JP2845150B2 - Rechargeable battery - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ金属を利用し
た二次電池に係わり、特に、二次電池の高容量化に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary battery using an alkali metal, and more particularly to an increase in the capacity of a secondary battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】本発明の対象となっている二次電池は、
負極にアルカリ金属またはアルカリ金属イオンを含有す
る活物質を利用することを特徴とする電池である。その
代表例はリチウム二次電池である。単位重量および単位
体積当りで、鉛畜電池やニッケル・カドミニウム電池に
比べ2〜3倍以上の大きな電気エネルギーを貯蔵するこ
とができるリチウム二次電池は、ポータブル用電気機
器、ポ−タブルコンピューターの駆動用並びにメモリー
バックアップ用の電源として普及しつつある。2. Description of the Related Art A secondary battery which is an object of the present invention comprises:
A battery characterized in that an active material containing an alkali metal or an alkali metal ion is used for a negative electrode. A typical example is a lithium secondary battery. Lithium secondary batteries that can store 2 to 3 times more electric energy per unit weight and unit volume than lead-acid batteries or nickel-cadmium batteries can be used to drive portable electric devices and portable computers. And as a power source for memory backup.
【0003】リチウム二次電池の正極に、金属酸化物か
らなる活物質を用いることが多く、該金属酸化物は、結
晶格子内にアルカリ金属イオンを可逆的に吸蔵、脱離す
る性質を有する物質である。また、負極には、アルカリ
金属、アルカリ金属を含む合金、あるいはアルカリ金属
イオンをインターカレートした化合物等の活物質が利用
される。電解液に、アルカリ金属イオンの塩を溶解させ
た非水電解液、あるいはアルカリ金属イオンの塩を含有
する固体高分子が使用される。An active material composed of a metal oxide is often used for a positive electrode of a lithium secondary battery, and the metal oxide has a property of reversibly inserting and extracting alkali metal ions in a crystal lattice. It is. For the negative electrode, an active material such as an alkali metal, an alloy containing an alkali metal, or a compound obtained by intercalating an alkali metal ion is used. As the electrolyte, a non-aqueous electrolyte in which a salt of an alkali metal ion is dissolved, or a solid polymer containing a salt of an alkali metal ion is used.
【0004】そして、正極活物質の放電容量を増大させ
る目的で、開発された従来技術として、例えば、特開平
5−290890号公報にて、正極活物質中の遷移金属イオン
を異種金属イオンに置換させたLixCoyNi1-yO2の技術
が、また、特開平5−101828号公報に、LiNi1-xMnxO2な
どのCoの一部をV、Cr、Cuに置換したLiCoO2の技術が開
示されている。[0004] Then, for the purpose of increasing the discharge capacity of the positive electrode active material, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
In 5-290890, the technology of Li x Co y Ni 1-y O 2 in which the transition metal ion in the positive electrode active material is replaced with a foreign metal ion is also described in JP-A-5-101828, a part of Co, such as 1-x Mn x O 2 V , Cr, techniques LiCoO 2 was replaced with Cu is disclosed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、未だ、
電池活物質の重量当りまたは体積当りの放電容量は小さ
く、電池を占める電極の重量または体積は満足されるも
のではない。すなわち、アルカリ金属を用いた二次電池
が貯蔵できる電気エネルギー量、すなわちエネルギー密
度を増大するという課題は残されている。[Problems to be solved by the invention] However,
The discharge capacity per weight or volume of the battery active material is small, and the weight or volume of the electrode occupying the battery is not satisfactory. That is, there remains a problem that the amount of electric energy that can be stored in a secondary battery using an alkali metal, that is, the energy density is increased.
【0006】従って、本発明の目的は、重量当りの正極
活物質の放電容量を増大させ、アルカリ金属を利用した
二次電池の容量密度を向上し、高容量の二次電池を提供
することにある。Accordingly, it is an object of the present invention to increase the discharge capacity of a positive electrode active material per weight, improve the capacity density of a secondary battery using an alkali metal, and provide a high capacity secondary battery. is there.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、アルカ
リ金属イオンを含む正極活物質からなる正極と、負極
と、非水電解液とから構成される二次電池であって、正
極活物質は、アルカリ金属イオンとは異なる異種金属イ
オンを含み、該異種金属イオンは、アルカリ金属イオン
より大きいイオン半径を有する一価の陽イオン A+であ
り、かつ、次の式(1)で表される異種金属イオンについ
ての酸化還元反応の標準平衡電位が、式(2)で表される
酸素の酸化還元反応の標準平衡電位以下にあり、かつ、
異種金属イオンについての酸化還元反応の標準平衡電位
が、正極活物質が陽イオン A+を電気化学的に吸蔵、放
出するための作動電位の最低値より高いことにより達成
される。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a secondary battery comprising a positive electrode comprising a positive electrode active material containing an alkali metal ion, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. Contains a different metal ion different from the alkali metal ion, and the different metal ion is a monovalent cation A + having an ion radius larger than that of the alkali metal ion, and is represented by the following formula (1). The standard equilibrium potential of the oxidation-reduction reaction for the different metal ion is less than or equal to the standard equilibrium potential of the redox reaction of oxygen represented by the formula (2), and
The standard equilibrium potential of the oxidation-reduction reaction for the foreign metal ion is achieved when the positive electrode active material is higher than the minimum operating potential for electrochemically absorbing and releasing the cation A + .
【0008】 A+ + e- → A (1) O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (2) また、正極活物質が、Li1-yAgyCoO2あるいはLi1-yCuyCo
O2なる化学式を有し、yは0.01から0.12の範囲にあるこ
とによっても達成される。[0008] A + + e - → A ( 1) O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O (2) In addition, the positive electrode active material, Li 1-y Ag y CoO 2 or Li 1-y Cu y Co
It is also achieved by having the formula O 2 , where y is in the range of 0.01 to 0.12.
【0009】[0009]
【作用】上記構成とすれば、アルカリ金属イオンと異種
金属イオンとを正極活物質に含有させることになり、放
電容量の大きな正極活物質が得られるので、アルカリ金
属を利用した二次電池の容量密度を向上させることがで
きる。According to the above construction, the positive electrode active material contains alkali metal ions and dissimilar metal ions, so that a positive electrode active material having a large discharge capacity can be obtained. Density can be improved.
【0010】以下、アルカリ金属を利用する二次電池の
代表例としてリチウム二次電池を取り上げ、原理と方法
から本発明の作用について詳説する。リチウム二次電池
に利用される正極活物質としては、 α−NaFeO2構造系
のLiCoO2、LiNiO2など、スピネル構造系のLiMn2O4な
ど、およびそれらの酸化物中に含まれるCo、Ni、Mn等の
一部を、他の遷移金属イオンと置換させた酸化物などが
ある。これらの正極活物質のLi+は、O2-に取り囲まれた
層状の部位に存在し、電気化学的に吸蔵、放出される。
本発明では、α−NaFeO2構造系の正極活物質に含まれる
Li+の一部を、異種金属イオンと置換させることによっ
て、Li+がインターカレートされる結晶部位を拡張し、L
i+吸蔵量を増大させることができた。以下、O2-と層状
構造を形成する遷移金属イオンを、ホスト金属イオンと
呼称する。Hereinafter, a lithium secondary battery will be described as a typical example of a secondary battery using an alkali metal, and the operation of the present invention will be described in detail from a principle and a method. Positive electrode active materials used in lithium secondary batteries include α-NaFeO 2 structural system LiCoO 2 , LiNiO 2 and the like, spinel structure system LiMn 2 O 4 and the like, and Co, Ni contained in their oxides. , Mn and the like are oxides obtained by partially substituting other transition metal ions. Li + of these positive electrode active materials is present in a layered region surrounded by O 2− , and is occluded and released electrochemically.
In the present invention, included in the positive electrode active material of α-NaFeO 2 structure system
By replacing a part of Li + with a foreign metal ion, the crystal site where Li + is intercalated is extended, and L +
The i + storage capacity could be increased. Hereinafter, a transition metal ion that forms a layered structure with O 2− is referred to as a host metal ion.
【0011】上述の金属酸化物の層間にLi+がインター
カレートするとき、ホスト金属イオンとO2-からなる層
間隔の拡大を伴い、酸化物の体積が変化する。リチウム
二次電池の充放電サイクルによって、電池の容量を増大
できない原因の一つに、正極活物質の体積変化によっ
て、結晶が崩壊し易くなることが挙げられる。従って、
充放電時にLiCoO2やLiNiO2などの層間距離の変化を抑制
できれば、正極活物質の容量増大が期待できる。When Li + intercalates between the layers of the above-mentioned metal oxide, the volume of the oxide changes with an increase in the interval between layers composed of host metal ions and O 2− . One of the reasons why the capacity of a battery cannot be increased by a charge / discharge cycle of a lithium secondary battery is that crystals easily collapse due to a change in volume of the positive electrode active material. Therefore,
If the change in the interlayer distance between LiCoO 2 and LiNiO 2 during charge and discharge can be suppressed, an increase in the capacity of the positive electrode active material can be expected.
【0012】本発明では、LiCoO2、LiNiO2等の層状酸化
物の層間に、Li+よりも大きなイオン半径をもつ異種金
属イオンをインターカレートさせることによって、層間
隔が拡張した正極活物質を開発した。この様な正極活物
質を用いると、Li+のインターカレーション時の正極活
物質の体積変化を低減することができ、活物質の層間中
のLi+の拡散が容易となり、層間距離の変化が抑制され
るものである。According to the present invention, a positive electrode active material having an extended layer interval is intercalated between layers of a layered oxide such as LiCoO 2 and LiNiO 2 by intercalating a different metal ion having an ion radius larger than that of Li +. developed. With such a cathode active material, it is possible to reduce the volume change of the positive electrode active material during intercalation of Li +, it is easy to Li + diffusion in layers of active material, the change in the interlayer distance It is to be suppressed.
【0013】次に、正極活物質の層間隔の拡張に効果が
ある異種金属イオンの要件について説明する。 第1の
要件は、異種金属イオンが アルカリ金属イオンの1つ
であるLi+よりも大きなイオン半径を有し、一価の陽イ
オンであることである。このような一価の陽イオンは、
正極活物質にインターカレートしている同じ価数のLi+
と置換可能である。また、一価のイオンが層間にインタ
ーカレートしても、Li+に及ぼす静電気的反発力は、多
価イオンと比較して小さい。そのため、一価イオンを置
換した正極活物質は、多価イオンを置換した正極活物質
よりも多くのLi+をインターカレート可能である。Next, the requirement of a different metal ion which is effective in extending the layer interval of the positive electrode active material will be described. The first requirement is that the foreign metal ion has a larger ionic radius than Li +, one of the alkali metal ions, and is a monovalent cation. Such a monovalent cation,
Li + of the same valence intercalated in the positive electrode active material
Can be replaced with Also, even if monovalent ions intercalate between layers, the electrostatic repulsion on Li + is smaller than that of polyvalent ions. Therefore, the positive electrode active material substituted with monovalent ions can intercalate more Li + than the positive electrode active material substituted with multivalent ions.
【0014】第2の要件は、異種金属イオンの酸化還元
反応の標準平衡電位が、酸素の酸化還元反応の標準平衡
電位よりも低いことである。この電位は標準水素電極基
準で1.23 V、標準状態のリチウム電極基準で4.27 Vに相
当する。この条件を満たす異種金属は、例えば、AgとCu
であり、これらの金属の酸化還元反応と平衡電位E0を下
に示した。The second requirement is that the standard equilibrium potential of the redox reaction of the foreign metal ion is lower than the standard equilibrium potential of the redox reaction of oxygen. This potential corresponds to 1.23 V based on the standard hydrogen electrode and 4.27 V based on the standard lithium electrode. Dissimilar metals satisfying this condition include, for example, Ag and Cu
The oxidation-reduction reaction of these metals and the equilibrium potential E 0 are shown below.
【0015】 Ag+ + e- → Ag E0 = 0.7991 V(3.84 V) Cu+ + e- → Cu E0 = 0.521 V (3.56 V) ただし、上の反応式の右に示した括弧内の数値は、標準
状態におけるLi金属の酸化還元反応の平衡電位を基準に
したときの値である。仮に、異種金属の酸化還元反応の
平衡電位が、酸素の酸化還元反応の平衡電位よりも高い
場合、正極活物質に異種金属イオンをインターカレート
する際に、異種金属イオンによって大気中の水分が酸化
され、異種金属イオンが還元されてしまう。従って、異
種金属イオンの酸化還元反応の標準平衡電位が標準水素
電極基準で1.23 V以上のときは、大気中で異種金属イオ
ンを取り扱うことが難くなり好ましくない。そして、正
極活物質の製造コストについては、正極活物質を大気中
で製造できるプロセスの方が低減できるので、大気中で
化学的に安定なAg+、Cu+が適していると言える。[0015] Ag + + e - → Ag E 0 = 0.7991 V (3.84 V) Cu + + e - → Cu E 0 = 0.521 V (3.56 V) , however, numerical values in parentheses shown in the right of the reaction equation above Is a value based on the equilibrium potential of the oxidation-reduction reaction of Li metal in the standard state. If the equilibrium potential of the redox reaction of the foreign metal is higher than the equilibrium potential of the redox reaction of oxygen, when the foreign metal ion is intercalated into the positive electrode active material, moisture in the atmosphere is reduced by the foreign metal ion. It is oxidized and foreign metal ions are reduced. Therefore, when the standard equilibrium potential of the redox reaction of the foreign metal ion is 1.23 V or more based on the standard hydrogen electrode, it becomes difficult to handle the foreign metal ion in the air, which is not preferable. As for the production cost of the positive electrode active material, a process capable of producing the positive electrode active material in the atmosphere can be reduced, and thus, Ag + and Cu + that are chemically stable in the atmosphere can be said to be suitable.
【0016】第3の要件は、異種金属イオンの酸化還元
反応の標準平衡電位の下限値の条件を与えるものであ
る。すなわち、異種金属イオンについての酸化還元反応
の標準平衡電位が、正極活物質がアルカリ金属イオンを
電気化学的に吸蔵、放出するための作動電位(作動電圧)
の最低値より高いことである。The third requirement is to provide a condition for the lower limit of the standard equilibrium potential of the oxidation-reduction reaction of a foreign metal ion. That is, the standard equilibrium potential of the oxidation-reduction reaction for different metal ions is the operating potential (operating voltage) for the positive electrode active material to electrochemically occlude and release alkali metal ions.
Is higher than the lowest value of
【0017】この作動電位の最低値とは、電池が限界ま
で放電し、電位が最低にまで低下した時の電位を指し、
放電終止電位(放電終止電圧)とも呼称されるものであ
る。そして、例えば、Ag+ + e- → Ag の平衡電位が、
正極の作動電位の最低値よりも高ければ、必ず、正極結
晶内にAg+がAgの状態で保持されることになる。The minimum value of the operating potential refers to the potential when the battery is discharged to its limit and the potential drops to the minimum.
This is also called a discharge termination potential (discharge termination voltage). Then, for example, Ag + + e - → equilibrium potential of Ag is,
If the operating potential of the positive electrode is higher than the minimum value, Ag + is always maintained in a state of Ag in the positive electrode crystal.
【0018】この条件の理論的説明は、未だ明確に与え
ることができないが、この条件を満たす異種金属イオン
を正極活物質の層間にインターカレートさせると、正極
の充放電時に一部の異種金属イオンが還元され、層間か
ら脱離しにくくなると推測される。例えば、本発明で対
象としている3 V以上の作動電圧をもつリチウム二次電
池の場合、上述の第2の要件で取り上げたAg+とCu+が第
3の要件を満たす異種金属イオンになることの知見を当
発明者は得ている。リチウム二次電池の放電時には、正
極電位がAg+、Cu+の平衡電位付近、またはそれ以下にな
ることがある。このとき、層間にインターカレートされ
たAg+、Cu+の電子密度が増加し、イオンが部分的に還元
された状態になる可能性がある。Although a theoretical explanation of this condition cannot be given clearly yet, if a foreign metal ion satisfying this condition is intercalated between the layers of the positive electrode active material, some of the foreign metal ions are charged and discharged during positive electrode charging and discharging. It is presumed that the ions are reduced and hardly desorbed from the interlayer. For example, in the case of a lithium secondary battery having an operating voltage of 3 V or more, which is a target of the present invention, Ag + and Cu + taken up in the second requirement described above become dissimilar metal ions satisfying the third requirement. The inventor has obtained the above-mentioned knowledge. During discharging of the lithium secondary battery, the positive electrode potential may be near or below the equilibrium potential of Ag + and Cu + . At this time, the electron density of Ag + and Cu + intercalated between the layers may increase, and the ions may be partially reduced.
【0019】そして、リチウムを利用した二次電池の場
合であれば、上の3つの要件を満たす異種金属イオン
は、Ag+とCu+である。In the case of a secondary battery using lithium, the foreign metal ions satisfying the above three requirements are Ag + and Cu + .
【0020】これらのイオンは、Li+のイオン半径0.073
nmと比べて、Li+よりも大きなイオン半径を有していて
おり、Cu+のイオン半径は0.074 nm、Ag+は0.116 nmであ
る。これらの異種金属イオンの酸化還元電位は、先に述
べたように正極作動電位近傍またはそれ以上であり、酸
素の酸化還元電位よりも低い。したがって、これらの異
種金属イオンはLi+の代わりに、LiCoO2、LiNiO2などの
層状構造をもつ正極活物質の層間にインターカレートす
ることが可能で、インターカレートした金属イオンは正
極酸化物の層間を拡大する。These ions have an Li + ion radius of 0.073.
It has an ionic radius larger than that of Li + compared to nm, and the ionic radius of Cu + is 0.074 nm and that of Ag + is 0.116 nm. The redox potential of these dissimilar metal ions is close to or higher than the positive electrode operating potential, as described above, and is lower than the redox potential of oxygen. Therefore, these dissimilar metal ions can be intercalated between the layers of the positive electrode active material having a layered structure such as LiCoO 2 and LiNiO 2 instead of Li + , and the intercalated metal ions are converted to the positive electrode oxide. Enlarge the layers between.
【0021】後述の実施例で詳細に説明するが、本発明
ではAg+が最も容量増大の効果が大きかった。Ag+は低電
位で部分的に還元されるために、Ag+が正極活物質の高
容量化に最も効果的になると推測される。Ag+が部分的
に還元されると、Ag+のイオン半径が増大し、正極活物
質の層間を押し広げるために、層間でのLi+拡散が容易
になり、Ag+の価数が小さくなるので、結晶格子内に挿
入されたLi+との反発が小さくなる。その結果、正極結
晶内のLi+拡散が極めて容易となり、正極の充放電電流
を増加させても、容量低下率を低減することができる。
即ち、電池のレート特性が改善され電池が長寿命化され
る効果がある。As will be described in detail in the following examples, in the present invention, Ag + has the greatest effect of increasing the capacity. Since Ag + is partially reduced at a low potential, it is estimated that Ag + is most effective for increasing the capacity of the positive electrode active material. When the Ag + is partially reduced, the ionic radius of the Ag + increases, and the Li + diffusion between the layers becomes easy to spread the layers of the positive electrode active material, and the valence of Ag + decreases. Therefore, repulsion with Li + inserted into the crystal lattice is reduced. As a result, Li + diffusion in the positive electrode crystal becomes extremely easy, and the capacity reduction rate can be reduced even when the charge / discharge current of the positive electrode is increased.
That is, there is an effect that the rate characteristics of the battery are improved and the life of the battery is extended.
【0022】また、リチウム金属以外のアルカリ金属を
電気化学的に吸蔵、放出する正極活物質の場合であって
も、前述の3つの要件を満たす異種金属イオンを、アル
カリ金属イオンの一部と置換させることにより、正極の
容量増大が可能になる。例えば、ナトリウム金属を用い
た二次電池の場合、Na+のイオン半径が0.113 nmである
ので、Ag+を利用することができる。Further, even in the case of a positive electrode active material which electrochemically occludes and releases an alkali metal other than lithium metal, a foreign metal ion satisfying the above three requirements is replaced with a part of the alkali metal ion. By doing so, the capacity of the positive electrode can be increased. For example, in the case of a secondary battery using sodium metal, Ag + can be used because the ionic radius of Na + is 0.113 nm.
【0023】上述の本発明の原理に基づいて、アルカリ
金属を利用した二次電池の正極活物質に異種金属イオン
を導入する手段について説明する。層状構造をもつ正極
活物質の代表例を化学式で表すと、AxBO2となる。ただ
し、Aはアルカリ金属であり、Li、Naなどである。BはC
o、Niなどの遷移金属であり、xは0以上の数値である。
また、BはCoまたはNiの一部をCo、Ni、Mn、Vなどの遷移
金属に置換させたものでもよい。たとえば、yとzが0
以上の数値であるとすると、AxCo1-yNiyO2、AxNi1-yMny
O2、AxCo1-y-zNiyMnzO2などがある。これらの酸化物に
含まれるアルカリ金属を異種金属に置換させるために
は、熱分解法やイオン交換法などを応用すればよい。Based on the principle of the present invention, means for introducing a foreign metal ion into a positive electrode active material of a secondary battery using an alkali metal will be described. A typical example of a positive electrode active material having a layered structure is A x BO 2 when represented by a chemical formula. Here, A is an alkali metal, such as Li or Na. B is C
It is a transition metal such as o or Ni, and x is a numerical value of 0 or more.
B may be one in which Co or Ni is partially substituted with a transition metal such as Co, Ni, Mn, or V. For example, if y and z are 0
Given these numbers, A x Co 1-y Ni y O 2 , A x Ni 1-y Mn y
O 2 , A x Co 1-yz Ni y Mn z O 2 and the like. In order to substitute an alkali metal contained in these oxides with a different metal, a thermal decomposition method, an ion exchange method, or the like may be applied.
【0024】熱分解法の場合、正極活物質を合成する際
に正極活物質の原料へ異種金属の塩を混合し、熱処理を
加えることにより、ランダムに異種金属イオンとアルカ
リ金属イオンが層間に配位される。例えば、xは銀イオ
ンの組成としてLi1-xAgxCoO2を合成するときには、モル
比1−x:x:1の原子比になる様に、Li、AgおよびCo
を含有する塩や酸化物を混合し、大気中または酸素気流
中で加熱する。使用できるLi塩にはLiOH、Li2CO3、LiNO
3、LiClO4などがあり、Ag塩にはAgNO3、AgCl、AgClO4、
CH3COOAgなどがあり、Co化合物にはCo(NO3)3、CoCl3、C
o(OH)3、Co2O3などがある。In the case of the thermal decomposition method, when synthesizing the positive electrode active material, a salt of a different metal is mixed with the raw material of the positive electrode active material, and the mixture is subjected to heat treatment, so that the different metal ions and alkali metal ions are randomly distributed between the layers. Ranked. For example, when synthesizing Li 1-x Ag x CoO 2 as a composition of silver ions, Li, Ag and Co are used so that the molar ratio is 1-x: x: 1.
Is mixed and heated in the air or in an oxygen stream. LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO that can be used
3 , LiClO 4 and the like, Ag salts include AgNO 3 , AgCl, AgClO 4 ,
CH 3 COOAg, etc., and Co compounds include Co (NO 3 ) 3 , CoCl 3 , C
o (OH) 3 , Co 2 O 3 and the like.
【0025】Cu+を置換させる場合は、Cu2CO3、CuCl、C
uBr、CuI、CuSCNなどを使用する。熱分解温度は、使用
する塩の分解温度に依存し、硝酸塩を利用するときは、
250〜500℃程度の低温での分解が可能である。また、C
o系正極活物質の替わりにNi系正極活物質を合成する場
合、Li塩とAg塩にLi2O、Ag2Oなどの酸化物も利用可能で
ある。また、Li+をCu+に置換させる場合には、Cu2CO3、
CuCl、CuBr、CuI、CuSCNなどを使用する。Ni酸化物とし
てNi(OH)3やNi2O3などを使用する。Ni系酸化物は、Co系
酸化物よりも酸化性の強い雰囲気で合成しないと、3価
のNi3+が生成しないので、上述のLi塩、Ag塩、Ni酸化物
の混合物を酸素気流中、600℃以上の高温で合成する。When replacing Cu + , Cu 2 CO 3 , CuCl, C
Use uBr, CuI, CuSCN, etc. The thermal decomposition temperature depends on the decomposition temperature of the salt used, and when using nitrate,
Decomposition at a low temperature of about 250 to 500 ° C is possible. Also, C
When synthesizing a Ni-based positive electrode active material instead of an o-based positive electrode active material, oxides such as Li 2 O and Ag 2 O can be used for the Li salt and the Ag salt. When Li + is replaced with Cu + , Cu 2 CO 3 ,
Use CuCl, CuBr, CuI, CuSCN, etc. Ni (OH) 3 or Ni 2 O 3 is used as the Ni oxide. Unless Ni-based oxides are synthesized in an atmosphere that is more oxidizing than Co-based oxides, trivalent Ni 3+ will not be generated. Therefore, a mixture of the above-described Li salt, Ag salt, and Ni oxide is placed in an oxygen stream. Synthesized at a high temperature of 600 ° C or higher.
【0026】イオン交換法を適用する場合、LiCoO2、Na
CoO2、LiNiO2、NaNiO2などの正極活物質を作製する。溶
液相でイオン交換をおこなうとき、上述の正極活物質と
異種金属の塩を、水、あるいはメタノール、エタノール
などのアルコール、アセトンなどのケトン、アセトニト
リルなどのニトリル系の極性溶媒に溶解させ、還流す
る。ここで使用可能な異種金属の塩は、Cu2CO3、CuCl、
CuBr、CuIの他に、CuN(CH3)4などの有機金属錯体も使用
できる。When the ion exchange method is applied, LiCoO 2 , Na
A cathode active material such as CoO 2 , LiNiO 2 , and NaNiO 2 is prepared. When ion exchange is performed in a solution phase, the above-described positive electrode active material and a salt of a different metal are dissolved in water, or an alcohol such as methanol or ethanol, a ketone such as acetone, or a nitrile-based polar solvent such as acetonitrile and refluxed. . Salts of different metals that can be used here are Cu 2 CO 3 , CuCl,
In addition to CuBr and CuI, organometallic complexes such as CuN (CH 3 ) 4 can also be used.
【0027】上記方法の他に、溶融塩を利用したイオン
交換法があり、異種金属の溶融塩と正極活物質を接触さ
せる方法である。AgNO3、CuNO3などの金属硝酸塩は150
℃以上で溶融するので、高温加熱の操作を要しない。し
たがって、金属硝酸塩とLiCoO2、LiNiO2などの正極活物
質の混合物を加熱し、溶融状態の硝酸塩を正極活物質に
接触させることにより、正極中のアルカリ金属の一部を
異種金属イオンに置換することができる。上述のイオン
交換法は、熱分解法で高温を要し、Ag+とCu+が高酸化数
の酸化物になりやすい場合に有効である。例えば、LiNi
O2のLi+をCu+で置換した正極活物質を熱分解法で合成す
るとき、600℃以上の高温を必要とし、Cu+がCu2+に酸化
されてしまう。この様な場合にイオン交換法が適してい
る。In addition to the above method, there is an ion exchange method using a molten salt, which is a method in which a molten salt of a different metal is brought into contact with a positive electrode active material. Metal nitrates such as AgNO 3 and CuNO 3 are 150
Since it melts at a temperature of ℃ or higher, there is no need for high-temperature heating operation. Therefore, by heating a mixture of a metal nitrate and a positive electrode active material such as LiCoO 2 or LiNiO 2 and bringing the nitrate in a molten state into contact with the positive electrode active material, a part of the alkali metal in the positive electrode is replaced with a foreign metal ion. be able to. The above-described ion exchange method is effective when a high temperature is required by a thermal decomposition method and Ag + and Cu + are likely to become oxides having a high oxidation number. For example, LiNi
When a positive electrode active material in which Li + of O 2 is replaced by Cu + is synthesized by a pyrolysis method, a high temperature of 600 ° C. or more is required, and Cu + is oxidized to Cu 2+ . In such a case, the ion exchange method is suitable.
【0028】[0028]
【実施例】以下、実施例1〜実施例5について説明す
る。Embodiments Embodiments 1 to 5 will be described below.
【0029】実施例1 図1は、本発明による一実施例の円筒型リチウム二次電
池の半断面図である。まず、LiCoO2を以下に述べる方法
で作製した。LiNO3とCo2O3を、等モル比で混合する。こ
のとき少量の純水を添加すると、均一に混合ができる。
LiNO3の他に、LiOH、Li2CO3などもLi塩も利用可能であ
る。LiNO3とCo2O3の混合物を大気下で400〜500℃、5時
間熱処理を加えると黒色の粉末が得られる。この粉末が
LiCoO2であり、それを篩いで分級した後に使用した。化
学組成は、誘導結合プラズマ発光分析法によって、上の
化学式が正しいことを確認した。Embodiment 1 FIG. 1 is a half sectional view of a cylindrical lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. First, LiCoO 2 was produced by the method described below. LiNO 3 and Co 2 O 3 are mixed in an equimolar ratio. At this time, if a small amount of pure water is added, uniform mixing can be achieved.
In addition to LiNO 3 , LiOH, Li 2 CO 3 and the like, and Li salts can also be used. When a mixture of LiNO 3 and Co 2 O 3 is heat-treated at 400 to 500 ° C. for 5 hours in the atmosphere, a black powder is obtained. This powder
Is LiCoO 2, was used after classified by a sieve it. The chemical composition confirmed that the above chemical formula was correct by inductively coupled plasma emission analysis.
【0030】ついで、LiCoO2に炭素粉末とバインダーを
混合し、その合剤をアルミニウム集電体に圧着して、シ
ート状の正極1を作製した。一方、負極活物質にはグラ
ファイト粉末を用い、それにバインダーを混合した合剤
を銅の集電体に圧着して、シート状の負極2を作製し
た。正極1と負極2のシートの間に、ポリプロピレン製
のセパレーター3を挟んだ電極群4を捲回した。この電
極群4を、底部に高分子材の絶縁シート5を敷いた金属
製の電池容器6に収納し、負極リード線7は電池容器6
に溶接した。ついで等体積比のエチレンカーボネートと
ジエチルカーボネートの混合溶媒に1モル濃度相当のLi
PF6を溶解させた非水電解液を電池容器6の内部へ注入
し、捲回した電極群4の上部に絶縁板8を載せ、絶縁板
8の中央孔を通して正極リード線9を容器蓋10の上部
にある正極端子11に接続した。最後に容器蓋10と電
池容器6を加締めて容器を封止し、円筒型電池を作製し
た。以下、上記のように作製した電池をタイプ1とす
る。Then, a carbon powder and a binder were mixed with LiCoO 2 , and the mixture was pressed against an aluminum current collector to produce a sheet-shaped positive electrode 1. On the other hand, graphite powder was used as the negative electrode active material, and a mixture obtained by mixing a binder with the powder was pressed on a copper current collector to produce a sheet-shaped negative electrode 2. An electrode group 4 having a polypropylene separator 3 sandwiched between sheets of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 was wound. The electrode group 4 is housed in a metal battery case 6 with a polymer insulating sheet 5 laid on the bottom, and the negative electrode lead wire 7 is connected to the battery case 6.
Welded. Then, a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in an equal volume ratio was mixed with a 1 molar equivalent of Li.
A non-aqueous electrolyte solution in which PF 6 is dissolved is poured into the inside of the battery container 6, the insulating plate 8 is placed on the wound electrode group 4, and the positive electrode lead wire 9 is inserted through the center hole of the insulating plate 8 into the container lid 10. Connected to the positive electrode terminal 11 on the upper side. Finally, the container lid 10 and the battery container 6 were crimped to seal the container, thereby producing a cylindrical battery. Hereinafter, the battery manufactured as described above is referred to as Type 1.
【0031】次に、 Li0.99Ag0.01CoO2、 Li0.98Ag
0.02CoO2、 Li0.95Ag0.05CoO2、Li0.90Ag0.10CoO2を合
成し、Ag添加正極活物質を利用した4種類の円筒型電池
を作製した。これらの4種類の正極活物質を合成するた
めに、 0.99:0.01:1、0.98:0.02:1、 0.95:0.0
5:1、 0.90:0.10:1 のモル比で混合した LiNO3、AgN
O3、およびCo2O3を、大気下で400〜500℃、5時間熱処
理することによって、それぞれの試料から粉末状の L
i0.99Ag0.01CoO2、 Li0.98Ag0.02CoO2、Li0.95Ag0.05C
oO2、Li0.90Ag0.10CoO2が得られた。その粉末を篩いで
分級した後使用した。各正極活物質の化学組成は、誘導
プラズマ発光法によって確認した。Next, Li 0.99 Ag 0.01 CoO 2 , Li 0.98 Ag
0.02 CoO 2 , Li 0.95 Ag 0.05 CoO 2 , and Li 0.90 Ag 0.10 CoO 2 were synthesized, and four types of cylindrical batteries using Ag-added positive electrode active materials were produced. To synthesize these four types of positive electrode active materials, 0.99: 0.01: 1, 0.98: 0.02: 1, 0.95: 0.0
LiNO 3 , AgN mixed at a molar ratio of 5: 1, 0.90: 0.10: 1
O 3 and Co 2 O 3 are heat-treated in air at 400-500 ° C. for 5 hours to obtain powdered L from each sample.
i 0.99 Ag 0.01 CoO 2 , Li 0.98 Ag 0.02 CoO 2 , Li 0.95 Ag 0.05 C
oO 2 and Li 0.90 Ag 0.10 CoO 2 were obtained. The powder was used after being classified by a sieve. The chemical composition of each positive electrode active material was confirmed by an induction plasma emission method.
【0032】また、ここで合成したAg添加の正極活物質
の粉末X線回折パターンから、Co3+とO2-からなる層の
間隔がLiCoO2よりも増大していることが判った。 例
えば、Li0.95Ag0.05CoO2の場合、層間隔はLiCoO2よりも
約0.04nm増大していることが判った。この結果は、Ag+
がCo3+とO2-からなる層間に挿入されていることを示す
ものである。From the powder X-ray diffraction pattern of the Ag-added cathode active material synthesized here, it was found that the interval between the layers composed of Co 3+ and O 2− was larger than that of LiCoO 2 . For example, in the case of Li 0.95 Ag 0.05 CoO 2 , it was found that the layer spacing was increased by about 0.04 nm as compared with LiCoO 2 . The result is Ag +
Indicates that the layer is inserted between layers composed of Co 3+ and O 2− .
【0033】Agを添加した4種類の正極活物質を用いた
円筒型電池の作製手順は、タイプ1と同じである。上述
の方法で作製した正極活物質のそれぞれに、炭素粉末と
バインダーを混合し、その混合物をアルミニウム集電体
に圧着して、各正極活物質毎にシート状の正極1を作製
した。The procedure for producing a cylindrical battery using four kinds of positive electrode active materials to which Ag is added is the same as that of Type 1. A carbon powder and a binder were mixed with each of the positive electrode active materials prepared by the above-described method, and the mixture was pressed on an aluminum current collector to prepare a sheet-shaped positive electrode 1 for each positive electrode active material.
【0034】ただし、それぞれの正極1枚当たりに含ま
れる正極活物質の重量は、タイプ1で使用したLiCoO2と
同じとした。その一方、負極活物質にはグラファイト粉
末を用い、それとバインダーの混合物を銅の集電体に圧
着して、シート状の負極2を作製した。正極1と負極2
のシートの間に、セパレーター3を挟んだ電極群4を捲
回した。この電極群4を、底部に絶縁シート5を敷いた
電池容器6に収納し、負極リード線7は電池容器6に溶
接した。ついで等体積比のエチレンカーボネートとジエ
チルカーボネートの混合溶媒に1モル濃度相当のLiPF6
を溶解させた非水電解液を電池容器6の内部へ注入し、
捲回した電極群4の上部に絶縁板8を載せ、絶縁板8の
孔を通して正極リード線9を容器蓋10にある正極端子
11に接続した。最後に容器蓋10と電池容器6を加締
めて容器を封止し、タイプ1と同一仕様の円筒型電池を
作製した。以下、Li0.99Ag0.01CoO2、Li0.98Ag0.02Co
O2、Li0.95Ag0.05CoO2、Li0.90Ag0.10CoO2を使用した電
池を、それぞれ タイプ2、タイプ3、タイプ4、タイ
プ5とする。However, the weight of the positive electrode active material contained in each positive electrode was the same as that of LiCoO 2 used in Type 1. On the other hand, graphite powder was used as a negative electrode active material, and a mixture of the powder and a binder was pressed against a copper current collector to produce a sheet-shaped negative electrode 2. Positive electrode 1 and negative electrode 2
The electrode group 4 with the separator 3 interposed was wound between the sheets. The electrode group 4 was housed in a battery case 6 having an insulating sheet 5 laid on the bottom, and the negative electrode lead wire 7 was welded to the battery case 6. Then, LiPF 6 equivalent to 1 molar concentration was added to a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in an equal volume ratio.
Is injected into the battery container 6,
An insulating plate 8 was placed on the wound electrode group 4, and a positive electrode lead wire 9 was connected to a positive electrode terminal 11 on a container lid 10 through a hole in the insulating plate 8. Finally, the container lid 10 and the battery container 6 were crimped to seal the container, and a cylindrical battery having the same specifications as in Type 1 was produced. Hereinafter, Li 0.99 Ag 0.01 CoO 2 , Li 0.98 Ag 0.02 Co
Batteries using O 2 , Li 0.95 Ag 0.05 CoO 2 , and Li 0.90 Ag 0.10 CoO 2 are referred to as type 2, type 3, type 4, and type 5, respectively.
【0035】図2は、実施例1で作製した5種類(タイ
プ1〜タイプ5)の円筒型電池の放電容量とサイクル数
の関係を示す図である。電池の作動電圧は3.0〜4.2 V
で、充電時と放電時の電流値は100 mAとした。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the discharge capacity and the cycle number of the five types (types 1 to 5) of cylindrical batteries manufactured in Example 1. Battery operating voltage 3.0-4.2 V
The current value during charging and discharging was set to 100 mA.
【0036】Ag 0%添加のタイプ1の場合、1サイク
ル目で平均作動電圧3.6 V、放電容量1250 mAhが得られ
た。この電池の放電容量は200サイクルまでほぼ一定で
あり、200サイクル以降やや容量低下が認められた。500
サイクルまでの電池の容量低下率は、初期容量の28%で
あった。In the case of type 1 containing 0% Ag, an average operating voltage of 3.6 V and a discharge capacity of 1250 mAh were obtained in the first cycle. The discharge capacity of this battery was almost constant up to 200 cycles, and a slight decrease in capacity was observed after 200 cycles. 500
The capacity reduction rate of the battery up to the cycle was 28% of the initial capacity.
【0037】Ag 1%添加のタイプ2の場合、初期サイ
クル時において平均作動電圧は 3.6Vであり、タイプ1
と全く同じであったが容量がタイプ1より約50mAh増加
した。この容量増大は、LiCoO2に1%のAgを添加したた
めである。In the case of Type 2 containing 1% of Ag, the average operating voltage was 3.6 V during the initial cycle.
Exactly the same as above, but the capacity was increased by about 50 mAh compared to type 1. This capacity increase is due to the addition of 1% Ag to LiCoO 2 .
【0038】Ag添加量が大きいタイプ3とタイプ4の場
合、平均作動電圧は3.6 Vであったが、容量がタイプ2
よりも大きくなった。特に、Ag添加量が5%であるタイ
プ4の場合、放電容量は1400 mAhまで増大し、容量低下
率もAg無添加のタイプ1よりも大幅に低減された。一
方、Ag添加量を10%まで増加させたタイプ5の場合、平
均作動電圧は3.6 Vであったが、容量がタイプ2、タイ
プ3、タイプ4よりも小さくなった。しかしながらタイ
プ5の放電容量も、Ag無添加のタイプ1よりも大きくな
った。In the case of Type 3 and Type 4 in which the amount of Ag added was large, the average operating voltage was 3.6 V, but the capacity was of Type 2
Became bigger than. In particular, in the case of Type 4 in which the amount of Ag added was 5%, the discharge capacity was increased to 1400 mAh, and the capacity reduction rate was significantly reduced as compared with Type 1 in which Ag was not added. On the other hand, in the case of Type 5 in which the amount of Ag added was increased to 10%, the average operating voltage was 3.6 V, but the capacity was smaller than those of Type 2, Type 3, and Type 4. However, the discharge capacity of Type 5 was also larger than that of Type 1 with no Ag added.
【0039】この結果、LiCoO2のLi+をAg+に置換するこ
とによって、正極活物質の放電容量密度が増大するこ
と、また、容量低下率も低減されることが確認された。
また、Agの添加%は1%〜12%の範囲が良いことが判明
した。なお、Agの添加%とは、LiCoO2に含まれるLiのモ
ル数に対して、LiをAgに置換したときのAgのモル数の比
を百分率(%)で表した値である。したがって、正極活物
質中に含まれるアルカリ金属イオンのモル数に対し、正
極活物質中に含まれる異種金属イオンのモル数の比が、
0.01から0.12までの範囲であるとなる。これは、『正極
活物質に含まれるLi+の一部を、Ag+と置換させることに
よって、Li+がインターカレートされる結晶部位を拡張
し、Li+吸蔵量を増大させる』に当たり、0.01 以下であ
れば置換されるAgが少な過ぎて拡張が満足に行われず、
また、0.12 以上であれば置換されるAgが多過ぎてLiが
減りLi本来の働きが減るからであると考えられる。As a result, it was confirmed that by replacing Li + of LiCoO 2 with Ag + , the discharge capacity density of the positive electrode active material was increased, and the capacity reduction rate was also reduced.
Further, it was found that the addition percentage of Ag is preferably in the range of 1% to 12%. The addition% of Ag is a value expressed as a percentage (%) of the number of moles of Ag when Li is replaced with Ag with respect to the number of moles of Li contained in LiCoO 2 . Therefore, the ratio of the number of moles of the different metal ions contained in the positive electrode active material to the number of moles of the alkali metal ions contained in the positive electrode active material,
The range is from 0.01 to 0.12. This means that by replacing a part of Li + contained in the positive electrode active material with Ag + , the crystal part where Li + is intercalated is expanded to increase the amount of Li + occlusion, If it is below, the replacement is too small and the expansion is not performed satisfactorily,
Further, it is considered that if the content is 0.12 or more, the amount of Ag to be replaced is too large, so that Li decreases and the original function of Li decreases.
【0040】実施例2 実施例2では、CoをNiに代え、Agの添加量の異なる5種
類のLi1-xAgxNiO2を熱分解法によって調製し、これらの
5種類を使用して、図1に示した円筒型リチウム二次電
池と同じものを作製した。本実施例2でのx値は、 0、
0.01、 0.02、0.05、 0.10である。Example 2 In Example 2, five kinds of Li 1-x Ag x NiO 2 having different amounts of added Ag were prepared by a pyrolysis method instead of Ni instead of Co, and these five kinds were used. The same thing as the cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was produced. The x value in the second embodiment is 0,
They are 0.01, 0.02, 0.05 and 0.10.
【0041】まず、LiOHとNi(OH)2を1:1のモル比で混
合し、それをるつぼに入れて、酸素を流通させた電気炉
で加熱した。熱処理の温度は700℃で、処理時間は5時
間とした。熱処理後に黒色の粉末が得られた。粉末X線
回折法によって、この粉末がLiNiO2であることを確認し
た。これを篩いに掛け、粒度を揃えてから正極活物質と
して使用した。このLiNiO2粉末に炭素粉末とバインダー
を混合し、その混合物をアルミニウム集電体に圧着し
て、シート状の正極1を作製した。First, LiOH and Ni (OH) 2 were mixed at a molar ratio of 1: 1. The mixture was placed in a crucible and heated in an electric furnace through which oxygen was passed. The temperature of the heat treatment was 700 ° C., and the treatment time was 5 hours. A black powder was obtained after heat treatment. The powder was confirmed to be LiNiO 2 by powder X-ray diffraction. This was sieved to make the particle size uniform and used as a positive electrode active material. This LiNiO 2 powder was mixed with a carbon powder and a binder, and the mixture was pressed against an aluminum current collector to produce a sheet-shaped positive electrode 1.
【0042】一方、負極活物質にはグラファイト粉末を
用い、それとバインダーの混合物を銅の集電体に圧着し
て、シート状の負極2を作製した。正極1と負極2のシ
ートの間に、セパレーター3を挟んだ電極群4を捲回し
た。この電極群4を、底部に高分子材の絶縁シート5を
敷いた金属製の電池容器6に収納し、負極リード線7は
電池容器6に溶接した。ついで等体積比のエチレンカー
ボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒に1モル濃
度相当のLiPF6を溶解させた非水電解液を電池容器6の
内部へ注入し、捲回した電極群4の上部に絶縁板8を載
せ、絶縁板8の孔を通して正極リード線9を容器蓋10
上部にある正極端子11に接続した。最後に容器蓋10
と電池容器6をかしめて容器を封止し、円筒型電池を作
製した。上記の電池をタイプ6とする。On the other hand, graphite powder was used as a negative electrode active material, and a mixture of the powder and a binder was pressed against a copper current collector to produce a sheet-shaped negative electrode 2. An electrode group 4 having a separator 3 interposed between the sheets of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 was wound. The electrode group 4 was housed in a metal battery case 6 having a polymer insulating sheet 5 laid on the bottom, and the negative electrode lead wire 7 was welded to the battery case 6. Next, a non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 equivalent to 1 molar concentration was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in an equal volume ratio was injected into the inside of the battery container 6, and an insulating plate was placed on top of the wound electrode group 4. 8 and put the positive electrode lead wire 9 through the hole of the insulating plate 8 into the container lid 10.
It was connected to the positive terminal 11 on the top. Finally, the container lid 10
And the battery container 6 were caulked and the container was sealed to produce a cylindrical battery. The above battery is referred to as type 6.
【0043】つぎに、正極活物質として Li0.99Ag0.01
NiO2、 Li0.98Ag0.02NiO2、Li0.95Ag0.10NiO2、Li0.90
Ag0.10NiO2を用いた円筒型電池を作製した。まず目的の
正極活物質のそれぞれに対して、LiOH、Ag2OおよびNi(O
H)3を0.99:0.01:1、0.98:0.02:1、0.95:0.05:1、
0.90:0.10:1のモル比で混合し、その混合物を別々の
るつぼに入れた。酸素を流通させた電気炉内に、試料を
入れたるつぼを置き、700℃、5時間熱処理することに
よって、黒色の粉末を得た。それぞれの試料の結晶構造
と化学組成を粉末X線回折法と誘導結合プラズマ発光分
析法によって調べた結果、各試料が目的の正極活物質で
ある Li0.99Ag0.01NiO2、Li0.98Ag0.02NiO2、Li0.95Ag
0.10NiO2、Li0.90Ag0.10NiO2であることを 確認した。
使用の前に、試料を篩いで粒径を揃えた。Next, as a positive electrode active material, Li 0.99 Ag 0.01
NiO 2 , Li 0.98 Ag 0.02 NiO 2 , Li 0.95 Ag 0.10 NiO 2 , Li 0.90
A cylindrical battery using Ag 0.10 NiO 2 was fabricated. First, LiOH, Ag 2 O and Ni (O
H) 3 at 0.99: 0.01: 1, 0.98: 0.02: 1, 0.95: 0.05: 1,
They were mixed at a molar ratio of 0.90: 0.10: 1 and the mixture was placed in separate crucibles. A crucible containing the sample was placed in an electric furnace in which oxygen was passed, and heat-treated at 700 ° C. for 5 hours to obtain a black powder. As a result of examining the crystal structure and chemical composition of each sample by powder X-ray diffraction and inductively coupled plasma emission spectrometry, each sample was found to have the desired cathode active material, Li 0.99 Ag 0.01 NiO 2 , Li 0.98 Ag 0.02 NiO 2 , Li 0.95 Ag
It was confirmed that they were 0.10 NiO 2 and Li 0.90 Ag 0.10 NiO 2 .
Prior to use, the samples were sieved to a uniform particle size.
【0044】上で合成した4種類のAg添加正極活物質
に、炭素粉末とバインダーを混合し、その混合物をアル
ミニウム集電体に圧着して、それぞれの活物質ごとにシ
ート状の正極1を作製した。正極1枚当りの活物質重量
は、タイプ1で使用したLiNiO2と同じ重量にした。一
方、負極活物質にはグラファイト粉末を用い、それとバ
インダーの混合物を銅の集電体に圧着して、シート状の
負極2を作製した。正極1と負極2のシートの間に、セ
パレーター3を挟んだ電極群4を捲回した。この電極群
4を、底部に絶縁シート5を敷いた電池容器6に収納
し、負極リード線7は電池容器6に溶接した。ついで等
体積比のエチレンカーボネートとジエチルカーボネート
の混合溶媒に、1モル濃度相当のLiPF6を溶解させた非
水電解液を電池容器6の内部へ注入し、捲回した電極群
4の上部に絶縁板8を載せ、絶縁板8の孔を通して正極
リード線9を容器蓋10にある正極端子11に接続し
た。最後に容器蓋10と電池容器6を加締めて容器を封
止し、上述のLiNiO2を用いた電池と同一仕様の円筒型電
池を作製した。以下Li0.99Ag0.01NiO2、Li0.98Ag0.02Ni
O2、Li0.95Ag0.10NiO2、Li0.90Ag0.10NiO2を使用した円
筒型電池を、それぞれタイプ7、タイプ8、タイプ9、
タイプ10とする。A carbon powder and a binder are mixed with the four types of Ag-added positive electrode active materials synthesized above, and the mixture is pressed on an aluminum current collector to form a sheet-shaped positive electrode 1 for each active material. did. The weight of the active material per positive electrode was the same as that of LiNiO 2 used in Type 1. On the other hand, graphite powder was used as a negative electrode active material, and a mixture of the powder and a binder was pressed against a copper current collector to produce a sheet-shaped negative electrode 2. An electrode group 4 having a separator 3 interposed between the sheets of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 was wound. The electrode group 4 was housed in a battery case 6 having an insulating sheet 5 laid on the bottom, and the negative electrode lead wire 7 was welded to the battery case 6. Then, a non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 equivalent to 1 molar concentration was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at an equal volume ratio was injected into the inside of the battery container 6, and the upper part of the wound electrode group 4 was insulated. The plate 8 was placed, and the positive electrode lead wire 9 was connected to the positive electrode terminal 11 on the container lid 10 through the hole of the insulating plate 8. Finally, the container lid 10 and the battery container 6 were crimped to seal the container, and a cylindrical battery having the same specifications as the battery using LiNiO 2 described above was produced. Below Li 0.99 Ag 0.01 NiO 2 , Li 0.98 Ag 0.02 Ni
Cylindrical batteries using O 2 , Li 0.95 Ag 0.10 NiO 2 , and Li 0.90 Ag 0.10 NiO 2 were converted to type 7, type 8, type 9,
Type 10.
【0045】表1はサイクル数が10、100、200、500に
おけるタイプ6、7、8、9、10の放電容量の低下率
(レート特性)についてまとめた結果である。電池の作
動電圧は、3.0〜4.2 Vで、充電時と放電時の電流値は10
0 mAとした。Table 1 summarizes the discharge capacity reduction rates (rate characteristics) of types 6, 7, 8, 9, and 10 when the number of cycles is 10, 100, 200, and 500. The operating voltage of the battery is 3.0 to 4.2 V, and the current value during charging and discharging is 10
0 mA was set.
【0046】Ag無添加のタイプ6の場合、10サイクル目
のとき放電容量は、1230mAhであった。この電池の放電
容量は、100サイクルまで容量低下は30%以内であった
が、200サイクル後、500サイクル後の容量低下率は、そ
れぞれ49%と68%であった。In the case of Type 6 containing no Ag, the discharge capacity at the 10th cycle was 1230 mAh. As for the discharge capacity of this battery, the capacity reduction was within 30% until 100 cycles, but the capacity reduction rates after 200 cycles and 500 cycles were 49% and 68%, respectively.
【0047】タイプ7の場合、10サイクル時において、
タイプ1よりも容量が30 mAh増加した。この容量増大
は、LiNiO2のLi+の1%をAg+に置換したための効果であ
る。タイプ7の放電容量は、100サイクルまで容量低下
率は13%以内であり、200サイクルと500サイクル後の低
下率は、37%と56%であった。In the case of type 7, at the time of 10 cycles,
Capacity increased by 30 mAh compared to type 1. The capacity increase is the effect for the substitution of 1% of LiNiO 2 Li + to Ag +. In the discharge capacity of type 7, the capacity reduction rate was within 13% up to 100 cycles, and the reduction rates after 200 and 500 cycles were 37% and 56%.
【0048】Ag+置換量がさらに多いタイプ8とタイプ
9の場合、放電容量がAg添加量が1%であるタイプ6よ
りも大きなった。容量低下もタイプ7よりも抑制され、
200サイクル時の容量低下率は7%、500サイクル時の容
量低下率も20%以下に低減することができた。ところ
が、Ag+置換量10%の正極活物質を用いたタイプ10の
場合、容量がタイプ7、タイプ8、タイプ9よりも小さ
くなった。しかしながら、タイプ10の容量低下率もAg
+無添加のタイプ1より小さくなった。In the case of type 8 and type 9 having a larger amount of Ag + substitution, the discharge capacity was larger than that of type 6 in which the amount of Ag added was 1%. Capacity reduction is also suppressed compared to type 7,
The capacity reduction rate at 200 cycles was reduced to 7%, and the capacity reduction rate at 500 cycles was reduced to 20% or less. However, in the case of the type 10 using the positive electrode active material having an Ag + substitution amount of 10%, the capacity was smaller than those of the type 7, type 8, and type 9. However, the capacity reduction rate of type 10 is also Ag
+ It was smaller than Type 1 without additive.
【0049】[0049]
【表1】 [Table 1]
【0050】この結果は、LiNiO2のLi+をAg+に置換する
ことによって、正極活物質の放電容量密度が増大し、容
量低下率も低減された。As a result, by replacing Li + of LiNiO 2 with Ag + , the discharge capacity density of the positive electrode active material was increased, and the capacity reduction rate was also reduced.
【0051】一方、実施例2で作製した5種類の円筒型
電池、すなわち、タイプ6、タイプ7、タイプ8、タイ
プ9、タイプ10の電池を用い、それぞれの電池の放電
容量と放電電流の関係を調査した。On the other hand, the relationship between the discharge capacity and the discharge current of each of the five types of cylindrical batteries produced in Example 2, ie, the batteries of type 6, type 7, type 8, type 9, and type 10, was used. investigated.
【0052】図3は、実施例2で作製した5種類の円筒
型電池の放電電流値に対する放電容量の関係を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the discharge current value and the discharge capacity of the five types of cylindrical batteries manufactured in Example 2.
【0053】本調査では、電池の作動電圧は3.0〜4.2 V
で、充電電流と放電の電流値は等しくした。Ag添加量1
%のタイプ7、Ag添加量2%のタイプ8、Ag添加量5%の
タイプ9のいずれの放電容量も、Ag無添加のタイプ6よ
りも大きくなった。特にタイプ9の電池は、いずれの電
池よりも放電容量が大きくなった。Ag添加量が10%であ
るタイプ10の場合、250 mAよりも低電流密度の領域で
タイプ6よりも放電容量が大きかったが、それ以上の高
電流密度のときはほぼ同程度の容量になった。In this study, the operating voltage of the battery was 3.0 to 4.2 V
The charging current and the discharging current were equal. Ag addition amount 1
%, Type 8 with 2% Ag addition, and type 9 with 5% Ag addition also had larger discharge capacities than type 6 without Ag addition. In particular, the battery of type 9 had a larger discharge capacity than any of the batteries. In the case of type 10 in which the amount of Ag added was 10%, the discharge capacity was larger than that of type 6 in the region of a current density lower than 250 mA, but was approximately the same at higher current densities. Was.
【0054】以上の調査結果から、LiNiO2中のLiをAgに
置換することによって、正極活物質中のLiイオンの拡散
速度が速くなったと推定され、従って、CoをNiに代えた
実施例2によっても、実施例1と同様に、二次電池の高
容量化とレート特性の向上が得られることが判明した。
尚、LiCoO2中のLiイオンをAgイオンに置換した実施例1
に対してのレート特性は、図2の横軸に沿って容量低下
率を読み取り確認される。From the above investigation results, it is presumed that the replacement of Li in LiNiO 2 by Ag increased the diffusion rate of Li ions in the positive electrode active material. Therefore, Example 2 in which Co was replaced with Ni was used. In the same manner as in Example 1, it was found that higher capacity and improved rate characteristics of the secondary battery were obtained.
Example 1 wherein Li ions in LiCoO 2 were replaced with Ag ions
For the rate characteristic of, the capacity reduction rate is read and confirmed along the horizontal axis in FIG.
【0055】実施例3 実施例3は、実施例2に記述した方法で予めLiNiO2を作
製し、AgClO4、AgNO3などを溶解させた有機溶媒中で還
流させ、LiNiO2中に含まれるLi+をAg+に交換させたもの
である。本実施例3で使用した溶媒は、メタノール、エ
タノールなどのアルコール、アセトン等のケトン、アセ
トニトリルなどのニトリル系の溶媒である。イオン交換
処理後に内容物を蒸留し固形物を洗浄後に400℃で熱処
理した。これを粉砕し、篩いで粒径を揃え、黒色の粉末
を得た。これを粉末X線回折法と誘導結合プラズマ発光
分析法によって、実施例3で得られたLi0.95Ag0.05NiO2
と同一の構造で、化学組成もほぼ等しい化合物であるこ
とを確認した。Ag+濃度と還流時間を調節すると、LiNiO
2のAg+置換量の異なる酸化物が得られる。Example 3 In Example 3, LiNiO 2 was prepared in advance by the method described in Example 2, refluxed in an organic solvent in which AgClO 4 , AgNO 3 and the like were dissolved, and LiNiO 2 contained in LiNiO 2 was refluxed. + Is replaced with Ag + . The solvents used in Example 3 are alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as acetone, and nitrile solvents such as acetonitrile. After the ion exchange treatment, the contents were distilled, and the solid matter was washed and heat-treated at 400 ° C. This was pulverized and sieved to make the particle size uniform to obtain a black powder. This was analyzed by powder X-ray diffraction and inductively coupled plasma emission spectrometry to obtain Li 0.95 Ag 0.05 NiO 2 obtained in Example 3.
It was confirmed that the compound had the same structure and the same chemical composition. By adjusting the Ag + concentration and reflux time, LiNiO
Oxides having different Ag + substitution amounts of 2 are obtained.
【0056】本実施例3で得られたLi0.95Ag0.05NiO2を
用い、以下の手順に従って実施例2のタイプ9と同一形
状の円筒型リチウム二次電池を作製した。Using Li 0.95 Ag 0.05 NiO 2 obtained in Example 3, a cylindrical lithium secondary battery having the same shape as type 9 of Example 2 was produced according to the following procedure.
【0057】まず、Li0.95Ag0.05NiO2に炭素粉末とバイ
ンダーを混合し、その混合物をアルミニウム集電体に圧
着してシート状の正極1を作製した。正極活物質の重量
は、タイプ9で使用したLi0.95Ag0.05NiO2と等しくし
た。一方、負極活物質にはグラファイト粉末を用い、そ
れとバインダーの混合物を銅の集電体に圧着して、シー
ト状の負極2を作製した。正極1と負極2のシートの間
に、セパレーター3を挟んだ電極群4を捲回した。この
電極群4を、底部に絶縁シート5を敷いた電池容器6に
収納し、負極リード線7は電池容器6に溶接した。つい
で等体積比のエチレンカーボネートとジエチルカーボネ
ートの混合溶媒に1モル濃度相当のLiPF6を溶解させた
非水電解液を電池容器6の内部へ注入し、捲回した電極
群4の上部に絶縁板8を載せ、絶縁板8の孔を通して正
極リード線9を容器蓋10にある正極端子11に接続し
た。最後に、容器蓋10と電池容器6を加締めて容器を
封止し、円筒型電池を作製した。この電池をタイプ11
とする。First, a carbon powder and a binder were mixed with Li 0.95 Ag 0.05 NiO 2 , and the mixture was pressed against an aluminum current collector to produce a sheet-shaped positive electrode 1. Weight of positive electrode active material, was equal to Li0.95Ag0.05NiO 2 used in type 9. On the other hand, graphite powder was used as a negative electrode active material, and a mixture of the powder and a binder was pressed against a copper current collector to produce a sheet-shaped negative electrode 2. An electrode group 4 having a separator 3 interposed between the sheets of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 was wound. The electrode group 4 was housed in a battery case 6 having an insulating sheet 5 laid on the bottom, and the negative electrode lead wire 7 was welded to the battery case 6. Next, a non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 equivalent to 1 molar concentration was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in an equal volume ratio was injected into the inside of the battery container 6, and an insulating plate was placed on top of the wound electrode group 4. 8 was placed, and the positive electrode lead wire 9 was connected to the positive electrode terminal 11 on the container lid 10 through the hole of the insulating plate 8. Finally, the container lid 10 and the battery container 6 were crimped to seal the container, thereby producing a cylindrical battery. Type 11 battery
And
【0058】表1に、サイクル数10、100、200、500に
おけるタイプ11の放電容量の結果を示す。電池の作動
電圧は3.0〜4.2 Vで、充電電流と放電電流は100 mAとし
た。10サイクル時でのタイプ11の放電容量は1280 mAh
であり、平均出力電圧は3.6Vであった。この電池の放電
容量の低下率は、100サイクル後で3%以下、200サイク
ル後で7%、500サイクル後で20%以下に低減された。Table 1 shows the results of the discharge capacity of Type 11 at the cycles of 10, 100, 200 and 500. The operating voltage of the battery was 3.0 to 4.2 V, and the charging current and discharging current were 100 mA. Discharge capacity of 1280 mAh for type 11 during 10 cycles
And the average output voltage was 3.6V. The rate of decrease in the discharge capacity of this battery was reduced to 3% or less after 100 cycles, 7% after 200 cycles, and 20% or less after 500 cycles.
【0059】従って、実施例3のイオン交換法によって
合成したAg置換型LiNiO2を使用しても、容量低下の小さ
なリチウム二次電池を得ることができることが判明し
た。Therefore, it was found that a lithium secondary battery having a small capacity reduction can be obtained even when the Ag-substituted LiNiO 2 synthesized by the ion exchange method of Example 3 was used.
【0060】実施例4 本実施例4では、 Li0.95Ag0.05Co0.9Mn0.1O2、 Li0.95
Ag0.05Ni0.9Mn0.1O2、Li0.95Ag0.05Ni0.9Co0.1O2の化学
式で表される3種類の正極活物質を合成し、それらの活
物質を正極に利用したリチウム二次電池を作製した。Example 4 In Example 4, Li 0.95 Ag 0.05 Co 0.9 Mn 0.1 O 2 , Li 0.95
Ag 0.05 Ni 0.9 Mn 0.1 O 2 , Li 0.95 Ag 0.05 Ni 0.9 Co 0.1 O 2 Three types of positive electrode active materials represented by the chemical formulas are synthesized, and a lithium secondary battery using those active materials for the positive electrode is manufactured. did.
【0061】まず、Li0.95Ag0.05Co0.9Mn0.1O2は、LiO
H、AgNO3、Co2O3、MnCO3を、モル比0.95:0.05:0.90:
0.10で混合し、空気中400〜500℃で熱処理をおこなっ
た。上記のリチウム塩、銀塩の他に、LiNO3、Li2CO3、C
H3COOAgなども使用することができる。熱分解時間は5
時間とした。分解後に得られた粉末を篩いによって分級
した後、正極活物質として使用した。First, Li 0.95 Ag 0.05 Co 0.9 Mn 0.1 O 2 is converted to LiO
H, AgNO 3 , Co 2 O 3 , and MnCO 3 in a molar ratio of 0.95: 0.05: 0.90:
The mixture was mixed at 0.10 and heat-treated at 400 to 500 ° C in air. In addition to the above lithium salts and silver salts, LiNO 3 , Li 2 CO 3 , C
H 3 COOAg can also be used. Pyrolysis time is 5
Time. After the powder obtained after the decomposition was classified by a sieve, it was used as a positive electrode active material.
【0062】次に、Li0.95Ag0.05Ni0.9Mn0.1O2は、LiO
H、Ag2O、Ni(OH)2、MnCO3を モル比0.95:0.05:0.90:
0.10で混合し、酸素気流中、700℃で熱処理をおこなっ
た。熱分解時間は5時間とした。分解後に得られた粉末
を篩いによって分級した後に正極活物質として使用し
た。Next, Li 0.95 Ag 0.05 Ni 0.9 Mn 0.1 O 2 is converted to LiO
H, Ag 2 O, Ni (OH) 2 , MnCO 3 in a molar ratio of 0.95: 0.05: 0.90:
The mixture was mixed at 0.10 and heat-treated at 700 ° C. in an oxygen stream. The thermal decomposition time was 5 hours. The powder obtained after the decomposition was classified by a sieve and then used as a positive electrode active material.
【0063】そして、同様にLi0.95Ag0.05Ni0.9Co0.1O2
は、LiOH、Ag2O、Ni(OH)2、Co2O3をモル比 0.95:0.0
5:0.90:0.10で混合し、酸素気流中、700℃で熱処理を
おこなった。熱分解時間は5時間とした。分解後に得ら
れた粉末を篩いによって分級した後、正極活物質として
使用した。Then, similarly, Li 0.95 Ag 0.05 Ni 0.9 Co 0.1 O 2
Is obtained by mixing LiOH, Ag 2 O, Ni (OH) 2 , and Co 2 O 3 with a molar ratio of 0.95: 0.0
The mixture was mixed at a ratio of 5: 0.90: 0.10 and heat-treated at 700 ° C. in an oxygen stream. The thermal decomposition time was 5 hours. After the powder obtained after the decomposition was classified by a sieve, it was used as a positive electrode active material.
【0064】これら3種類の正極活物質を粉末X線回折
法と誘導結合プラズマ発光分析法によって、本実施例4
で得られた3種類の正極活物質が、LiCoO2やLiNiO2と同
じように六方晶系の層状結晶であり、化学組成が、 Li
0.95Ag0.05Co0.9Mn0.1O2、Li0.95Ag0.05Ni0.9Mn0.1O2、
Li0.95Ag0.05Ni0.9Co0.1O2であることを確認した。The three kinds of positive electrode active materials were measured by powder X-ray diffraction method and inductively coupled plasma emission spectrometry in Example 4 of the present invention.
The three types of positive electrode active materials obtained in the above are hexagonal layered crystals like LiCoO 2 and LiNiO 2 , and the chemical composition is Li
0.95 Ag 0.05 Co 0.9 Mn 0.1 O 2 , Li 0.95 Ag 0.05 Ni 0.9 Mn 0.1 O 2 ,
It was confirmed that the composition was Li 0.95 Ag 0.05 Ni 0.9 Co 0.1 O 2 .
【0065】上記で作製した3種類の正極活物質を用
い、図1に示した円筒型電池と同様なものを作製した。
まずLi0.95Ag0.05Co0.9Mn0.1O2を、実施例1のタイプ1
で使用したLiCoO2と同じ重量だけ採取し、この粉末に炭
素粉末とバインダーを混合し、その混合物をアルミニウ
ム集電体に圧着して、シート状の正極1を作製した。Using the three types of positive electrode active materials prepared above, a battery similar to the cylindrical battery shown in FIG. 1 was prepared.
First, Li 0.95 Ag 0.05 Co 0.9 Mn 0.1 O 2 was added to the type 1 of Example 1.
The same weight as that of LiCoO 2 used in Example 1 was collected, carbon powder and a binder were mixed with this powder, and the mixture was pressed against an aluminum current collector to produce a sheet-shaped positive electrode 1.
【0066】一方、負極活物質にはグラファイト粉末を
用い、それとバインダーの混合物を銅の集電体に圧着し
て、シート状の負極2を作製した。正極1と負極2のシ
ートの間に、セパレーター3を挟んだ電極群4を捲回し
た。この電極群4を、電池容器底部に絶縁シート5を敷
いた電池容器6に収納し、負極リード線7は電池容器6
に溶接した。ついで等体積比のエチレンカーボネートと
ジエチルカーボネートの混合溶媒に1モル濃度相当のLi
PF6を溶解させた非水電解液を電池容器6の内部へ注入
し、捲回した電極群4の上部に絶縁板8を載せ、絶縁板
8の孔を通して正極リード線9を容器蓋10にある正極
端子11に接続した。最後に容器蓋10と電池容器6を
加締めて容器を封止し、円筒型電池を作製した。以下、
この電池をタイプ12とする。On the other hand, graphite powder was used as the negative electrode active material, and a mixture of the binder and the binder was pressed against a copper current collector to produce a sheet-shaped negative electrode 2. An electrode group 4 having a separator 3 interposed between the sheets of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 was wound. The electrode group 4 is housed in a battery case 6 in which an insulating sheet 5 is spread on the bottom of the battery case.
Welded. Then, a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in an equal volume ratio was mixed with a 1 molar equivalent of Li.
A non-aqueous electrolyte solution in which PF 6 is dissolved is injected into the battery container 6, the insulating plate 8 is placed on the wound electrode group 4, and the positive electrode lead wire 9 is inserted into the container lid 10 through the hole of the insulating plate 8. It was connected to a certain positive electrode terminal 11. Finally, the container lid 10 and the battery container 6 were crimped to seal the container, thereby producing a cylindrical battery. Less than,
This battery is referred to as type 12.
【0067】同様に、実施例3で使用したLiNiO2と同じ
重量のLi0.95Ag0.05Ni0.9Mn0.1O2とLi0.95Ag0.05Ni0.9C
o0.1O2を使用し、2種類の正極1を作製した。それぞれ
の正極1を用い、タイプ12と同一仕様の円筒型電池を
作製した。Similarly, Li 0.95 Ag 0.05 Ni 0.9 Mn 0.1 O 2 and Li 0.95 Ag 0.05 Ni 0.9 C of the same weight as LiNiO 2 used in Example 3
o Two kinds of positive electrodes 1 were prepared using 0.1 O 2 . Using each of the positive electrodes 1, a cylindrical battery having the same specifications as the type 12 was produced.
【0068】Li0.95Ag0.05Ni0.9Mn0.1O2を使用した電池
をタイプ13、 Li0.95Ag0.05Ni0.9Co0.1O2を使用した
電池をタイプ14とする。A battery using Li 0.95 Ag 0.05 Ni 0.9 Mn 0.1 O 2 is referred to as type 13 and a battery using Li 0.95 Ag 0.05 Ni 0.9 Co 0.1 O 2 is referred to as type 14.
【0069】表1に、サイクル数10、100、200、500に
おけるタイプ12、13、14の放電容量の結果を示
す。電池の作動電圧は3.0〜4.2 Vで、充電電流と放電電
流は、100 mAとした。タイプ12の場合、10サイクル後
における放電容量は1245 mAhであった。この電池の放電
容量は、100サイクルまで容量低下は13%であり、200サ
イクル後、500サイクル後での容量低下率はそれぞれ27
%と33%であった。Table 1 shows the results of the discharge capacities of the types 12, 13 and 14 at the cycles of 10, 100, 200 and 500. The operating voltage of the battery was 3.0 to 4.2 V, and the charging current and discharging current were 100 mA. In the case of type 12, the discharge capacity after 10 cycles was 1245 mAh. As for the discharge capacity of this battery, the capacity decrease was 13% until 100 cycles, and the capacity decrease rates after 200 cycles and 500 cycles were 27%, respectively.
% And 33%.
【0070】容量増加はわずかであった実施例2のタイ
プ6と比較すると、本発明のLi0.95Ag0.05Co0.9Mn0.1O2
を用いれば、容量低下率を大幅に低減することができ
る。Compared with the type 6 of Example 2 in which the capacity increase was slight, Li 0.95 Ag 0.05 Co 0.9 Mn 0.1 O 2 of the present invention was used.
Is used, the capacity reduction rate can be significantly reduced.
【0071】タイプ13の場合、10サイクル目のとき放
電容量は1212 mAhであった。100サイクルまでの容量低
下率は16%であり、200サイクル後、500サイクル後での
容量低下率はそれぞれ20%と23%であった。またタイプ
14の場合、10サイクル目のとき放電容量は1217 mAhで
あったが、電池の放電容量の低下率は、100サイクルの
時で8%であった。200サイクル後、500サイクル後の容
量低下率はそれぞれ14%と24%である。In the case of type 13, the discharge capacity at the 10th cycle was 1212 mAh. The capacity reduction rate up to 100 cycles was 16%, and the capacity reduction rates after 200 cycles and 500 cycles were 20% and 23%, respectively. In the case of type 14, the discharge capacity was 1217 mAh at the 10th cycle, but the rate of decrease in the discharge capacity of the battery was 8% at 100 cycles. After 200 cycles, the capacity reduction rates after 500 cycles are 14% and 24%, respectively.
【0072】この結果、本実施例4で合成した正極活物
質を用いて、放電容量の低下を著しく抑制することがで
きた。すなわち、遷移金属として、CoやNiの単体元素以
外にMnを添加したものまたはCoとNiとの2元素を含んだ
ものを用いても、実施例1などと同様の効果が得られる
ことが判明した。As a result, with the use of the positive electrode active material synthesized in Example 4, a decrease in discharge capacity could be significantly suppressed. In other words, it was found that the same effect as in Example 1 and the like can be obtained even if a transition metal containing Mn in addition to a single element of Co or Ni or containing two elements of Co and Ni is used. did.
【0073】実施例5 本実施例5は、異種金属イオンとしてCu+を採用したも
のである。Cu置換型正極活物質の合成方法を述べる。Cu
+は大気中で高温加熱すると、酸化されてCu2+になる。
そこで、Cu+の酸化を避けるために、イオン交換法によ
って、Li+とCu+に交換する方法を採用した。まず、実施
例1と実施例2で述べた方法に従って、LiCoO2とLiNiO2
との2種類を合成した。これらのそれぞれの粉末とCuC
l、CuBrなどのCu+の塩を混合した有機溶媒を還流させ、
LiCoO2またはLiNiO2中に含まれるLi+をCu+に交換させ
た。本実施例5で使用できる溶媒は、メタノール、エタ
ノールなどのアルコール、アセトン等のケトン、アセト
ニトリルなどのニトリル系の溶媒である。Embodiment 5 In this embodiment 5, Cu + is employed as a foreign metal ion. A method for synthesizing a Cu-substituted positive electrode active material will be described. Cu
+ Is oxidized to Cu 2+ when heated at high temperature in the atmosphere.
Therefore, in order to avoid the oxidation of Cu +, the ion exchange method, and employs a method of exchanging the Li + and Cu +. First, according to the method described in the first and second embodiments, LiCoO 2 and LiNiO 2
Were synthesized. Each of these powders and CuC
l, reflux the organic solvent mixed with Cu + salt such as CuBr,
Li + contained in LiCoO 2 or LiNiO 2 was exchanged for Cu + . Solvents that can be used in Example 5 are alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as acetone, and nitrile solvents such as acetonitrile.
【0074】イオン交換処理後に内容物を蒸留し、固形
物を洗浄後に400℃で熱処理した。これを粉砕し、篩い
で粒度を揃え、黒色の粉末を得た。上記2種類の試料を
粉末X線回折法と誘導結合プラズマ発光分析法によって
分析した結果、得られた試料がLiCoO2とLiNiO2と同じ層
状の結晶構造をもち、化学組成がLi0.95Cu0.05CoO2とLi
0.95Cu0.05NiO2であることを確認した。After the ion exchange treatment, the contents were distilled, and the solid matter was washed and then heat-treated at 400 ° C. This was pulverized and sieved to make the particle size uniform to obtain a black powder. As a result of analyzing the above two types of samples by powder X-ray diffraction method and inductively coupled plasma emission spectrometry, the obtained sample has the same layered crystal structure as LiCoO 2 and LiNiO 2 and the chemical composition is Li 0.95 Cu 0.05 CoO 2 and Li
It was confirmed to be 0.95 Cu 0.05 NiO 2 .
【0075】上記の2種類の試料それぞれに炭素粉末と
バインダーを混合し、その混合物をアルミニウム集電体
に圧着して、各正極活物質ごとにシート状の正極1を作
製した。正極1枚当りのLi0.95Cu0.05CoO2の重量は、実
施例1のタイプ1で使用したLiCoO2と等しくした。同様
に正極1枚当りのLi0.95Cu0.05NiO2の重量も、実施例2
のタイプ6で使用したLiNiO2と等しくした。負極活物質
にはグラファイト粉末を用い、それとバインダーの混合
物を銅の集電体に圧着して、シート状の負極2を作製し
た。正極1と負極2のシートの間に、セパレーター3を
挟んだ電極群4を捲回した。この電極群4を底部に絶縁
シート5を敷いた電池容器6に収納し、負極リード線7
は電池容器6に溶接した。ついで等体積比のエチレンカ
ーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒に1モル
濃度相当のLiPF6を溶解させた非水電解液を電池容器6
の内部へ注入し、捲回した電極群4の上部に絶縁板8を
載せ、絶縁板8の中央の孔を通して正極リード線9を容
器蓋10上部にある正極端子11に接続した。最後に容
器蓋10と電池容器6を加締めて容器を封止し、円筒型
電池を作製した。上記のLi0.95Cu0.05CoO2、Li0.95Cu
0.05NiO2を使用した円筒型電池を、それぞれタイプ1
5、タイプ16とする。A carbon powder and a binder were mixed into each of the above two types of samples, and the resulting mixture was pressed against an aluminum current collector to produce a sheet-shaped positive electrode 1 for each positive electrode active material. The weight of Li 0.95 Cu 0.05 CoO 2 per positive electrode was equal to that of LiCoO 2 used in Type 1 of Example 1. Similarly, the weight of Li 0.95 Cu 0.05 NiO 2 per positive electrode was determined in Example 2.
LiNiO 2 used in type 6 of the above. Graphite powder was used as the negative electrode active material, and a mixture of the binder and the binder was pressed against a copper current collector to produce a sheet-shaped negative electrode 2. An electrode group 4 having a separator 3 interposed between the sheets of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 was wound. This electrode group 4 is housed in a battery container 6 having an insulating sheet 5 laid on the bottom, and a negative electrode lead wire 7 is provided.
Was welded to the battery container 6. Then, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving LiPF 6 equivalent to 1 molar concentration in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in an equal volume ratio was placed in a battery container 6.
The insulating plate 8 was placed on top of the wound electrode group 4, and the positive electrode lead wire 9 was connected to the positive electrode terminal 11 above the container lid 10 through the center hole of the insulating plate 8. Finally, the container lid 10 and the battery container 6 were crimped to seal the container, thereby producing a cylindrical battery. Above Li 0.95 Cu 0.05 CoO 2 , Li 0.95 Cu
Cylindrical batteries using 0.05 NiO 2
5, type 16.
【0076】表1に、サイクル数10、100、200、500に
おけるタイプ15、16の放電容量の結果を示す。電池
の作動電圧は3.0〜4.2 Vで、充電時と放電時の電流値は
100mAとした。Cu置換型LiCoO2のタイプ15の場合、10
サイクル時の放電容量は1275mAhであった。この電池の
容量低下率は、100サイクル時で7%、200サイクル時で1
9%、500サイクル後で27%であった。Cu+置換型LiNiO2
のタイプ16の放電容量低下も、Cu+無添加のタイプ6
と比較して著しく抑制され、500サイクル時においても
容量低下率が26%であった。Table 1 shows the results of the discharge capacities of the types 15 and 16 at the cycles of 10, 100, 200 and 500. The operating voltage of the battery is 3.0 to 4.2 V, and the current value during charging and discharging is
100 mA. 10 for Cu-substituted LiCoO 2 type 15
The discharge capacity during cycling was 1275 mAh. The capacity reduction rate of this battery is 7% at 100 cycles and 1 at 200 cycles.
9%, 27% after 500 cycles. Cu + substituted LiNiO 2
The discharge capacity of Type 16 is also lower than that of Type 6 without Cu +.
The capacity reduction rate was 26% even after 500 cycles.
【0077】この結果、本実施例5の如き、異種金属イ
オンとしてCu+を採用したものであっても、Ag+と同様の
効果が得られることが判明した。また、Agの添加%の場
合と同じ理由から、アルカリ金属イオンのモル数に対
し、正極活物質中に含まれる異種金属イオンのモル数の
比が、0.01から0.12までの範囲が良いと言える。As a result, it was found that the same effect as that of Ag + was obtained even when Cu + was used as the dissimilar metal ion as in Example 5. Further, for the same reason as in the case of the addition% of Ag, it can be said that the ratio of the number of moles of different metal ions contained in the positive electrode active material to the number of moles of alkali metal ions is preferably in the range of 0.01 to 0.12.
【0078】[0078]
【発明の効果】以上のように、アルカリ金属イオンとは
異なる異種金属イオンを含む正極活物質を用いることに
よって、アルカリ金属を用いた二次電池の高容量化と長
寿命化が図れるという効果が得られる。As described above, the use of the positive electrode active material containing a different metal ion different from the alkali metal ion has the effect of increasing the capacity and extending the life of the secondary battery using the alkali metal. can get.
【0079】また、二次電池の高容量化により、ポータ
ブル電気機器などの軽量化と小形化に結び付く効果も得
られる。Further, by increasing the capacity of the secondary battery, it is possible to obtain the effect of reducing the weight and size of portable electric equipment and the like.
【図1】本発明による一実施例の円筒型リチウム二次電
池の半断面図である。FIG. 1 is a half sectional view of a cylindrical lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
【図2】実施例1で作製した5種類の円筒型電池の放電
容量とサイクル数の関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the discharge capacity and the number of cycles of five types of cylindrical batteries manufactured in Example 1.
【図3】実施例2で作製した5種類の円筒型電池の放電
電流値に対する放電容量の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between discharge current value and discharge capacity of five types of cylindrical batteries manufactured in Example 2.
1…正極、2…セパレーター、3…負極、4…電極群、
5…絶縁シート、6…電池容器、7…負極リード線、8
…絶縁板、9…正極リード線、10…容器蓋、11…正
極端子。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... positive electrode, 2 ... separator, 3 ... negative electrode, 4 ... electrode group,
5 ... insulating sheet, 6 ... battery container, 7 ... negative electrode lead wire, 8
... an insulating plate, 9 ... a positive electrode lead wire, 10 ... a container lid, 11 ... a positive electrode terminal.
フロントページの続き (72)発明者 吉川 正則 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 堀場 達雄 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 村中 廉 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平5−190177(JP,A) 特開 平2−139861(JP,A) 特開 平5−242891(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 4/58 C01G 51/00 H01M 4/02 H01M 10/40Continued on the front page (72) Inventor Masanori Yoshikawa 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Tatsuo Horiba 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Stock Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratories (72) Inventor Ren Muranaka 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratories (56) References JP-A-5-190177 (JP, A) JP-A-2-139861 (JP, A) JP-A-5-242891 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01M 4/58 C01G 51/00 H01M 4/02 H01M 10/40
Claims (2)
なる正極と、負極と、非水電解液とから構成される二次
電池であって、前記正極活物質は、Li1−yAgyC
oO2なる化学式を有し、yは0.01から0.12の
範囲にあることを特徴とする二次電池。1. A secondary battery comprising a positive electrode made of a positive electrode active material containing an alkali metal ion, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode active material is Li 1-y Ag y C
A secondary battery having a chemical formula of oO 2 , wherein y is in a range of 0.01 to 0.12.
なる正極と、負極と、非水電解液とから構成される二次
電池であって、前記正極活物質は、Li1−yCuyC
oO2なる化学式を有し、yは0.01から0.12の
範囲にあることを特徴とする二次電池。Wherein the alkali metal consists of a positive electrode active material comprising an ion positive electrode, a secondary battery composed of a negative electrode, a nonaqueous electrolyte solution and the positive electrode active material, Li 1-y Cu y C
A secondary battery having a chemical formula of oO 2 , wherein y is in a range of 0.01 to 0.12.
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