムに比べて安価で従来よりもエネルギー密度の高いリチウムイオン電池を製造することが可能となる。
Since the compound whose average composition is represented by
この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質電池について説明する。図1は、この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質電池の第1の例の断面構造を表している。 A nonaqueous electrolyte battery using a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a first example of a nonaqueous electrolyte battery using a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.
この電池では、上限充電電圧は、4.25V以上4.80V以下であり、さらに好ましくは4.35V以上4.65V以下である。すなわち、満充電状態における開回路電圧は、例えば4.25V以上4.80V以下であり、さらに好ましくは、4.35V以上4.65V以下である。下限放電電圧は、2.00V以上3.30V以下であることが好ましい。充電電圧を高くすることで、高いエネルギー密度を実現できる。用いる正極活物質は、上述した(1)〜(2)の特性を少なくとも1つ有するものである。 In this battery, the upper limit charging voltage is 4.25 V or more and 4.80 V or less, and more preferably 4.35 V or more and 4.65 V or less. That is, the open circuit voltage in the fully charged state is, for example, 4.25 V or more and 4.80 V or less, and more preferably 4.35 V or more and 4.65 V or less. The lower limit discharge voltage is preferably 2.00 V or more and 3.30 V or less. High energy density can be achieved by increasing the charging voltage. The positive electrode active material to be used has at least one of the above-mentioned characteristics (1) to (2).
この電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶1の内部に、帯状の正極2と帯状の負極3とがセパレータ4を介して巻回された巻回電極体20を有している。
This battery is called a so-called cylindrical type, and a
電池缶1は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶1の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板5,6がそれぞれ配置されている。
The battery can 1 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel (Ni), and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 1, a pair of insulating
電池缶1の開放端部には、電池蓋7と、この電池蓋7の内側に設けられた安全弁機構8および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)9とが、ガスケット10を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶1の内部は密閉されている。電池蓋7は、例えば、電池缶1と同様の材料により構成されている。安全弁機構8は、熱感抵抗素子9を介して電池蓋7と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱等により電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板11が反転して電池蓋7と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子9は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット10は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
At the open end of the battery can 1, a
巻回電極体20は、例えば、センターピン12を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極2には、例えばアルミニウム(Al)等よりなる正極リード13が接続されており、負極3には、例えばニッケル(Ni)等よりなる負極リード14が接続されている。正極リード13は、安全弁機構8に溶接されることにより電池蓋7と電気的に接続されており、負極リード14は、電池缶1に溶接され電気的に接続されている。
The
[正極]
図2は、図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。図2に示すように、正極2は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体2Aと、正極集電体2Aの両面に設けられた正極合剤層2Bとを有している。なお、正極集電体2Aの片面のみに正極合剤層2Bが設けられた領域を有するようにしてもよい。正極集電体2Aは、例えば、アルミニウム(Al)箔等の金属箔により構成されている。正極合剤層2Bは、例えば、正極活物質を含んでおり、必要に応じてグラファイト等の導電剤と、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤とを含んでいてもよい。正極活物質としては、上述した(1)〜(2)の特性を少なくとも一つ有する正極活物質を用いる。
[Positive electrode]
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
[負極]
図2に示すように、負極3は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体3Aと、負極集電体3Aの両面に設けられた負極合剤層3Bとを有している。なお、負極集電体3Aの片面のみに負極合剤層3Bが設けられた領域を有するようにしてもよい。負極集電体3Aは、例えば銅(Cu)箔等の金属箔により構成されている。負極合剤層3Bは、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じてポリフッ化ビニリデン等の結着剤を含んでいてもよい。
[Negative electrode]
As shown in FIG. 2, the
負極活物質としては、対リチウム金属2.0V以下の電位で電気化学的にリチウムをドープ脱ドープする材料であればいずれも用いることができる。例示するならば難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等の炭素質材料を挙げることができる。またリチウムと合金を形成可能な金属およびその合金や金属間化合物も用いることができる。酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等の比較的電位が卑な電位でリチウムをドープおよび脱ドープする酸化物やその他窒化物等も同様に用いることができる。 As the negative electrode active material, any material can be used as long as it is electrochemically doped and dedoped with lithium at a potential of lithium metal of 2.0 V or less. Examples include non-graphitizable carbon, artificial graphite, natural graphite, pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies ( And carbonaceous materials such as phenol resin, furan resin and the like obtained by firing and carbonizing at a suitable temperature), carbon fiber, activated carbon, carbon black and the like. A metal capable of forming an alloy with lithium, an alloy thereof, or an intermetallic compound can also be used. Oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide, and tin oxide that dope and undope lithium with a relatively low potential, and other nitrides can also be used.
[電解液]
電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。非水溶媒と電解質塩とを適宜組み合わせて調製されるが、これら非水溶媒としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも使用可能である。例示するならば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等である。
[Electrolyte]
As the electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent can be used. A nonaqueous solvent and an electrolyte salt are appropriately combined, and any nonaqueous solvent can be used as long as it is used for this type of battery. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4 -Methyl-1,3 dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetate ester, butyrate ester, propionate ester and the like.
電解質塩であるリチウム塩としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも使用可能である。例示するならば、LiClO4、LiAsF6,LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiCl、LiBr等である。 Any lithium salt that is an electrolyte salt can be used as long as it is used in this type of battery. For example, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiCl, LiBr, etc.
[セパレータ]
セパレータ4は、例えばポリエチレン(PE)あるいはポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜により構成されている。セパレータ4は、2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
[Separator]
The separator 4 is made of a porous film made of a polyolefin-based material such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). The separator 4 may have a structure in which two or more porous films are stacked.
次に、非水電解質電池の第1の例の製造方法について説明する。以下、一例として円筒型の非水電解質電池を挙げて、非水電解質電池の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the 1st example of a nonaqueous electrolyte battery is demonstrated. Hereinafter, a nonaqueous electrolyte battery manufacturing method will be described by taking a cylindrical nonaqueous electrolyte battery as an example.
正極2は、以下に述べるようにして作製する。まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。
The
次に、この正極合剤スラリーを正極集電体2Aに塗布し溶剤を乾燥させた後、ロールプレス機等により圧縮成型して正極合剤層2Bを形成し、正極2を作製する。
Next, after applying this positive electrode mixture slurry to the positive electrode
負極3は、以下に述べるようにして作製する。まず、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。
The
次に、この負極合剤スラリーを負極集電体3Aに塗布し溶剤を乾燥させた後、ロールプレス機等により圧縮成型して負極合剤層3Bを形成し、負極3を作製する。
Next, after applying this negative electrode mixture slurry to the negative electrode
次に、正極集電体2Aに正極リード13を溶接等により取り付けると共に、負極集電体3Aに負極リード14を溶接等により取り付ける。次に、正極2と、負極3とをセパレータ4を介して巻回し、正極リード13の先端部を安全弁機構8に溶接すると共に、負極リード14の先端部を電池缶1に溶接して、巻回した正極2および負極3を一対の絶縁板5,6で挟み電池缶1の内部に収納する。
Next, the
次に、電解液を電池缶1の内部に注入し、電解液をセパレータ4に含浸させる。次に、電池缶1の開口端部に電池蓋7、安全弁機構8および熱感抵抗素子9を、ガスケット10を介してかしめることにより固定する。以上により、非水電解質電池が作製される。
Next, an electrolytic solution is injected into the battery can 1 and the separator 4 is impregnated with the electrolytic solution. Next, the
図3は、この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質電池の第2の例の構造を示す。図3に示すように、この非水電解質電池は、電池素子30を防湿性ラミネートフィルムからなる外装材37に収容し、電池素子30の周囲を溶着することにより封止してなる。電池素子30には、正極リード32および負極リード33が備えられ、これらのリードは、外装材37に挟まれて外部へと引き出される。正極リード32および負極リード33のそれぞれの両面には、外装材37との接着性を向上させるために樹脂片34および樹脂片35が被覆されている。
FIG. 3 shows the structure of a second example of the nonaqueous electrolyte battery using the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the nonaqueous electrolyte battery is sealed by housing the
[外装材]
外装材37は、例えば、接着層、金属層、表面保護層を順次積層した積層構造を有する。接着層は高分子フィルムからなり、この高分子フィルムを構成する材料としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、無延伸ポリプロピレン(CPP)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)が挙げられる。金属層は金属箔からなり、この金属箔を構成する材料としては、例えばアルミニウム(Al)が挙げられる。また、金属箔を構成する材料としては、アルミニウム(Al)以外の金属を用いることも可能である。表面保護層を構成する材料としては、例えばナイロン(Ny)、ポリエチレンテレフタレート(PET)が挙げられる。なお、接着層側の面が、電池素子30を収納する側の収納面となる。
[Exterior material]
The
[電池素子]
この電池素子30は、例えば、図4に示すように、両面にゲル電解質層45が設けられた帯状の負極43と、セパレータ44と、両面にゲル電解質層45が設けられた帯状の正極42と、セパレータ44とを積層し、長手方向に巻回されてなる巻回型の電池素子30である。
[Battery element]
For example, as shown in FIG. 4, the
正極42は、帯状の正極集電体42Aと、この正極集電体42Aの両面に形成された正極合剤層42Bとからなる。正極集電体42Aは、例えばアルミニウム(Al)等からなる金属箔である。正極合剤層42Bは、(1)〜(2)の特性を有する正極活物質を含んでいる。
The
正極42の長手方向の一端部には、例えばスポット溶接または超音波溶接で接続された正極リード32が設けられている。この正極リード32の材料としては、例えばアルミニウム等の金属を用いることができる。
One end of the
負極43は、帯状の負極集電体43Aと、この負極集電体43Aの両面に形成された負極合剤層43Bとからなる。負極集電体43Aは、例えば、銅(Cu)箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔等の金属箔により構成されている。
The negative electrode 43 includes a strip-shaped negative electrode current collector 43A and a negative
また、負極43の長手方向の一端部にも正極42と同様に、例えばスポット溶接または超音波溶接で接続された負極リード33が設けられている。この負極リード33の材料としては、例えば銅(Cu)、ニッケル(Ni)等を用いることができる。
Similarly to the
ゲル電解質層45以外のことは、上述の第1の例と同様であるので、以下ではゲル電解質層45について説明する。
Since things other than the
ゲル電解質層45は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル電解質層45は高いイオン伝導率を得ることができるとともに、電池の漏液を防止できるので好ましい。電解液の構成(すなわち液状の溶媒、電解質塩および添加剤)は、第1の実施形態と同様である。
The
ゲル電解質層45のマトリックスとしては、電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子が利用できる。例えば、ポリ(ビニリデンフルオロライド)やポリ(ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン)等のフッ素系高分子、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体等のエーテル系高分子、またポリ(アクリロニトリル)等を使用できる。特に酸化還元安定性から、フッ素系高分子を用いることが望ましい。電解質塩を含有させることによりイオン導電性を賦与する。
As the matrix of the
次に、この発明の一実施形態による正極活物質を用いた非水電解質電池の第2の例の製造方法について説明する。まず、正極42および負極43のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル電解質層45を形成する。なお、予め正極集電体の端部に正極リード32を溶接により取り付けるとともにに、負極集電体43Aの端部に負極リード33を溶接により取り付けるようにする。
Next, a manufacturing method of a second example of the nonaqueous electrolyte battery using the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention will be described. First, a precursor solution containing a solvent, an electrolyte salt, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the
次に、ゲル電解質層45が形成された正極42と負極43とを、セパレータ44を介して積層し積層体とした後、この積層体をその長手方向に巻回して、巻回型の電池素子30を形成する。
Next, the
次に、ラミネートフィルムからなる外装材37を深絞り加工することで凹部36を形成し、電池素子30をこの凹部36に挿入し、外装材37の未加工部分を凹部36上部に折り返し、凹部36の外周部分を熱溶着し密封する。以上により、非水電解質電池が作製される。
Next, a
<実施例1>
まず、炭酸リチウム(Li2CO3)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)と炭酸マンガン(MnCO3)とを、Li2CO3:Ni(OH)2:MnCO3=1.08:1:1(Li1.08Ni0.5Mn0.5O2相当)のモル比となるように秤量し、ボールミル装置により湿式法で平均粒径1μm以下になるまで粉砕した後、70℃で減圧乾燥した。
<Example 1>
First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ), and manganese carbonate (MnCO 3 ) are mixed with Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = 1.08: 1. : 1 (corresponding to Li 1.08 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 ), and weighed to a mean particle size of 1 μm or less by a wet method using a ball mill apparatus, and then dried under reduced pressure at 70 ° C.
次に、得られた粉末をLi1.08Ni0.5Mn0.5O2として10重量部となるように秤量し、この粉末と、平均粒子径13μm(レーザ散乱法により測定)のコバルト酸リチウム(LiCoO2)100重量部とを混合した。この混合粉をメカノケミカル装置によって1時間処理を行って、コバルト酸リチウム(LiCoO2)の表面にLi2CO3、Ni(OH)2、MnCO3を被着させた。 Next, the obtained powder was weighed so as to be 10 parts by weight as Li 1.08 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 , and this powder and lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) having an average particle diameter of 13 μm (measured by a laser scattering method). 100 parts by weight were mixed. This mixed powder was treated with a mechanochemical apparatus for 1 hour to deposit Li 2 CO 3 , Ni (OH) 2 , and MnCO 3 on the surface of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ).
次に、この焼成前駆体を電気炉を用いて毎分3℃で昇温し、800℃で3時間保持した後に徐冷した。以上により実施例1の正極活物質を作製した。 Next, this calcined precursor was heated at 3 ° C. per minute using an electric furnace, kept at 800 ° C. for 3 hours, and then gradually cooled. Thus, the positive electrode active material of Example 1 was produced.
なお、実施例1の正極活物質粉末を原子吸光スペクトルにより分析したところ、LiCo0.908Ni0.046Mn0.046O2の組成が確認された。また、レーザ回折法により粒径を測定したところ、平均粒径は13.5μmであった。さらに、SEM/EDX(Scanning Electron Microscopy/Energy Dispercive X-ray spectrometer)により実施例1の粉末を観察したところ、コバルト酸リチウム(LiCoO2)の表面に、粒径0.1μm〜5μm程度のニッケルマンガン金属化合物が被着しており、さらに、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)は、表面全体にほぼ均一に存在している様子が観察された。 In addition, when the positive electrode active material powder of Example 1 was analyzed by the atomic absorption spectrum, the composition of LiCo 0.908 Ni 0.046 Mn 0.046 O 2 was confirmed. Moreover, when the particle size was measured by the laser diffraction method, the average particle size was 13.5 μm. Furthermore, when the powder of Example 1 was observed by SEM / EDX (Scanning Electron Microscopy / Energy Dispersive X-ray spectrometer), nickel manganese having a particle size of about 0.1 μm to 5 μm was formed on the surface of lithium cobaltate (LiCoO 2 ). It was observed that the metal compound was deposited and that nickel (Ni) and manganese (Mn) were present almost uniformly over the entire surface.
<実施例2>
コバルト酸リチウム(LiCoO2)の代わりにリチウム複合酸化物(LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2)を用いた点以外は、実施例1と同様にして、実施例2の正極活物質を作製した。なお、実施例2の正極活物質粉末を原子吸光スペクトルにより分析したところ、LiCo0.089Ni0.046Mn0.046Al0.09Mg0.009O2の組成が確認された。
<Example 2>
A positive electrode active material of Example 2 was produced in the same manner as Example 1 except that lithium composite oxide (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) was used instead of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ). When the positive electrode active material powder of Example 2 was analyzed by atomic absorption spectrum, the composition of LiCo 0.089 Ni 0.046 Mn 0.046 Al 0.09 Mg 0.009 O 2 was confirmed.
<実施例3>
炭酸リチウム(Li2CO3)と、水酸化ニッケル(Ni(OH)2)と、炭酸マンガン(MnCO3)とを、Li2CO3:Ni(OH)2:MnCO3=1.08:1.6:0.4(Li1.08Ni0.8Mn0.2O2相当)のモル比となるよう秤量した点以外は、実施例1と同様にして、実施例3の正極活物質を作製した。なお、実施例3の正極活物質粉末を原子吸光スペクトルにより分析したところ、LiCo0.908Ni0.069Mn0.023O2の組成が確認された。
<Example 3>
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ), manganese carbonate (MnCO 3 ), Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = 1.08: 1 .6: A positive electrode active material of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the molar ratio was 0.4 (Li 1.08 Ni 0.8 Mn 0.2 O 2 equivalent). In addition, when the positive electrode active material powder of Example 3 was analyzed by the atomic absorption spectrum, the composition of LiCo 0.908 Ni 0.069 Mn 0.023 O 2 was confirmed.
<実施例4>
炭酸リチウム(Li2CO3)と水酸化ニッケル(Ni(OH)2)と炭酸マンガン(MnCO3)とを、Li2CO3:Ni(OH)2:MnCO3=1.08:1:1(Li1.08Ni0.5Mn0.5O2相当)のモル比となるように秤量し、ボールミル装置により平均粒径1μm以下になるまで粉砕した後、70℃で減圧乾燥した。
<Example 4>
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) and manganese carbonate (MnCO 3 ) are mixed with Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = 1.08: 1: 1. It was weighed so as to have a molar ratio (equivalent to Li 1.08 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 ), pulverized to a mean particle size of 1 μm or less with a ball mill device, and then dried under reduced pressure at 70 ° C.
次に、得られた粉末50重量部を実施例1と同様にしてコバルト酸リチウム(平均化学組成分析値:Li1.03CoO2)100重量部に対して被覆処理を行って、実施例4の正極活物質を作製した。なお、実施例4の正極活物質粉末を原子吸光スペクトルにより分析したところ、LiCo0.662Ni0.169Mn0.169O2の組成が確認された。 Next, 50 parts by weight of the obtained powder was coated on 100 parts by weight of lithium cobaltate (average chemical composition analysis value: Li 1.03 CoO 2 ) in the same manner as in Example 1 to obtain the positive electrode of Example 4. An active material was prepared. In addition, when the positive electrode active material powder of Example 4 was analyzed by atomic absorption spectrum, the composition of LiCo 0.662 Ni 0.169 Mn 0.169 O 2 was confirmed.
<実施例5>
まず、平均粒子径13μm(レーザ散乱法により測定)のリチウム複合酸化物(平均化学組成分析値:Li1.03Co0.98Al0.01Mg0.01O2)1000重量部を、50℃の純水2000重量部に1時間撹拌分散させた溶液を調製した。
<Example 5>
First, 1000 parts by weight of lithium composite oxide (average chemical composition analysis value: Li 1.03 Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) having an average particle diameter of 13 μm (measured by a laser scattering method) is added to 2000 parts by weight of pure water at 50 ° C. A solution was prepared by stirring and dispersing for 1 hour.
次に、この溶液に対して、市販試薬の硫酸ニッケル(Ni2SO4・6H2O)130重量部と、硫酸マンガン(MnSO4・H2O)85重量部とを、純水1000重量部に溶解させた溶液450重量部を7.5重量部/分で添加すると同時に、市販試薬25%NH3を希釈して4%NH3とした希NH3水を1.5重量部/分で添加した。さらにpHが11.0となるように市販試薬25%NaOH水溶液を添加し、1時間撹拌分散を続けた後放冷した。
Next, with respect to this solution, 130 parts by weight of commercially available nickel sulfate (Ni 2 SO 4 .6H 2 O) and 85 parts by weight of manganese sulfate (MnSO 4 .H 2 O) were added to 1000 parts by weight of pure water. At the same time, 450 parts by weight of the solution dissolved in the solution was added at 7.5 parts by weight / minute, and at the same time, diluted NH 3 water diluted to 4% NH 3 by diluting the commercially
次に、この分散系を濾過洗浄し、120℃で乾燥した。このようにして得られた前駆体試料は、表面に水酸化物を形成している。 Next, the dispersion was washed by filtration and dried at 120 ° C. The precursor sample thus obtained has hydroxides formed on the surface.
次に、この前駆体試料1000重量部に対して、リチウム量を調整するために市販試薬LiOH・H2Oを均一に混合乾燥させ、焼成前駆体を得た。次に、この焼成前駆体を電気炉を用いて毎分5℃で800℃になるまで昇温し、800℃で5時間保持した後に徐冷した。以上により、実施例5の正極活物質を作製した。なお、実施例5の正極活物質粉末を原子吸光スペクトルにより分析したところ、LiCo0.94Ni0.02Mn0.02Al0.01Mg0・01O2の組成が確認された。 Next, in order to adjust the amount of lithium, 1000 parts by weight of the precursor sample was uniformly mixed and dried with a commercially available reagent LiOH.H 2 O to obtain a calcined precursor. Next, the calcined precursor was heated to 800 ° C. at 5 ° C. per minute using an electric furnace, kept at 800 ° C. for 5 hours, and then gradually cooled. Thus, the positive electrode active material of Example 5 was produced. In addition, when the positive electrode active material powder of Example 5 was analyzed by atomic absorption spectrum, the composition of LiCo 0.94 Ni 0.02 Mn 0.02 Al 0.01 Mg 0 · 01 O 2 was confirmed.
<実施例6>
フッ化リチウム(LiF)粉末10mol%とコバルト酸リチウム(LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2)90mol%とをメカノフュージョン装置によって1時間処理を行い、コバルト酸リチウム表面にフッ化リチウム(LiF)を被着させた。この焼成前駆体を毎分3℃で昇温し、700℃で3時間保持した後に徐冷し、実施例6の正極活物質を作製した。なお、実施例6の正極活物質粉末を原子吸光スペクトルにより分析したところ、Li1.1Co0.98Al0.01Mg0.01O2F0.1の組成が確認された。
<Example 6>
Lithium fluoride (LiF)
<実施例7>
Li2CO3:Ni(OH)2:MnCO3=1.08:1:1(Li1.08Ni0.5Mn0.5O2相当)のモル比となるように秤量し、ボールミル装置により平均粒径1μm以下になるまで粉砕した後、70℃で減圧乾燥した。得られた粉末8.5重量部とフッ化リチウム(LiF)粉末1.5重量部とを実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物(LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2)100重量部に対して被覆処理を行って、実施例7の正極活物質を作製した。なお、実施例7の正極活物質粉末を原子吸光スペクトルにより分析したところ、Li1.06Co0.90Ni0.05Mn0.05Al0.01Mg0.01O2F0.6の組成が確認された。
<Example 7>
Li 2 CO 3 : Ni (OH) 2 : MnCO 3 = 1.08: 1: 1 (Li 1.08 Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 equivalent) is weighed so that the molar ratio is 1 μm or less with a ball mill device. After being pulverized until dried, it was dried under reduced pressure at 70 ° C. In the same manner as in Example 1, 8.5 parts by weight of the obtained powder and 1.5 parts by weight of lithium fluoride (LiF) powder were added to 100 parts by weight of a lithium composite oxide (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ). On the other hand, the coating process was performed and the positive electrode active material of Example 7 was produced. In addition, when the positive electrode active material powder of Example 7 was analyzed by the atomic absorption spectrum, the composition of Li 1.06 Co 0.90 Ni 0.05 Mn 0.05 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 F 0.6 was confirmed.
<実施例8>
実施例1と同様にして、実施例8の正極活物質を作製した。
<Example 8>
In the same manner as in Example 1, the positive electrode active material of Example 8 was produced.
<実施例9>
実施例1と同様にして、実施例9の正極活物質を作製した。
<Example 9>
In the same manner as in Example 1, a positive electrode active material of Example 9 was produced.
<実施例10>
実施例2と同様にして、実施例10の正極活物質を作製した。
<Example 10>
In the same manner as in Example 2, the positive electrode active material of Example 10 was produced.
<実施例11>
実施例2と同様にして、実施例11の正極活物質を作製した。
<Example 11>
In the same manner as in Example 2, the positive electrode active material of Example 11 was produced.
<実施例12>
市販の硝酸ニッケルと、硝酸コバルトと、硝酸マンガンとを水溶液として、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)のモル比(Ni:Co:Mn)が0.50:0.20:0.30となるように混合し、十分攪拌しながらアンモニア水を滴下して複合水酸化物を得た。次に、これを水酸化リチウムと混合し、酸素気流中、900℃で10時間焼成した後に粉砕して実施例12の正極活物質を作製した。
<Example 12>
Using a commercially available nickel nitrate, cobalt nitrate, and manganese nitrate as an aqueous solution, the molar ratio of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) (Ni: Co: Mn) is 0.50: 0.20: It mixed so that it might be set to 0.30, and ammonia water was dripped, stirring fully, and the composite hydroxide was obtained. Next, this was mixed with lithium hydroxide, calcined at 900 ° C. for 10 hours in an oxygen stream, and then pulverized to produce a positive electrode active material of Example 12.
なお、実施例12の正極活物質粉末を原子吸光スペクトルにより分析したところ、LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2の組成が確認された。また、レーザ回折法により粒径を測定したところ、平均粒径は13μmであった。さらに、この粉末のX線回折測定を行ったところ、得られたパターンはICDDの09−0063にあるLiNiO2のパターンに類似しており、LiNiO2と同様の層状岩塩構造を形成している事が確認された。さらに、SEM(Scanning Electron Microscopy)により粉末を観察したところ、0.1μm〜5μmの1次粒子が凝集した球状の粒子が観察された。 In addition, when the positive electrode active material powder of Example 12 was analyzed by atomic absorption spectrum, the composition of LiNi 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 was confirmed. Further, when the particle size was measured by a laser diffraction method, the average particle size was 13 μm. Furthermore, when X-ray diffraction measurement of this powder was performed, the pattern obtained was similar to the pattern of LiNiO 2 in 09-0063 of ICDD, and formed a layered rock salt structure similar to LiNiO 2 . Was confirmed. Furthermore, when the powder was observed by SEM (Scanning Electron Microscopy), spherical particles in which primary particles of 0.1 μm to 5 μm were aggregated were observed.
<比較例1>
比較例1として、リチウム複合酸化物(LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2)を用いた。
<Comparative Example 1>
As Comparative Example 1, a lithium composite oxide (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) was used.
<比較例2>
比較例2として、リチウム複合酸化物(LiNi0.045Co0.91Mn0.045O2)を用いた。
<Comparative example 2>
As Comparative Example 2, a lithium composite oxide (LiNi 0.045 Co 0.91 Mn 0.045 O 2 ) was used.
<比較例3>
市販の水酸化ニッケル、水酸化コバルト、炭酸マンガンをニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)のモル比(Ni:Co:Mn)が0.50:0.20:0.30となるようにボールミルにより混合したのち、さらに水酸化リチウムと混合し、大気気流中、700℃で10時間焼成した後に粉砕し、比較例3の正極活物質を作製した。
<Comparative Example 3>
Commercially available nickel hydroxide, cobalt hydroxide, and manganese carbonate with a molar ratio (Ni: Co: Mn) of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) of 0.50: 0.20: 0.30 After mixing with a ball mill, the mixture was further mixed with lithium hydroxide, calcined at 700 ° C. for 10 hours in an air stream, and pulverized to prepare a positive electrode active material of Comparative Example 3.
なお、得られた正極活物質粉末を原子吸光分析により分析したところ、LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2の組成が確認された。また、レーザ回折法により粒径を測定したところ、平均粒径は8μmであった。また、この粉末のX線回折測定を行ったところ、得られたパターンは、ICDDの09−0063にあるLiNiO2のパターンに類似しており、LiNiO2と同様の層状岩塩構造を形成している事が確認された。また、SEMにより粉末を観察したところ、0.1〜5μmの1次粒子が凝集した球状の粒子が観察された。 When the obtained positive electrode active material powder was analyzed by atomic absorption analysis, the composition of LiNi 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 was confirmed. Further, when the particle size was measured by a laser diffraction method, the average particle size was 8 μm. Moreover, when X-ray diffraction measurement of this powder was performed, the obtained pattern was similar to the pattern of LiNiO 2 in 09-0063 of ICDD, and formed the same layered rock salt structure as LiNiO 2 . Things were confirmed. Further, when the powder was observed by SEM, spherical particles in which primary particles of 0.1 to 5 μm were aggregated were observed.
<比較例4>
リチウム複合酸化物(LiCoO2)を比較例4の正極活物質とした。
<Comparative Example 4>
Lithium composite oxide (LiCoO 2 ) was used as the positive electrode active material of Comparative Example 4.
<比較例5>
リチウム複合酸化物(LiCoO2)を比較例5の正極活物質とした。
<Comparative Example 5>
Lithium composite oxide (LiCoO 2 ) was used as the positive electrode active material of Comparative Example 5.
<比較例6>
リチウム複合酸化物(LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2)を比較例6の正極活物質とした。
<Comparative Example 6>
Lithium composite oxide (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) was used as the positive electrode active material of Comparative Example 6.
<比較例7>
リチウム複合酸化物(LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2)を比較例7の正極活物質とした。
<Comparative Example 7>
Lithium composite oxide (LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 ) was used as the positive electrode active material of Comparative Example 7.
<比較例8>
焼成前駆体を毎分3℃で昇温し、950℃で24時間保持した後に徐冷した点以外は、実施例1と同様にして、比較例8の正極活物質を作製した。なお、比較例8の正極活物質粉末を原子吸光スペクトルにより分析したところ、LiCo0.908Ni0.046Mn0.046O2の組成が確認された。
<Comparative Example 8>
A positive electrode active material of Comparative Example 8 was produced in the same manner as in Example 1 except that the calcined precursor was heated at 3 ° C. per minute, kept at 950 ° C. for 24 hours and then gradually cooled. When the positive electrode active material powder of Comparative Example 8 was analyzed by atomic absorption spectrum, the composition of LiCo 0.908 Ni 0.046 Mn 0.046 O 2 was confirmed.
以上に説明するようにして作製した、実施例1〜実施例12および比較例1〜比較例8の正極活物質について、母材、被覆材、平均組成をまとめたものを表1に示す。 Table 1 shows a summary of the base material, the covering material, and the average composition of the positive electrode active materials of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8 produced as described above.
次に実施例1〜実施例12、比較例1〜比較例8の正極活物質を用いて、以下に説明するようにして、円筒型電池を作製した。 Next, using the positive electrode active materials of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8, cylindrical batteries were produced as described below.
まず、正極活物質を86重量%と、導電剤としてグラファイトを10重量%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを4重量%とを混合して、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて、正極合剤スラリーとした。 First, 86% by weight of the positive electrode active material, 10% by weight of graphite as a conductive agent, and 4% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent was mixed. ) To obtain a positive electrode mixture slurry.
この正極合剤スラリーを厚さ20μmの帯状のアルミニウム(Al)箔の両面に均一に塗布・乾燥後、ローラープレス機で圧縮して帯状の正極を得た。この際、電極中の空隙は体積比率にして26%となるように調節した。 This positive electrode mixture slurry was uniformly applied on both sides of a 20 μm-thick strip-shaped aluminum (Al) foil, dried, and then compressed by a roller press to obtain a strip-shaped positive electrode. At this time, the voids in the electrode were adjusted so that the volume ratio was 26%.
次に、負極として、粉末状の人造黒鉛90重量%にポリフッ化ビニリデン(PVdF)を10重量%混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて負極合剤スラリーとした。この負極合剤スラリーを厚さ10μmの銅(Cu)箔の両面に均一に塗布し、乾燥後にローラープレス機で圧縮することで帯状の負極を得た。 Next, as a negative electrode, 10% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was mixed with 90% by weight of powdered artificial graphite and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to obtain a negative electrode mixture slurry. This negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a 10 μm thick copper (Cu) foil, dried, and then compressed with a roller press to obtain a belt-like negative electrode.
次に、正極および負極を作製した後、多孔性のポリオレフィンフィルムをセパレータとして用い、このセパレータと、正極と負極とを、負極、セパレータ、正極、セパレータの順に積層し、渦巻型に多数回巻回することにより、渦巻き型の巻回電極体を作製した。 Next, after producing a positive electrode and a negative electrode, a porous polyolefin film is used as a separator, and this separator, the positive electrode and the negative electrode are laminated in the order of the negative electrode, the separator, the positive electrode, and the separator, and then wound in a spiral shape. As a result, a spiral wound electrode body was produced.
次に、この巻回電極体をニッケルめっきを施した鉄製電池缶に収納し、巻回電極体の上下両面に絶縁板を配設した。アルミニウム製の正極リードを正極集電体から導出して、電池蓋と電気的な導通が確保された安全弁の突起部に溶接した。ニッケル製の負極リードを負極集電体から導出して電池缶の底部に溶接した。 Next, this wound electrode body was housed in a nickel-plated iron battery can, and insulating plates were disposed on both upper and lower surfaces of the wound electrode body. An aluminum positive electrode lead was led out from the positive electrode current collector and welded to a protrusion of a safety valve in which electrical continuity with the battery lid was ensured. A nickel negative electrode lead was led out from the negative electrode current collector and welded to the bottom of the battery can.
次に、上述の電極体が組み込まれた電池缶内に電解液を注入した後、絶縁封口ガスケットを介して電池缶をかしめることにより、安全弁、PTC素子ならびに電池蓋を固定し、外径が18mmで高さが65mmの円筒型電池を作製した。なお、電解液は、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積混合比が1:1である混合溶液に1mol/dm3の濃度になるようにLiPF6を溶解して非水電解液を調製した。 Next, after injecting the electrolyte into the battery can in which the electrode body is incorporated, the safety can, the PTC element, and the battery lid are fixed by caulking the battery can through an insulating sealing gasket, and the outer diameter is A cylindrical battery having a height of 18 mm and a height of 65 mm was produced. The electrolyte solution was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solution having a volume mixing ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate of 1: 1 so as to have a concentration of 1 mol / dm 3 .
次に、実施例1〜実施例12および比較例1〜比較例9の正極活物質の放電状態、4.45V充電状態および4.65V充電状態について(XAFS測定における正極の各充電電圧はLi電位を0Vとした場合の正極の電極電位により規定)、XAFS測定により、酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルを測定した。XAFS測定は、シンクロトロン放射光施設にて行った。試料の測定装置への導入は、大気に触れないように、不活性ガス雰囲気中で行うか、または大気に触れさせるにしても表面の変質をできるだけ抑制するように、1〜2分の短時間で行うようにした。入射X線のエネルギーは、NiO粉末の酸素K吸収端における最も低エネルギー側に生じるピークのピークトップのエネルギーが532eVになるようにエネルギーを較正した。 Next, regarding the discharge state of the positive electrode active material of Example 1 to Example 12 and Comparative Example 1 to Comparative Example 9, 4.45V charge state and 4.65V charge state (each charge voltage of the positive electrode in the XAFS measurement is Li potential) The X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge was measured by XAFS measurement. XAFS measurements were performed at a synchrotron radiation facility. The sample is introduced into the measuring apparatus in an inert gas atmosphere so as not to be exposed to the air, or in a short time of 1 to 2 minutes so as to suppress the surface alteration as much as possible even when exposed to the air. I tried to do it. The energy of the incident X-ray was calibrated so that the energy at the peak top of the peak at the lowest energy side at the oxygen K absorption edge of the NiO powder was 532 eV.
なお、放電状態、4.45V充電状態、4.65V充電状態の正極活物質は、作製した電池を所定の充電電圧まで充電を行った後に、水分による試料の変質を防止するために露点が−50℃以下のドライルーム中で解体をして正極をとり出し、ジメチルカーボネート(DMC)を用いて表面に付着した塩や溶媒を洗浄した後、乾燥することにより得た。 The positive electrode active material in the discharged state, 4.45 V charged state, and 4.65 V charged state has a dew point of − to prevent the sample from being altered by moisture after charging the prepared battery to a predetermined charging voltage. It was obtained by disassembling in a dry room at 50 ° C. or lower, taking out the positive electrode, washing the salt or solvent adhering to the surface with dimethyl carbonate (DMC), and drying.
XAFS測定により得られたX線吸収スペクトルにおいて、525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドを差し引き、560eV〜600eVの領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で1となるように規格化したものを解析対象とした。 In the X-ray absorption spectrum obtained by XAFS measurement, the background is subtracted so that the intensity of the straight line approximating the region of 525 eV or less is 0 in the whole spectrum, and the intensity of the straight line approximating the region of 560 eV to 600 eV is the whole spectrum. The analysis target was standardized so as to be 1.
次に、放電状態の酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルの530eV付近に現れる吸収端ピークの領域(526eV〜534eV)を積分した積分強度を算出した。積分強度は、放電状態、4.65V充電状態について算出した。次に、積分強度比=(「4.65Vの積分強度」/「放電状態の積分強度」)を求めた。 Next, an integrated intensity was calculated by integrating the absorption peak region (526 eV to 534 eV) appearing in the vicinity of 530 eV of the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge in the discharge state. The integrated intensity was calculated for the discharged state and the 4.65V charged state. Next, the integral intensity ratio = (“4.65 V integral intensity” / “discharge state integral intensity”) was determined.
また、525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドを差し引き、規格化を行わなかったものも解析対象とした。 In addition, a sample that was not normalized by subtracting the background so that the intensity of a straight line approximating a region of 525 eV or less was 0 in the entire spectrum was also analyzed.
このX線吸収スペクトルにおいては、吸収端ピークのピークトップの強度の半値を与えるエネルギー値であって、低エネルギー側のものを吸収端エネルギーとして、(「4.45V充電状態の吸収端エネルギー」−「放電状態の吸収端エネルギー」)の値および(「4.65V充電状態の吸収端エネルギー」−「放電状態の吸収端エネルギー」)の値を吸収端変化として求めた。 In this X-ray absorption spectrum, it is an energy value giving a half value of the peak top intensity of the absorption edge peak, and the energy at the low energy side is taken as the absorption edge energy ("4.44V absorption edge energy in the charged state"- The value of “absorption edge energy in the discharge state”) and the value of “(absorption edge energy in the 4.65 V charge state) −“ absorption edge energy in the discharge state ”) were obtained as the absorption edge change.
評価
実施例1〜実施例12、比較例1〜比較例8の正極活物質を用いて、同様にして作製した電池について、初期容量および容量維持率の測定を行った。
Using the positive electrode active materials of Evaluation Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8, the batteries produced in the same manner were measured for initial capacity and capacity retention rate.
初期容量測定
初期容量は、充電を環境温度45℃、1000mAの定電流で電池電圧が所定電圧(4.20V、4.30V、4.35V、4.40V、4.50V、4.60V)に達した時点で、定電圧充電に切り替え、充電時間の総計が2.5時間に達するまで行い、こののちに、800mAの定電流で終止電圧3.0Vで放電を行って測定した。
Initial capacity measurement The initial capacity is charged at a predetermined voltage (4.20 V, 4.30 V, 4.35 V, 4.40 V, 4.50 V, 4.60 V) at a constant current of 45 mA at an environmental temperature of 45 ° C. At that time, switching to constant voltage charging was performed until the total charging time reached 2.5 hours, after which discharging was performed at a constant current of 800 mA and a final voltage of 3.0 V, and measurement was performed.
容量維持率の測定
初期容量測定と同様の条件で、充放電を繰り返し、200サイクル目の放電容量を測定して、初期容量に対する容量維持率を求めた。
Measurement of Capacity Maintenance Rate Charging / discharging was repeated under the same conditions as in the initial capacity measurement, and the discharge capacity at the 200th cycle was measured to determine the capacity maintenance rate relative to the initial capacity.
表2に実施例1〜実施例12および比較例1〜比較例8についての積分強度比および吸収端変化、並びに初期容量および容量維持率を示す。 Table 2 shows the integrated intensity ratio, the absorption edge change, the initial capacity, and the capacity retention ratio for Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8.
また、図5に、放電状態、4.25V充電状態、4.45V充電状態、4.65V充電状態における実施例1の正極活物質の酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルを示す。図6に、放電状態、4.25V充電状態、4.45V充電状態、4.65V充電状態における実施例7の正極活物質の酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルを示す。図7に、放電状態、4.25V充電状態、4.45V充電状態、4.65V充電状態における比較例1の正極活物質の酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルを示す。 FIG. 5 shows an X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge of the positive electrode active material of Example 1 in the discharged state, 4.25 V charged state, 4.45 V charged state, and 4.65 V charged state. FIG. 6 shows an X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge of the positive electrode active material of Example 7 in the discharged state, 4.25 V charged state, 4.45 V charged state, and 4.65 V charged state. FIG. 7 shows an X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge of the positive electrode active material of Comparative Example 1 in the discharged state, 4.25 V charged state, 4.45 V charged state, and 4.65 V charged state.
表2に示すように、実施例1〜実施例12および比較例1〜比較例8によると、(1)および(2)の特性を有さない比較例1〜比較例8と比べると、高温における容量維持率が高かった。すなわち、(1)および(2)の少なくとも1つの特性を有する正極活物質を用いた電池は、高温においても優れた充放電サイクル特性を得られることがわかった。 As shown in Table 2, according to Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 8, compared with Comparative Examples 1 to 8 that do not have the characteristics of (1) and (2), the temperature is high. The capacity maintenance rate was high. That is, it was found that a battery using a positive electrode active material having at least one of the characteristics (1) and (2) can obtain excellent charge / discharge cycle characteristics even at high temperatures.
また、実施例1と比較例8との比較によると、正極活物質は、表1に示すように、同一の平均組成を有するものであるが、(1)および(2)の特性を有する実施例1のほうが容量維持率が向上した。すなわち、同一の平均組成を有するものであっても、(1)および(2)の少なくとも1つの特性を有するような正極活物質を用いた電池は、高温においても優れた充放電サイクル特性を得られることがわかった。 Further, according to a comparison between Example 1 and Comparative Example 8, the positive electrode active material has the same average composition as shown in Table 1, but has the characteristics of (1) and (2). In Example 1, the capacity retention rate was improved. That is, a battery using a positive electrode active material having at least one characteristic of (1) and (2), even if having the same average composition, has excellent charge / discharge cycle characteristics even at high temperatures. I found out that
さらに、図5〜図7によると、実施例1および実施例7では、充電を行った際の正極活物質の表面での酸素(O)の2p軌道の変化が現れており、正極活物質表面での反応性が小さいために、活物質表面での被膜等の生成が抑制されており、活物質中の酸素の挙動を確認することができるのに対して、比較例1では活物質表面に被膜等が生成することにより活物質中の酸素(O)の挙動を確認し難くなるので、充電を行っても放電状態とあまり変わらないスペクトルになると考えられる。したがって、(1)〜(2)の少なくとも1つを満足することを特徴とする正極活物質を用いることにより、正極表面での電解液との反応や正極活物質からの金属成分の溶出を抑制できるので、充放電サイクル特性が改善されたものと推測される。 Further, according to FIGS. 5 to 7, in Example 1 and Example 7, the change of 2p orbit of oxygen (O) on the surface of the positive electrode active material when charging was performed, and the surface of the positive electrode active material Since the reactivity at the surface of the active material is small, the formation of a film or the like on the surface of the active material is suppressed, and the behavior of oxygen in the active material can be confirmed. Since it becomes difficult to confirm the behavior of oxygen (O) in the active material due to the formation of a film or the like, it is considered that the spectrum does not differ much from the discharged state even when charged. Therefore, by using a positive electrode active material characterized by satisfying at least one of (1) to (2), the reaction with the electrolytic solution on the positive electrode surface and the elution of metal components from the positive electrode active material are suppressed. Therefore, it is estimated that the charge / discharge cycle characteristics are improved.
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、電池形状については特に限定されることはなく、円筒型、角型、コイン型、ボタン型、ラミネートシール型等の種々の形状にすることできる。また、例えば、電極体は、正極および負極とセパレータとを順次積層する積層方式等によって作製してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments of the present invention, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the present invention. For example, the shape of the battery is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a button shape, and a laminate seal shape can be used. Further, for example, the electrode body may be manufactured by a lamination method in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are sequentially laminated.
さらに、例えば、正極、負極の作製方法は、上述した例に限定されない。例えば、材料に公知の結着剤等を添加して加熱して塗布する方法、材料単独、あるいは導電性材料、さらには、結着剤と混合して成型等の処理を施して集電体上に成型体電極を作製する方法が採られるが、これに限定されるものではない。より具体的には、結着剤、有機溶剤等と混合されたスラリー状にされた後、集電体上に塗布、乾燥させて作製することができる。あるいは、結着剤有無にかかわらず、活物質に熱を加えたまま加圧成型することにより、高度を有した電極を作製することも可能である。 Furthermore, for example, the method for manufacturing the positive electrode and the negative electrode is not limited to the above-described example. For example, a method in which a known binder or the like is added to the material and heated to apply, the material alone or a conductive material, and further mixed with the binder and subjected to a treatment such as molding, and then on the current collector However, the present invention is not limited to this method. More specifically, it can be prepared by forming a slurry mixed with a binder, an organic solvent, and the like, and then applying and drying on a current collector. Alternatively, regardless of the presence or absence of the binder, it is possible to produce an electrode having a high degree by performing pressure molding while applying heat to the active material.
さらに、例えば、電池の作製方法として、正極と負極との間にセパレータを介して巻芯の周囲に巻回する作製方法、電極とセパレータを順次積層する積層方式等が取られる。角型電池を作成する際に、巻回する方式が採られる場合にも有効である。 Furthermore, for example, as a battery manufacturing method, a manufacturing method of winding around a core via a separator between a positive electrode and a negative electrode, a stacking method of sequentially stacking an electrode and a separator, or the like is taken. This is also effective when a winding method is adopted when a rectangular battery is produced.
また、電池の第1の例では、電解質として、電解液を有する非水電解質電池、電池の第2の例では、電解質として、ゲル電解質を有する非水電解質電池について説明したがこれらに限定されるものではない。例えば、電解質として、電解質塩を含有させた固体電解質を用いることもできる。固体電解質としては、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質いずれも用いることができる。無機固体電解質として、窒化リチウム、ヨウ化リチウム等が挙げられる。高分子固体電解質は、電解質塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、その高分子化合物は、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体等のエーテル系高分子、ポリ(メタクリレート)エステル系、アクリレート系等を単独あるいは分子中に共重合、または混合して用いることができる。 In the first example of the battery, a nonaqueous electrolyte battery having an electrolyte as an electrolyte has been described, and in the second example of the battery, a nonaqueous electrolyte battery having a gel electrolyte as an electrolyte has been described, but the present invention is not limited thereto. It is not a thing. For example, a solid electrolyte containing an electrolyte salt can be used as the electrolyte. As the solid electrolyte, any inorganic solid electrolyte or polymer solid electrolyte can be used as long as the material has lithium ion conductivity. Examples of the inorganic solid electrolyte include lithium nitride and lithium iodide. The polymer solid electrolyte is composed of an electrolyte salt and a polymer compound that dissolves the electrolyte salt. The polymer compound is an ether polymer such as poly (ethylene oxide) or a crosslinked product thereof, poly (methacrylate) ester, or acrylate. Etc. can be used singly or in a molecule or in a mixture.
1・・・電池缶
2・・・正極
2A・・・正極集電体
2B・・・正極合剤層
3A・・・負極集電体
3B・・・負極合剤層
3・・・負極
4・・・セパレータ
5,6・・・絶縁板
7・・・電池蓋
8・・・安全弁機構
9・・・熱感抵抗素子
10・・・ガスケット
11・・・ディスク板
12・・・センターピン
13・・・正極リード
14・・・負極リード
20・・・巻回電極体
30・・・電池素子
32・・・正極リード
33・・・負極リード
34,35・・・樹脂片
35・・・負極リード
36・・・凹部
37・・・外装材
42・・・正極
42A・・・正極集電体
42B・・・正極合剤層
43・・・負極
43A・・・負極集電体
43B・・・負極合剤層
44・・・セパレータ
45・・・ゲル電解質層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
を特徴とする正極活物質。
(1)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれるとともに、560eV〜600eVの領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で1になるように規格化されたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークの積分強度を求めたときに、
放電状態の積分強度に対する4.65V充電状態の積分強度の比(4.65V充電状態の積分強度/放電状態の積分強度)が1.4以上である。
(2)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークのピークトップの強度の半値を与える低エネルギー側のエネルギー値を吸収端エネルギーとして求めたときに、
4.45V〜4.65Vから選ばれる電圧での充電状態の吸収端エネルギーから放電状態の吸収端エネルギーを差し引いた値が−0.7eV以下である。 A positive electrode active material having at least one of the following (1) to (2).
(1) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
The background was subtracted so that the intensity of a straight line approximating a region of 525 eV or less was 0 in the entire spectrum, and the intensity of a straight line approximating a region of 560 eV to 600 eV was normalized to be 1 in the entire spectrum. About things
When the integrated intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained,
The ratio of the integrated intensity of the 4.65V charged state to the integrated intensity of the discharged state (4.65V charged state integrated intensity / discharged state integrated intensity) is 1.4 or more.
(2) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
For the background is subtracted so that the intensity of the straight line approximating the region of 525 eV or less is 0 in the entire spectrum,
When the energy value on the low energy side giving the half value of the peak top intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained as the absorption edge energy,
The value obtained by subtracting the absorption edge energy in the discharged state from the absorption edge energy in the charged state at a voltage selected from 4.45 V to 4.65 V is −0.7 eV or less.
を特徴とする請求項1記載の正極活物質。
(化1)
Li(1+p)Co(1-q)MqO(2-y)Xz
(式中、Mはコバルト(Co)を除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を、Xは酸素(O)以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、y、zは、−0.10≦p≦0.10、0≦q<0.3、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.1の範囲内の値である。) 2. The positive electrode active material according to claim 1, wherein the average composition is represented by Chemical Formula 1. 3.
(Chemical formula 1)
Li (1 + p) Co (1-q) M q O (2-y) X z
(In the formula, M represents at least one element selected from Groups 2 to 15 excluding cobalt (Co), and X represents at least one element selected from Group 16 elements and Group 17 elements other than oxygen (O). p, q, y, and z are in the range of −0.10 ≦ p ≦ 0.10, 0 ≦ q <0.3, −0.10 ≦ y ≦ 0.20, and 0 ≦ z ≦ 0.1. Value.)
を特徴とする請求項1記載の正極活物質。
(化2)
Li(1+p)Ni(1-q-r)MnqMrO(2-y)Xz
(式中、Mはニッケル(Ni)、マンガン(Mn)を除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を、Xは酸素(O)以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、r、y、zは、−0.10≦p≦0.10、0.005≦q≦0.4、0≦r≦0.35、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.1の範囲内の値である。) The positive electrode active material according to claim 1, wherein the average composition is represented by Chemical Formula 2.
(Chemical formula 2)
Li (1 + p) Ni ( 1-qr) Mn q M r O (2-y) X z
(Wherein M is at least one element selected from Groups 2 to 15 excluding nickel (Ni) and manganese (Mn), and X is at least one of Group 16 elements and Group 17 elements other than oxygen (O). P, q, r, y, and z are −0.10 ≦ p ≦ 0.10, 0.005 ≦ q ≦ 0.4, 0 ≦ r ≦ 0.35, and −0.10 ≦. (Y ≦ 0.20, 0 ≦ z ≦ 0.1.)
上記正極活物質は、下記(1)〜(2)のうち少なくとも1以上の特性を有すること
を特徴とする非水電解質電池。
(1)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれるとともに、560eV〜600eVの領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で1になるように規格化されたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークの積分強度を求めたときに、
放電状態の積分強度に対する4.65V充電状態の積分強度の比(4.65V充電状態の積分強度/放電状態の積分強度)が1.4以上である。
(2)X線吸収微細構造解析(XAFS)法で測定した酸素K吸収端におけるX線吸収スペクトルにおいて、
525eV以下の領域を近似する直線の強度がスペクトル全体で0になるようにバックグラウンドが差し引かれたものについて、
526eV〜534eVの範囲にある吸収端ピークのピークトップの強度の半値を与える低エネルギー側のエネルギー値を吸収端エネルギーとして求めたときに、
4.45V〜4.65Vから選ばれる電圧での充電状態の吸収端エネルギーから放電状態の吸収端エネルギーを差し引いた値が−0.7eV以下である。 A positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolyte;
The positive electrode active material has at least one or more of the following (1) to (2).
(1) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
The background was subtracted so that the intensity of a straight line approximating a region of 525 eV or less was 0 in the entire spectrum, and the intensity of a straight line approximating a region of 560 eV to 600 eV was normalized to be 1 in the entire spectrum. About things
When the integrated intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained,
The ratio of the integrated intensity of the 4.65V charged state to the integrated intensity of the discharged state (4.65V charged state integrated intensity / discharged state integrated intensity) is 1.4 or more.
(2) In the X-ray absorption spectrum at the oxygen K absorption edge measured by the X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) method,
For the background is subtracted so that the intensity of the straight line approximating the region of 525 eV or less is 0 in the entire spectrum,
When the energy value on the low energy side giving the half value of the peak top intensity of the absorption edge peak in the range of 526 eV to 534 eV is obtained as the absorption edge energy,
The value obtained by subtracting the absorption edge energy in the discharged state from the absorption edge energy in the charged state at a voltage selected from 4.45 V to 4.65 V is −0.7 eV or less.
平均組成が化1で表されたものであること
を特徴とする請求項4記載の非水電解質電池。
(化1)
Li(1+p)Co(1-q)MqO(2-y)Xz
(式中、Mはコバルト(Co)を除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を、Xは酸素(O)以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、y、zは、−0.10≦p≦0.10、0≦q<0.3、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.1の範囲内の値である。) The positive electrode active material is
The non-aqueous electrolyte battery according to claim 4, wherein the average composition is represented by chemical formula 1.
(Chemical formula 1)
Li (1 + p) Co (1-q) M q O (2-y) X z
(In the formula, M represents at least one element selected from Groups 2 to 15 excluding cobalt (Co), and X represents at least one element selected from Group 16 elements and Group 17 elements other than oxygen (O). p, q, y, and z are in the range of −0.10 ≦ p ≦ 0.10, 0 ≦ q <0.3, −0.10 ≦ y ≦ 0.20, and 0 ≦ z ≦ 0.1. Value.)
平均組成が化2で表されたものであること
を特徴とする請求項4記載の非水電解質電池。
(化2)
Li(1+p)Ni(1-q-r)MnqMrO(2-y)Xz
(式中、Mはニッケル(Ni)、マンガン(Mn)を除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を、Xは酸素(O)以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、r、y、zは、−0.10≦p≦0.10、0.005≦q≦0.4、0≦r≦0.35、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.1の範囲内の値である。) The positive electrode active material is
The non-aqueous electrolyte battery according to claim 4, wherein the average composition is represented by chemical formula 2.
(Chemical formula 2)
Li (1 + p) Ni ( 1-qr) Mn q M r O (2-y) X z
(Wherein M is at least one element selected from Groups 2 to 15 excluding nickel (Ni) and manganese (Mn), and X is at least one of Group 16 elements and Group 17 elements other than oxygen (O). P, q, r, y, and z are −0.10 ≦ p ≦ 0.10, 0.005 ≦ q ≦ 0.4, 0 ≦ r ≦ 0.35, and −0.10 ≦. (Y ≦ 0.20, 0 ≦ z ≦ 0.1.)
を特徴とする請求項4記載の非水電解質電池。 The non-aqueous electrolyte battery according to claim 4, wherein an open circuit voltage in a fully charged state is 4.25 V or more and 4.65 V or less.
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