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JP5040282B2 - Positive electrode active material, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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JP5040282B2 - Positive electrode active material, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

この発明は、正極活物質およびその製造方法、並びに非水電解質二次電池に関し、例えば、リチウム(Li)とコバルト(Co)とを含む複合酸化物を含有する正極活物質およびその製造方法、並びにこれを用いた非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material, a method for producing the same, and a nonaqueous electrolyte secondary battery. For example, a positive electrode active material containing a composite oxide containing lithium (Li) and cobalt (Co), a method for producing the same, and The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.

近年、ビデオカメラやノート型パソコン等のポ−タブル機器の普及に伴い、小型高容量の二次電池に対する需要が高まっている。現在使用されている二次電池にはアルカリ電解液を用いたニッケル−カドミウム電池があるが、電池電圧が約1.2Vと低く、エネルギー密度の向上は困難である。このため、比重が0.534と固体の単体中最も軽いうえ、電位が極めて卑であり、単位重量当たりの電流容量も金属負極材料中最大であるリチウム金属を使用するリチウム金属二次電池が検討された。   In recent years, with the widespread use of portable devices such as video cameras and notebook computers, there is an increasing demand for small and high-capacity secondary batteries. Currently used secondary batteries include nickel-cadmium batteries using an alkaline electrolyte, but the battery voltage is as low as about 1.2 V, and it is difficult to improve the energy density. For this reason, a lithium metal secondary battery using lithium metal having a specific gravity of 0.534, which is the lightest of the solid simple substance, the potential is extremely base, and the current capacity per unit weight is the largest among the metal negative electrode materials. It was done.

しかしながら、リチウム金属を負極に使用する二次電池では、充電時に負極の表面に樹枝状のリチウム(デンドライト)が析出し、充放電サイクルによってこれが成長する。このデンドライトの成長は、二次電池のサイクル特性の劣化、さらには、正極と負極が接触しないように配置された隔膜(セパレータ)を突き破って、内部短絡を生じてしまう等の問題があった。   However, in a secondary battery using lithium metal as a negative electrode, dendritic lithium (dendrites) is deposited on the surface of the negative electrode during charging and grows by charge / discharge cycles. The growth of the dendrite has problems such as deterioration of the cycle characteristics of the secondary battery, and further breaking through a diaphragm (separator) disposed so that the positive electrode and the negative electrode are not in contact with each other, thereby causing an internal short circuit.

そこで、例えば、特許文献1に記載されているように、コ−クス等の炭素質材料を負極とし、アルカリ金属イオンをド−ピング、脱ド−ピングすることにより充放電を繰り返す二次電池が提案された。これによって、上述したような充放電の繰り返しにおける負極の劣化問題を回避できることがわかった。   Therefore, for example, as described in Patent Document 1, a secondary battery that repeats charging and discharging by using a carbonaceous material such as coke as a negative electrode and doping and dedoping alkali metal ions is provided. was suggested. As a result, it has been found that the above-described problem of deterioration of the negative electrode due to repeated charge / discharge can be avoided.

特開昭62−90863号公報JP 62-90863 A

一方、正極活物質としては、4V前後の電池電圧を得ることができるものとして、アルカリ金属を含む遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンなどの無機化合物が知られている。なかでも、コバルト酸リチウム、またはニッケル酸リチウムなどのリチウム複合酸化物は、高電位、安定性、長寿命という点から最も有望である。   On the other hand, as positive electrode active materials, inorganic compounds such as transition metal oxides and transition metal chalcogens containing alkali metals are known as those capable of obtaining a battery voltage of around 4V. Among these, lithium composite oxides such as lithium cobaltate or lithium nickelate are most promising in terms of high potential, stability, and long life.

特に、コバルト酸リチウム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、充電電圧を高くすることにより、エネルギー密度を大きくすることが期待される。しかしながら、充電電圧を高くするとサイクル特性が劣化する問題があった。そこで、従来ではLiMn1/3Co1/3Ni1/32などを少量混合して用いることや、他材料を表面被覆することにより正極活物質の改質を行う方法が行われてきた。 In particular, a positive electrode active material mainly composed of lithium cobaltate is a positive electrode active material exhibiting a high potential, and is expected to increase the energy density by increasing the charging voltage. However, there is a problem that the cycle characteristics deteriorate when the charging voltage is increased. Therefore, conventionally, a method of modifying the positive electrode active material by using a small amount of LiMn 1/3 Co 1/3 Ni 1/3 O 2 or the like, or coating the surface with another material has been performed. .

ところで、上述した正極活物質の表面被覆により正極活物質の改質を行う技術は、被覆性の高い被覆を達成することが課題となっている。この課題を解決するために、各種手法が提案されている。例えば、金属水酸化物により被着する方法は、被覆性に優れていることが確認されており、このような方法として、例えば、特許文献2には、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)粒子の表面に、コバルト(Co)ならびにマンガン(Mn)をその水酸化物被着工程を通して被着することが開示されている。また、例えば、特許文献3には、リチウムマンガン複合酸化物の表面に、非マンガン金属をその水酸化物被着工程を通して被着することが開示されている。 By the way, the technique for modifying the positive electrode active material by the surface coating of the positive electrode active material described above has a problem of achieving a coating with high coverage. In order to solve this problem, various methods have been proposed. For example, it has been confirmed that the method of depositing with a metal hydroxide is excellent in covering properties. As such a method, for example, Patent Document 2 discloses the surface of lithium nickelate (LiNiO 2 ) particles. Discloses the deposition of cobalt (Co) and manganese (Mn) through its hydroxide deposition process. For example, Patent Document 3 discloses that a non-manganese metal is deposited on the surface of a lithium manganese composite oxide through a hydroxide deposition process.

特開平9−265985号公報JP-A-9-265985 特開平11−71114号公報JP-A-11-71114

さらに、例えば、特許文献4には、正極前駆体の水酸化ニッケル粒子に被着し、最終正極のタップ密度向上のために被着する金属として多数の金属の中にモリブデンが記載されている。さらに、例えば、特許文献5には、モリブデンおよび/またはタングステンと、リチウムを含有する表面層を有する正極活物質が公知である。
特開2001−106534号公報 特開2002−75367号公報
Furthermore, for example, Patent Document 4 describes molybdenum as a metal that is deposited on nickel hydroxide particles as a positive electrode precursor and is deposited for improving the tap density of the final positive electrode. Further, for example, Patent Document 5 discloses a positive electrode active material having a surface layer containing molybdenum and / or tungsten and lithium.
JP 2001-106534 A JP 2002-75367 A

しかしながら、複合酸化物粒子に金属水酸化物を被着させた後、加熱処理を行うと、粒子間において焼結が進みやすく、粒子同士が結着しやすい問題があった。この結果、正極を作製する際に導電剤などを混合すると、結着している部分および粒子が破断したり、亀裂が生じたりして、被覆層が剥離したり、粒子の破損面が露出してしまう。このような破損面は、焼成時に形成された表面に比べて非常に活性が高く、電解液および正極活物質の劣化反応が生じやすい。   However, when heat treatment is performed after depositing a metal hydroxide on the composite oxide particles, there is a problem that sintering is likely to proceed between the particles and the particles are likely to be bound to each other. As a result, when a conductive agent or the like is mixed during the production of the positive electrode, the bonded portion and particles are broken or cracked, the coating layer is peeled off, and the damaged surface of the particles is exposed. End up. Such a damaged surface is very active compared to the surface formed at the time of firing, and the deterioration reaction of the electrolytic solution and the positive electrode active material is likely to occur.

したがって、この発明の目的は、粒子同士の結着を抑制することにより、化学安定性をより向上できる正極活物質およびその製造方法、並びにこれを用いた高容量で充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次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 capable of further improving chemical stability by suppressing binding between particles, a method for producing the same, and a high capacity and high charge / discharge cycle characteristic using the same. The object is to provide a water electrolyte secondary battery.

上述した課題を解決するために、第1の発明は、
複合酸化物粒子の少なくとも一部に設けられ、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層と、
この被覆層の少なくとも一部に設けられ、モリブデン(Mo)を含む表面層と
を備え、
複合酸化物粒子は、化1で平均組成が表されるものであること
を特徴とする正極活物質である。
(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(化1中、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなる。x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
In order to solve the above-described problem, the first invention
A coating layer comprising an oxide provided on at least a part of the composite oxide particles and including lithium (Li) and nickel (Ni) or a coating element of nickel (Ni) and manganese (Mn);
Provided on at least a part of the covering layer, and a surface layer containing molybdenum (Mo),
The composite oxide particle is a positive electrode active material having an average composition represented by Chemical Formula 1.
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In the chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), at least one element selected from the group consisting of x, y, and z is −0. 10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20.

第1の発明では、被覆層におけるニッケル(Ni)とマンガン(Mn)との構成比が、99:1から30:70の範囲内であることが好ましい。   In 1st invention, it is preferable that the structural ratio of nickel (Ni) and manganese (Mn) in a coating layer exists in the range of 99: 1 to 30:70.

第1の発明では、被覆層の酸化物は、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の総量の40モル%以下を、マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),コバルト(Co),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の金属元素で置き換えたものであることが好ましい。   In the first invention, the oxide of the coating layer is 40 mol% or less of the total amount of nickel (Ni) and manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti). , Vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W) It is preferable that the element is replaced with at least one metal element.

第1の発明では、被覆層の量は、複合酸化物粒子の0.5重量%〜50重量%の範囲内であることが好ましい。   In 1st invention, it is preferable that the quantity of a coating layer exists in the range of 0.5 weight%-50 weight% of complex oxide particle.

第1の発明では、平均粒径が2.0μm〜50μmであることが好ましい。   In 1st invention, it is preferable that an average particle diameter is 2.0 micrometers-50 micrometers.

第1の発明では、被覆層および表面層には複合酸化物粒子から拡散したコバルト(Co)が存在し、正極活物質全体の平均のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比が0.001以下であり、正極活物質の被覆層および表面層のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比が0.01以上0.5以下であることが好ましい。   In the first invention, cobalt (Co) diffused from the composite oxide particles exists in the coating layer and the surface layer, and the average atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) in the whole positive electrode active material is 0. It is preferable that the atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) in the coating layer and the surface layer of the positive electrode active material is 0.01 or more and 0.5 or less.

第1の発明では、正極活物質表面のモリブデン(Mo)のXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy;光電子分光測定)による3d5/2の結合エネルギーが、232.4eV以下であることが好ましい。   In 1st invention, it is preferable that 3d5 / 2 binding energy by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) of molybdenum (Mo) of the positive electrode active material surface is 232.4 eV or less.

第2の発明は、
化1で平均組成が表される複合酸化物粒子の少なくとも一部にニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物よりなる層を形成したのち、複合酸化物粒子の少なくとも一部にモリブデン酸を被着する工程と、
モリブデン酸を被着したのち、加熱処理することにより、複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層、およびモリブデン(Mo)を含む表面層を形成する工程と
を有することを特徴とする正極活物質の製造方法である。
(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(化1中、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなる。x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
The second invention is
After forming a layer made of hydroxide containing nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn) on at least a part of the composite oxide particles whose average composition is expressed in Chemical Formula 1, Depositing molybdic acid at least in part;
After depositing molybdic acid, heat treatment is performed to include lithium (Li) and nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn) covering elements in at least a part of the composite oxide particles. And a step of forming a surface layer containing molybdenum (Mo) and a coating layer made of an oxide.
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In the chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), at least one element selected from the group consisting of x, y, and z is −0. 10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20.

第2の発明では、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物の形成は、複合酸化物粒子をpH12以上の水を主体とする溶媒に分散した後、ニッケル(Ni)の化合物またはニッケル(Ni)の化合物およびマンガン(Mn)の化合物を添加して行うことが好ましい。   In the second invention, nickel (Ni) or a hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn) is formed by dispersing the composite oxide particles in a water-based solvent having a pH of 12 or more, It is preferable to carry out by adding a compound of Ni) or a compound of nickel (Ni) and a compound of manganese (Mn).

第2の発明では、水を主体とする溶媒は、水酸化リチウムを含有することが好ましい。   In the second invention, the solvent mainly composed of water preferably contains lithium hydroxide.

第2の発明では、被覆層におけるニッケル(Ni)とマンガン(Mn)の構成比が、99:1から30:70の範囲内であることが好ましい。   In 2nd invention, it is preferable that the structural ratio of nickel (Ni) and manganese (Mn) in a coating layer exists in the range of 99: 1 to 30:70.

第2の発明では、被覆層の酸化物は、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の総量の40モル%以下を、マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),コバルト(Co),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の金属元素で置き換えたものであることが好ましい。   In the second invention, the oxide of the coating layer contains 40 mol% or less of the total amount of nickel (Ni) and manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti). , Vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), tungsten (W) It is preferable that the element is replaced with at least one metal element.

第2の発明では、被覆層の量は、複合酸化物粒子の0.5重量%〜50重量%の範囲内であることが好ましい。   In 2nd invention, it is preferable that the quantity of a coating layer exists in the range of 0.5 weight%-50 weight% of complex oxide particle.

第2の発明では、正極活物質は、平均粒径が2.0μm〜50μmであることが好ましい。   In the second invention, the positive electrode active material preferably has an average particle size of 2.0 μm to 50 μm.

第2の発明では、被覆層には複合酸化物粒子から拡散したコバルト(Co)が存在し、正極活物質全体の平均のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比が0.001以下であり、正極活物質の被覆層および表面層のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比が0.01以上0.5以下であることが好ましい。   In the second invention, cobalt (Co) diffused from the composite oxide particles is present in the coating layer, and the average atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) in the whole positive electrode active material is 0.001 or less. The atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) in the coating layer and surface layer of the positive electrode active material is preferably 0.01 or more and 0.5 or less.

第3の発明は、
正極活物質を有する正極と、負極と、セパレータおよび電解質とを備え、
正極活物質は、
複合酸化物粒子の少なくとも一部に設けられ、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層と、
この被覆層の少なくとも一部に設けられ、モリブデン(Mo)を含む表面層と
を備え、
複合酸化物粒子は、化1で平均組成が表されるものであること
を特徴とする非水電解質二次電池である。
(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(化1中、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなる。x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
The third invention is
A positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode, a separator and an electrolyte;
The positive electrode active material is
A coating layer comprising an oxide provided on at least a part of the composite oxide particles and including lithium (Li) and nickel (Ni) or a coating element of nickel (Ni) and manganese (Mn);
Provided on at least a part of the covering layer, and a surface layer containing molybdenum (Mo),
The composite oxide particle is a non-aqueous electrolyte secondary battery having an average composition represented by chemical formula 1.
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In the chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), at least one element selected from the group consisting of x, y, and z is −0. 10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20.

この発明では、複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層を備えるので、高充電電圧、且つこれに伴う高エネルギー密度性を実現でき、且つ、高充電電圧条件下で良好な充放電サイクル特性を有する。   In this invention, at least a part of the composite oxide particles is coated with an oxide containing lithium (Li) and nickel (Ni) or at least one coating element of nickel (Ni) and manganese (Mn). Since the layer is provided, a high charge voltage and a high energy density property associated therewith can be realized, and good charge / discharge cycle characteristics can be obtained under high charge voltage conditions.

この発明では、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物が設けられた複合酸化物粒子に、モリブデン酸を被着することにより、粒子同士の結着を抑制できる。そして、結着した粒子同士の解砕が回避できるので、解砕による粒子の活性表面の増加や粒子の破壊を抑制でき、被覆層の利点を十分に生かすことが可能となる。   In the present invention, nickel (Ni) or composite oxide particles provided with a hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn) are coated with molybdic acid, thereby suppressing the binding between the particles. . And since crushing of the bound particles can be avoided, an increase in the active surface of the particles due to crushing and breakage of the particles can be suppressed, and the advantages of the coating layer can be fully utilized.

この発明では、モリブデン(Mo)のXPSによる3d5/2の結合エネルギーが、232.4eV以下となるように正極活物質を構成することにより、正極活物質粒子表面の酸性度を高め、電解液に対する耐久性を向上させることができる。   In this invention, the positive electrode active material is configured so that the binding energy of 3d5 / 2 by XPS of molybdenum (Mo) is 232.4 eV or less, thereby increasing the acidity of the surface of the positive electrode active material particles, Durability can be improved.

この発明によれば、正極活物質の安定性をより向上できる。また、この正極活物質を用いた電池は、高容量を得ることができ、且つ充放電効率を向上させることができる。   According to this invention, the stability of the positive electrode active material can be further improved. Moreover, the battery using this positive electrode active material can obtain a high capacity | capacitance, and can improve charging / discharging efficiency.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。この発明の一実施形態による正極活物質は、複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層が設けられ、この被覆層の少なくとも一部に、モリブデン(Mo)を含む表面層が設けられたものである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A positive electrode active material according to an embodiment of the present invention includes an oxide containing lithium (Li) and a coating element of nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn) in at least a part of the composite oxide particles. And a surface layer containing molybdenum (Mo) is provided on at least a part of the coating layer.

まず、正極活物質を上記の構成とする理由について説明する。コバルト酸リチウム(LiCoO2)を主体とする正極活物質は、高充電電圧性とそれに伴う高エネルギー密度性があるが、高充電電圧にて高容量での充放電サイクルを繰り返すと容量の低下が少なくない。この原因は、正極活物質粒子の表面に起因するため、正極活物質の表面処理の必要性が指摘されている。 First, the reason why the positive electrode active material is configured as described above will be described. A positive electrode active material mainly composed of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) has a high charge voltage property and a high energy density property associated therewith. However, when a charge / discharge cycle at a high capacity is repeated at a high charge voltage, the capacity decreases. Not a few. Since this cause is caused by the surface of the positive electrode active material particles, the necessity of surface treatment of the positive electrode active material has been pointed out.

したがって、各種の表面処理が提案されているが、体積または重量あたりの容量の低下を無くす、または容量の低下を最小限に留める観点から、容量の低下を抑制、または容量に貢献できる材料で表面処理を行うことにより、高充電電圧性と、これに伴う高エネルギー密度性、および高充電電圧での充放電サイクル特性に優れた正極活物質を得ることができる。   Therefore, various surface treatments have been proposed, but the surface is made of a material that can suppress or contribute to the capacity reduction from the viewpoint of eliminating the capacity reduction per volume or weight or minimizing the capacity reduction. By performing the treatment, it is possible to obtain a positive electrode active material excellent in high charge voltage property, high energy density property associated therewith, and charge / discharge cycle characteristics at a high charge voltage.

そこで、本願発明者等は、鋭意検討の結果、高充電電圧性とこれに伴う高エネルギー密度性においてやや劣るが、コバルト酸リチウム(LiCoO2)を主体とする正極活物質に、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層を設けることにより、高充電電圧性とこれに伴う高エネルギー密度性があり、且つ、高充電電圧条件下で、高容量の充放電サイクル特性に優れた正極活物質が得られることを見出した。 Accordingly, the inventors of the present application have made a intensive study, and although slightly inferior in the high charge voltage property and the high energy density property associated therewith, the positive electrode active material mainly composed of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) is used as lithium (Li). And providing a coating layer made of an oxide containing at least one of the covering elements of nickel (Ni) and manganese (Mn), has high charging voltage and high energy density associated therewith, and It has been found that a positive electrode active material having a high capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained under high charge voltage conditions.

複合酸化物粒子に被覆層を設ける方法としては、リチウム(Li)の化合物、ニッケル(Ni)の化合物および/またマンガン(Mn)の化合物を、複合酸化物粒子と、微粉砕した粒子として乾式混合し被着し焼成して、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層を複合酸化物粒子表面に形成する方法、リチウム(Li)の化合物、ニッケル(Ni)の化合物および/またはマンガン(Mn)の化合物を、溶媒に溶解あるいは混合して湿式にて被着し焼成して、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層を、複合酸化物粒子表面に設ける方法が提案できる。しかしながら、これらの方法では、均一性の高い被覆が達成できない結果を得た。   As a method of providing a coating layer on the composite oxide particles, lithium (Li) compound, nickel (Ni) compound and / or manganese (Mn) compound are dry-mixed as composite oxide particles and finely pulverized particles. And coating and firing to form a coating layer made of an oxide containing lithium (Li) and at least one coating element of nickel (Ni) and manganese (Mn) on the surface of the composite oxide particle Lithium (Li) compound, nickel (Ni) compound and / or manganese (Mn) compound dissolved or mixed in a solvent, wet-coated and fired, lithium (Li) and nickel ( A method can be proposed in which a coating layer made of an oxide containing at least one coating element of Ni) and manganese (Mn) is provided on the surface of the composite oxide particle. However, these methods yielded results in which a highly uniform coating could not be achieved.

そこで、本願発明者等は、さらに、鋭意検討を進めたところ、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を水酸化物として被着しこれを加熱脱水して、被覆層を形成することで、均一性の高い被覆が実現できることを見出した。この被着処理は、ニッケル(Ni)の化合物および/またはマンガン(Mn)の化合物を、水を主体とする溶媒系に溶解し、その後、この溶媒系に複合酸化物粒子を分散させ、この分散系に塩基を添加する等により分散系の塩基性度を高め、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を複合酸化物粒子表面に析出させる。   Therefore, the inventors of the present application have further studied diligently. As a result, nickel (Ni) and / or manganese (Mn) was deposited as a hydroxide and heated and dehydrated to form a coating layer. It was found that highly uniform coating can be realized. In this deposition treatment, a nickel (Ni) compound and / or a manganese (Mn) compound is dissolved in a water-based solvent system, and then the composite oxide particles are dispersed in the solvent system. The basicity of the dispersion is increased by adding a base to the system, and a hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) is precipitated on the surface of the composite oxide particles.

そして、被着処理により、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を被着した複合酸化物粒子を、加熱脱水して、被覆層を、複合酸化物粒子表面に形成する。これにより、複合酸化物粒子表面への被覆の均一性を向上できる。   Then, by the deposition treatment, the composite oxide particles deposited with hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) are heated and dehydrated to form a coating layer on the surface of the composite oxide particles. . Thereby, the uniformity of the coating on the surface of the composite oxide particles can be improved.

しかしながら、本願発明者等は、さらに鋭意検討をしたところ、複合酸化物粒子表面に、ニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を被着し、これを焼成するために洗浄脱水し乾燥を行う工程において、表面のニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を介して、粒子同士が結着すること、そして、これを解砕すると、比較的接着の弱いニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物と複合酸化物粒子の界面剥離が生じたり、凝集力の弱いニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物の凝集破壊が生じる。これに伴い、被覆層を設けることによる正極活物質の特性向上が損なわれることを見出した。   However, the inventors of the present application have made further studies and applied a hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) to the surface of the composite oxide particles, and washed to fire this. In the process of dehydration and drying, the particles are bound to each other via a hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) on the surface, and when the particles are crushed, the particles are relatively bonded. Interfacial delamination between hydroxide and composite oxide particles containing weak nickel (Ni) and / or manganese (Mn), or hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) having weak cohesive strength Cohesive failure occurs. In connection with this, it discovered that the characteristic improvement of the positive electrode active material by providing a coating layer was impaired.

さらに、本願発明者等は、粒子同士の結着をそのままにして、または表面にニッケル(Ni)および/またはマンガン(Mn)を含む水酸化物を有する粒子同士を接する状態にして、リチウム(Li)を加えた焼成を進めると、粒子間の焼結が進行しやすい傾向にあることを見出した。   Furthermore, the inventors of the present application leave lithium particles (Li) in a state in which particles having a hydroxide containing nickel (Ni) and / or manganese (Mn) are in contact with each other while leaving the particles bonded together. It was found that the sintering between the particles tends to proceed as the baking is performed.

粒子間の焼結が進行すると、以下に説明する問題がある。正極形成においては、粒子をバインダおよび導電剤である炭素粒子と均一に混合させるための粒子の解砕での機械的なエネルギーの投入量の増大を必要とする。これに伴い、被覆層を設けた複合酸化物粒子よりなる正極活物質は、破損あるいは破壊を受け、粉体としての総体的な欠陥量が増加する。   When sintering between particles proceeds, there is a problem described below. In the formation of the positive electrode, it is necessary to increase the input amount of mechanical energy in the pulverization of the particles in order to uniformly mix the particles with the carbon particles as the binder and the conductive agent. Along with this, the positive electrode active material made of composite oxide particles provided with a coating layer is damaged or broken, and the total amount of defects as powder increases.

なお、破損または破壊は、焼結粒子間の連結部の破断、粒子自体への亀裂形成、粒子自体の破砕、被覆層の剥離、等の形で生ずる。特に、被覆層を設けた複合酸化物粒子においては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)を主体とする正極活物質等に比較して、粒子の表面形状が滑らかではなく、表面に凹凸を有する傾向にある。このため、外力を受けた場合、粒子間の滑りが乏しく、容易に局所に外力が集中し、損破あるいは破壊し易いと考えられる。 Note that the breakage or breakage occurs in the form of breakage of the connecting portion between the sintered particles, formation of cracks in the particles themselves, crushing of the particles themselves, peeling of the coating layer, and the like. In particular, in composite oxide particles provided with a coating layer, the surface shape of the particles is not smooth and tends to have irregularities on the surface as compared with a positive electrode active material mainly composed of lithium cobaltate (LiCoO 2 ). is there. For this reason, when an external force is applied, it is considered that the slip between particles is poor, the external force is easily concentrated locally, and is easily damaged or destroyed.

この結果、被覆層が設けられていない表面が露呈する。すなわち、充放電サイクル特性の向上に機能しない、被覆層が設けられていない表面、並びに活性な新生表面が露呈する。よって、高充電電圧条件下、高容量の充放電サイクル特性が悪化する。なお、露呈された表面は、周知のように活性で、高表面エネルギーを有する。このため、電解液の分解反応、および表面の溶出の活性は、通常の焼成にて形成された表面に比較して極めて高い。   As a result, the surface where the coating layer is not provided is exposed. That is, a surface not provided with a coating layer that does not function to improve charge / discharge cycle characteristics and an active new surface are exposed. Therefore, the high-capacity charge / discharge cycle characteristics deteriorate under high charge voltage conditions. The exposed surface is active and has a high surface energy as is well known. For this reason, the decomposition reaction of the electrolytic solution and the elution activity of the surface are extremely high as compared with the surface formed by normal firing.

そこで、本願発明者等は、粒子間の焼結に基づく、正極機能の劣化改善と、製造プロセスの改善を目的に、鋭意検討を進め、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物が被着された複合酸化物粒子の表面に、さらにモリブデン酸を被着することで焼結の進行を改善できることを見出した。これに伴い、粒子の損破あるいは破壊を低下できることを見出した。次に、複合酸化物、被覆層、表面層について説明する。   Therefore, the inventors of the present application have made extensive studies for the purpose of improving the deterioration of the positive electrode function based on the sintering between particles and improving the manufacturing process, and have developed nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn). It has been found that the progress of sintering can be improved by further depositing molybdic acid on the surface of the composite oxide particles to which the hydroxide containing is deposited. Along with this, it was found that particle breakage or destruction can be reduced. Next, the composite oxide, the coating layer, and the surface layer will be described.

[複合酸化物]
複合酸化物粒子は、例えば化1で表された平均組成を有するものである。複合酸化物粒子が、化1で表された平均組成を有することにより、高容量および高い放電電位を得ることができるようになっている。
[Composite oxide]
The composite oxide particles have, for example, an average composition represented by Chemical Formula 1. Since the composite oxide particles have an average composition expressed by Chemical Formula 1, a high capacity and a high discharge potential can be obtained.

(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(化1中、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなる。x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In the chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), at least one element selected from the group consisting of x, y, and z is −0. 10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20.

ここで、化1において、xの範囲は、−0.10≦x≦0.10であり、−0.08≦x≦0.08がより好ましく、さらに、好ましくは−0.06≦x≦0.06である。この範囲外に値が小さくなると、放電容量が減少してしまう。この範囲外に値が大きくなると、該粒子外に拡散し、次の処理工程の塩基性度の制御の障害となるとともに、最終的には、正極ペーストの混練中のゲル化促進の弊害の原因となる。   Here, in the chemical formula 1, the range of x is −0.10 ≦ x ≦ 0.10, more preferably −0.08 ≦ x ≦ 0.08, and further preferably −0.06 ≦ x ≦ 0.0. 0.06. If the value decreases outside this range, the discharge capacity will decrease. If the value increases outside this range, it diffuses out of the particles and becomes an obstacle to the control of the basicity of the next processing step, and finally causes the harmful effects of gelation promotion during the kneading of the positive electrode paste. It becomes.

yの範囲は、0≦y<0.50であり、好ましくは0≦y<0.40であり、さらに好ましくは0≦y<0.30である。この範囲外に大きくなると、LiCoO2の有する高充電電圧性と、これに伴う高エネルギー密度性とを損なう。 The range of y is 0 ≦ y <0.50, preferably 0 ≦ y <0.40, and more preferably 0 ≦ y <0.30. When it becomes larger than this range, the high charge voltage property of LiCoO 2 and the high energy density property associated therewith are impaired.

zの範囲は、−0.10≦z≦0.20であり、−0.08≦z≦0.18がより好ましく、さらに好ましくは−0.06≦z≦0.16である。この範囲外に値が小さくなる場合、およびこの範囲外に値が大きくなる場合は、放電容量が減少する傾向がある。   The range of z is −0.10 ≦ z ≦ 0.20, more preferably −0.08 ≦ z ≦ 0.18, and still more preferably −0.06 ≦ z ≦ 0.16. When the value decreases outside this range, and when the value increases outside this range, the discharge capacity tends to decrease.

複合酸化物粒子は、通常において正極活物質として入手できるものを出発原料として、用いることができるが、場合によっては、ボールミルや擂潰機などを用いて二次粒子を解砕した後に用いることができる。   The composite oxide particles can be used as starting materials that are usually available as positive electrode active materials, but in some cases, the composite oxide particles may be used after pulverizing the secondary particles using a ball mill or a grinder. it can.

[被覆層]
被覆層は、複合酸化物粒子の少なくとも一部に設けられ、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の被覆元素とを含む酸化物よりなるものである。この被覆層を設けることによって、高充電電圧性と、これに伴う高エネルギー密度性とがあり、且つ、高充電電圧条件下での高容量の充放電サイクル特性を向上できる。
[Coating layer]
The coating layer is provided on at least a part of the composite oxide particles, and is made of an oxide containing lithium (Li) and a coating element of nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn). By providing this coating layer, there are high charge voltage characteristics and high energy density characteristics associated therewith, and it is possible to improve charge / discharge cycle characteristics with high capacity under high charge voltage conditions.

被覆層におけるニッケル(Ni)とマンガン(Mn)の構成としては、良好な充放電サイクル特性が得られる点から、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)両方を含むのが好ましい。より具体的には、ニッケル(Ni)とマンガン(Mn)の構成比としては、99:1〜30:70の範囲内であることが好ましく、99:1〜40:60の範囲内であることがより好ましい。被覆層の酸化物におけるニッケル(Ni)とマンガン(Mn)の構成としては、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)両方を含むのが好ましいが、マンガン(Mn)の量がこの範囲を超えて増加すると、リチウム(Li)の吸蔵性が低下し、最終的に、正極活物質の容量の低下、および電池に用いた際の電気抵抗の増大の要因となるからである。また、このニッケル(Ni)とマンガン(Mn)の構成比の範囲は、リチウム(Li)を加えた前駆体の焼成において、粒子間の焼結の進行を抑制する、より有効性を示す範囲である。   As a structure of nickel (Ni) and manganese (Mn) in the coating layer, it is preferable that both nickel (Ni) and manganese (Mn) are included from the viewpoint of obtaining good charge / discharge cycle characteristics. More specifically, the constituent ratio of nickel (Ni) and manganese (Mn) is preferably in the range of 99: 1 to 30:70, and in the range of 99: 1 to 40:60. Is more preferable. The composition of nickel (Ni) and manganese (Mn) in the oxide of the coating layer preferably includes both nickel (Ni) and manganese (Mn), but the amount of manganese (Mn) increases beyond this range. Then, the occlusion property of lithium (Li) is lowered, which ultimately causes a decrease in capacity of the positive electrode active material and an increase in electric resistance when used in a battery. In addition, the range of the composition ratio of nickel (Ni) and manganese (Mn) is a range showing more effectiveness in suppressing the progress of sintering between particles in the firing of the precursor added with lithium (Li). is there.

また、被覆層の酸化物におけるニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を、マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),コバルト(Co),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の金属元素で置き換えることができる。   In addition, nickel (Ni) and manganese (Mn) in the oxide of the coating layer are replaced with magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron. Replacing at least one metal element selected from the group consisting of (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W). it can.

これにより、正極活物質の安定性の向上、およびリチウムイオンの拡散性を向上できる。なお、選択された金属元素の置換量は、被覆層の酸化物のニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の総量の40モル%以下であるが、好ましくは30モル%以下であり、より好ましくは20モル%以下である。この範囲を超えて、選択された金属元素の置換量が増加すると、リチウム(Li)の吸蔵性が低下し、正極活物質の容量の低下となるからである。   Thereby, the stability of the positive electrode active material and the diffusibility of lithium ions can be improved. The substitution amount of the selected metal element is 40 mol% or less of the total amount of nickel (Ni) and manganese (Mn) of the oxide of the coating layer, preferably 30 mol% or less, more preferably It is 20 mol% or less. This is because if the substitution amount of the selected metal element is increased beyond this range, the occlusion of lithium (Li) is lowered and the capacity of the positive electrode active material is lowered.

また、被覆層の量は、複合酸化物粒子の0.5重量%〜50重量%であり、好ましくは、1.0重量%〜40重量%であり、より好ましくは、2.0重量%〜35重量%である。この範囲を超えて被覆層の量が増加すると、正極活物質の容量の低下となるからである。この範囲より被覆層の量が低下すると、正極活物質の安定性の低下となるからである。   The amount of the coating layer is 0.5% to 50% by weight of the composite oxide particles, preferably 1.0% to 40% by weight, more preferably 2.0% to 35% by weight. This is because when the amount of the coating layer exceeds this range, the capacity of the positive electrode active material decreases. This is because when the amount of the coating layer is lower than this range, the stability of the positive electrode active material is lowered.

[表面層]
表面層は、被覆層の少なくとも一部に設けられ、モリブデン(Mo)を含むものである。表面層を設けることにより、粒子同士の結着を抑制できるようになっている。また、モリブデン(Mo)を含む表面層も上記被覆層の作用・効果に寄与すると考えられる。表面層があることによって、被覆層のみの場合に加えて更に、表面の溶出の活性が抑制される。
[Surface layer]
The surface layer is provided on at least a part of the coating layer and contains molybdenum (Mo). By providing the surface layer, the binding between the particles can be suppressed. Moreover, it is thought that the surface layer containing molybdenum (Mo) also contributes to the action / effect of the coating layer. The presence of the surface layer further suppresses the surface elution activity in addition to the case of only the coating layer.

焼成後に得られた正極活物質では、モリブデン(Mo)は被覆層のごく表面に結晶相を有することなく存在する。モリブデン(Mo)の部分電荷は、XPSのMo3d5/2のケミカルシフトより推定される。原子価6+のモリブデン(Mo)のXPSのMo3d5/2における結合エネルギーは、通常231.9〜232.7eVの範囲内にある。モリブデン(Mo)は、上述のように金属酸化物内に存在し、酸素と隣接結合している。このとき、結合エネルギーが低いと、隣接結合している酸素との結合のイオン性が低くなり、それに伴い、隣接結合している酸素原子の電子密度が低下し、酸素原子の酸性が高まる。この表面の特定の酸塩基性度が、本発明の電解液と正極の電極界面の相互作用を有効に機作させ、その耐久性を向上させるものと考えられる。本発明における好ましい結合エネルギーは、232.4eV以下であり、さらに好ましくは、232.3eV以下である。この領域において、電池の耐久性を向上させることができる。 In the positive electrode active material obtained after firing, molybdenum (Mo) exists without having a crystal phase on the very surface of the coating layer. The partial charge of molybdenum (Mo) is estimated from the chemical shift of Mo3d5 / 2 in XPS. Binding energy in Mo3d5 / 2 of XPS valence 6 + molybdenum (Mo) is in the range of usually 231.9~232.7EV. Molybdenum (Mo) exists in the metal oxide as described above, and is adjacently bonded to oxygen. At this time, when the bond energy is low, the ionicity of the bond with the adjacent oxygen bond is lowered, and accordingly, the electron density of the oxygen atom bonded to the adjacent bond is lowered, and the acidity of the oxygen atom is increased. It is considered that this specific acid basicity of the surface effectively works the interaction between the electrolyte solution of the present invention and the electrode interface of the positive electrode, and improves its durability. The preferable binding energy in the present invention is 232.4 eV or less, and more preferably 232.3 eV or less. In this region, the durability of the battery can be improved.

なお、モリブデン(Mo)イオンの結合エネルギーを低くするには、モリブデン(Mo)の電子密度を低下させない、すなわち還元性にしないようにすればよい。このためには、モリブデン(Mo)の表面の濃度を低くし、モリブデン同士が凝集せず、原子レベルで分散して均一性を有するようにするのが良い。   In order to reduce the binding energy of molybdenum (Mo) ions, the electron density of molybdenum (Mo) should not be reduced, that is, not reduced. For this purpose, it is preferable to reduce the concentration of the surface of molybdenum (Mo) so that the molybdenum does not aggregate and is dispersed at the atomic level to have uniformity.

正極活物質の平均粒径は、2.0μm〜50μmである。平均粒径が2.0μm未満であると、正極作製時にプレスする時に剥離し、また、活物質の表面積が増えるために、導電剤や結着剤の添加量を増加する必要があり、単位重量あたりのエネルギー密度が小さくなってしまう傾向があるからである。一方、この平均粒径が50μmを超えると粒子がセパレータを貫通し、短絡を引き起こす傾向にあるからである。   The average particle diameter of the positive electrode active material is 2.0 μm to 50 μm. If the average particle size is less than 2.0 μm, it peels off when pressed during positive electrode fabrication, and the surface area of the active material increases, so it is necessary to increase the amount of conductive agent and binder added, and the unit weight This is because the per-energy density tends to decrease. On the other hand, if the average particle size exceeds 50 μm, the particles tend to penetrate the separator and cause a short circuit.

[正極活物質の製造方法]
次に、この発明の一実施形態による正極活物質の製造方法について説明する。この発明の一実施形態による正極活物質の製造方法は、複合酸化物粒子の少なくとも一部にニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物よりなる層を形成したのち、複合酸化物粒子の少なくとも一部に、モリブデン酸を被着する第1の工程と、モリブデン酸を被着したのち、加熱処理することにより、複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層、およびモリブデン(Mo)を含む表面層を形成する第2の工程と、に大別できる。
[Method for producing positive electrode active material]
Next, the manufacturing method of the positive electrode active material by one Embodiment of this invention is demonstrated. The method for producing a positive electrode active material according to one embodiment of the present invention includes forming a layer made of hydroxide containing nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn) on at least a part of the composite oxide particles. The first step of depositing molybdic acid on at least a part of the composite oxide particles and the heat treatment after depositing the molybdic acid, thereby forming lithium (Li And a second step of forming a coating layer made of an oxide containing nickel (Ni) or a coating element of nickel (Ni) and manganese (Mn), and a surface layer containing molybdenum (Mo). Can be separated.

(第1の工程)
第1の工程では、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物と、モリブデン酸の被着処理を行う。第1の工程では、例えば、まず、複合酸化物粒子を、ニッケル(Ni)の化合物またはニッケル(Ni)の化合物およびマンガン(Mn)の化合物が溶解された水を主体とする溶媒系に分散し、この分散系に塩基を添加するなどにより分散系の塩基性度を高め、複合酸化物粒子表面に、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物を析出させる。なお、複合酸化物粒子を塩基性の水を主体とする溶媒中に分散し、次いで、この水溶液にニッケル(Ni)の化合物またはニッケル(Ni)の化合物およびマンガン(Mn)の化合物を添加して、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物を析出させるようにしてもよい。
(First step)
In the first step, nickel (Ni) or a hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn) and molybdic acid are applied. In the first step, for example, first, the composite oxide particles are dispersed in a solvent system mainly composed of water in which a nickel (Ni) compound or a nickel (Ni) compound and a manganese (Mn) compound are dissolved. The basicity of the dispersion is increased by adding a base to the dispersion, and nickel (Ni) or a hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn) is precipitated on the surface of the composite oxide particles. The composite oxide particles are dispersed in a solvent mainly composed of basic water, and then a nickel (Ni) compound or a nickel (Ni) compound and a manganese (Mn) compound are added to the aqueous solution. Nickel (Ni) or a hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn) may be deposited.

ニッケル(Ni)の化合物の原料としては、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、フッ化ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、過塩素酸ニッケル、臭素酸ニッケル、ヨウ素酸ニッケル、酸化ニッケル、過酸化ニッケル、硫化ニッケル、硫酸ニッケル、硫酸水素ニッケル、窒化ニッケル、亜硝酸ニッケル、リン酸ニッケル、チオシアン酸ニッケルなどの無機系化合物、あるいは、シュウ酸ニッケル、酢酸ニッケルなどの有機系化合物を、そのまま、あるいは必要に応じて酸等により溶媒系に溶解可能となるよう処理して、用いることができる。   Nickel (Ni) compound raw materials include nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel nitrate, nickel fluoride, nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel perchlorate, nickel bromate, nickel iodate, oxidation Inorganic compounds such as nickel, nickel peroxide, nickel sulfide, nickel sulfate, nickel hydrogen sulfate, nickel nitride, nickel nitrite, nickel phosphate and nickel thiocyanate, or organic compounds such as nickel oxalate and nickel acetate It can be used as it is or after being treated so that it can be dissolved in a solvent system with an acid or the like, if necessary.

また、マンガン(Mn)の化合物の原料としては、水酸化マンガン、炭酸マンガン、硝酸マンガン、フッ化マンガン、塩化マンガン、臭化マンガン、ヨウ化マンガン、塩素酸マンガン、過塩素酸マンガン、臭素酸マンガン、ヨウ素酸マンガン、酸化マンガン、フォスフィン酸マンガン、硫化マンガン、硫化水素マンガン、硝酸マンガン、硫酸水素マンガン、チオシアン酸マンガン、亜硝酸マンガン、リン酸マンガン、リン酸二水素マンガン、炭酸水素マンガンなどの無機系化合物、あるいは、シュウ酸マンガン、酢酸マンガンなどの有機系化合物を、そのまま、あるいは必要に応じて酸等により溶媒系に溶解可能となるよう処理して、用いることができる。   Manganese (Mn) compounds include manganese hydroxide, manganese carbonate, manganese nitrate, manganese fluoride, manganese chloride, manganese bromide, manganese iodide, manganese chlorate, manganese perchlorate, and manganese bromate. , Manganese iodate, manganese oxide, manganese phosphinate, manganese sulfide, manganese hydrogen sulfide, manganese nitrate, manganese hydrogen sulfate, manganese thiocyanate, manganese nitrite, manganese phosphate, manganese dihydrogen phosphate, manganese hydrogen carbonate, etc. The organic compound or an organic compound such as manganese oxalate or manganese acetate can be used as it is or after being treated so that it can be dissolved in a solvent system with an acid or the like, if necessary.

上述した水を主体とする溶媒系のpHは、pH12以上であるが、好ましくはpH13以上、さらに好ましくは、pH14以上である。上述した水を主体とする溶媒系のpHの値は、高いほど、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物の被着の均一性が良好であり、反応精度も高く、処理時間の短縮による生産性の向上、品質の向上の利点がある。また、水を主体とする溶媒系のpHは、使用するアルカリのコストとの兼合い等で決定されるものでもある。   The pH of the above-mentioned solvent system mainly composed of water is pH 12 or higher, preferably pH 13 or higher, more preferably pH 14 or higher. The higher the pH value of the water-based solvent system described above, the better the uniformity of the deposition of nickel (Ni) or hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn), and the reaction accuracy. It has the advantage of improving productivity and quality by shortening the processing time. Further, the pH of the solvent system mainly composed of water is determined by the balance with the cost of the alkali used.

また、処理分散系の温度は、40℃以上であるが、好ましくは60℃以上、さらに好ましくは80℃以上である。処理分散系の温度の値は、高いほど、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物の被着の均一性は良く、且つ、反応速度も高く、処理時間の短縮による生産性の向上、品質の向上の利点がある。装置的なコストおよび生産性との兼合いで決定されるものであるが、オートクレーブを用い100℃以上で行うことも、被着の均一性の向上と反応速度の向上による処理時間の短縮による生産の観点から、推奨できる。   The temperature of the treatment dispersion is 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher. The higher the value of the temperature of the treatment dispersion, the better the uniformity of the deposition of the nickel (Ni) or hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn), the higher the reaction rate, and the longer the treatment time. There are advantages of improving productivity and quality by shortening. Although it is determined in consideration of the cost and productivity of the equipment, it can be performed at 100 ° C. or higher using an autoclave, and production by shortening the processing time by improving the uniformity of deposition and improving the reaction rate. From the point of view, it can be recommended.

さらに、水を主体とする溶媒系のpHは、水を主体とする溶媒系にアルカリを溶解することで達することができる。アルカリとしては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウム、並びにこれらの混合物を挙げることができる。これらのアルカリを、適宜用いて実施することが可能であるが、最終的に得られる一実施形態による正極活物質の純度と性能の観点において、水酸化リチウムを用いることが優れている。水酸化リチウムを用いることの利点としては、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物が形成された複合酸化物粒子を、水を主体とする溶媒系から取り出す際に、水を主体とする溶媒よりなる分散媒の付着量を制御することで、最終的に得られる一実施形態による正極活物質のリチウム量を、制御できるからである。   Furthermore, the pH of a solvent system mainly composed of water can be reached by dissolving an alkali in the solvent system mainly composed of water. Examples of the alkali include lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide, and mixtures thereof. Although these alkalis can be used as appropriate, it is excellent to use lithium hydroxide from the viewpoint of the purity and performance of the positive electrode active material according to one embodiment finally obtained. The advantage of using lithium hydroxide is that nickel (Ni) or composite oxide particles in which a hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn) is formed are taken out from a solvent system mainly composed of water. In addition, the amount of lithium in the positive electrode active material according to an embodiment finally obtained can be controlled by controlling the amount of the dispersion medium made of a solvent mainly composed of water.

次に、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物よりなる層を形成した複合酸化物粒子の少なくとも一部に、モリブデン酸を被着する。モリブデン酸の被着処理は、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物を被着処理した水を主体とする溶媒系に、懸濁させた状態で行うことが有効である。これにより、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物よりなる層が形成された複合酸化物粒子を、脱水し乾燥する段階において、表面のニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸物を介して粒子同士が結着することを抑制できる。   Next, molybdic acid is deposited on at least part of the composite oxide particles in which a layer made of hydroxide containing nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn) is formed. The molybdic acid deposition treatment may be performed in a state of being suspended in a solvent system mainly composed of water in which nickel (Ni) or a hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn) is deposited. It is valid. Thus, in the stage of dehydrating and drying the composite oxide particles in which a layer made of hydroxide containing nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn) is dehydrated and dried, the surface nickel (Ni) or nickel It is possible to prevent the particles from binding through a hydroxide containing (Ni) and manganese (Mn).

また、好ましくは、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物を被着処理後の洗浄段階で、モリブデン酸の被着処理を行うことが有効である。これにより、懸濁系に添加したモリブデン酸の漏出を防止できるとともに、吸着性を向上できる。さらに、モリブデン酸の被着処理を行うことにより、懸濁系において、粒子間の結着を伴わない粒子凝集促進効果を得ることができ、洗浄操作、並びに、粒子の分散媒よりの回収操作を容易に行うことができる。   Preferably, it is effective to perform the molybdic acid deposition treatment in the cleaning stage after the deposition treatment of nickel (Ni) or a hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn). Thereby, the leakage of molybdic acid added to the suspension system can be prevented and the adsorptivity can be improved. Furthermore, by carrying out the molybdic acid deposition treatment, it is possible to obtain a particle aggregation promoting effect without binding between particles in the suspension system, and to perform a washing operation and a recovery operation of the particles from the dispersion medium. It can be done easily.

被着処理に使用可能なモリブデン酸化合物の原料としては、例えば、モリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸リチウム、モリブデン酸、無水モリブデン酸などを挙げることができる。   Examples of the raw material of the molybdate compound that can be used for the deposition treatment include ammonium molybdate, potassium molybdate, sodium molybdate, lithium molybdate, molybdic acid, and anhydrous molybdic acid.

モリブデン酸の被着重量としては、複合酸化物粒子の重量に対して、0.00001重量%〜1.0重量%である。また、被着重量としては、好ましくは、0.0001重量%〜0.1重量%である。この範囲を超えて、モリブデン酸の被着重量が増加すると、正極活物質の容量の低下となる。この範囲よりモリブデン酸の被着重量が減少すると、正極活物質の安定性の低下となる。   The deposition weight of molybdic acid is 0.00001% by weight to 1.0% by weight with respect to the weight of the composite oxide particles. The deposition weight is preferably 0.0001% to 0.1% by weight. If the weight of molybdic acid is increased beyond this range, the capacity of the positive electrode active material decreases. When the deposition weight of molybdic acid is reduced from this range, the stability of the positive electrode active material is lowered.

より具体的に、正極活物質全体の平均としてのモリブデン(Mo)とコバルト(Co)の原子比は0.001から0.0000001であり、より好ましくは0.0001から0.000001である。効果の得られる範囲内で、この値は低いほどよい。この値は、正極活物質を酸等で均一溶解した溶液を、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES)を用いて定量することで算定することができる。   More specifically, the atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) as an average of the whole positive electrode active material is 0.001 to 0.0000001, more preferably 0.0001 to 0.000001. This value should be as low as possible within the effective range. This value can be calculated by quantifying a solution in which the positive electrode active material is uniformly dissolved with an acid or the like using an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES).

一方、正極活物質の表面におけるモリブデン(Mo)とコバルト(Co)の原子比は0.01から0.50であり、より好ましくは0.05から0.40、さらに好ましくは0.1から0.30である。効果が得られ、弊害が顕著でない範囲内で、この値は、高いほどよい。この値は、正極活物質をXPSを用いて定量することで算定することができる。モリブデン(Mo)の添加効果は、正極活物質の表面においてのみ発現すると考えられ、表面の濃度が高いことが望ましく、正極活物質全体の平均としての値は低い程よいと考えられる。   On the other hand, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) on the surface of the positive electrode active material is 0.01 to 0.50, more preferably 0.05 to 0.40, still more preferably 0.1 to 0. .30. As long as the effect is obtained and the harmful effect is not remarkable, the higher this value is, the better. This value can be calculated by quantifying the positive electrode active material using XPS. The effect of addition of molybdenum (Mo) is considered to be manifested only on the surface of the positive electrode active material, and it is desirable that the concentration of the surface is high, and the lower the average value of the positive electrode active material, the better.

(第2の工程)
第2の工程では、第1の工程により被着処理した複合酸化物粒子を、水を主体とする溶媒系から分離し、その後、加熱処理することにより水酸化物を脱水し、複合酸化物粒子の表面にリチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層を形成する。ここで、加熱処理は、空気あるいは、純酸素などの酸化雰囲気中において、300℃〜1000℃程度の温度で行うことが好ましい。この際に、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物にモリブデン酸が被着されているので、粒子間における焼結が抑制され、粒子同士の結着が抑制される。
(Second step)
In the second step, the composite oxide particles deposited in the first step are separated from the solvent system mainly composed of water, and then the hydroxide is dehydrated by heat treatment, whereby the composite oxide particles A coating layer made of an oxide containing lithium (Li) and a coating element of nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn) is formed on the surface. Here, the heat treatment is preferably performed at a temperature of about 300 ° C. to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere such as air or pure oxygen. At this time, since molybdic acid is deposited on a hydroxide containing nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn), sintering between particles is suppressed, and binding between particles is suppressed. Is done.

なお、第1の工程により被着処理を行った複合酸化物粒子を溶媒系から分離した後、必要があればリチウム量を調整するために、リチウム化合物の水溶液を含浸させて、その後、加熱処理を行ってもよい。   In addition, after separating the composite oxide particles subjected to the deposition treatment in the first step from the solvent system, if necessary, in order to adjust the amount of lithium, impregnation with an aqueous solution of a lithium compound, and then heat treatment May be performed.

リチウム化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、酸化リチウム、過酸化リチウム、硫化リチウム、硫化水素リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、窒化リチウム、アジ化リチウム、亜硝酸リチウム、リン酸リチウム、リン酸二水素リチウム、炭酸水素リチウムなどの無機系化合物、あるいは、メチルリチウム、ビニルリチウム、イソプロピルリチウム、ブチルリチウム、フェニルリチウム、シュウ酸リチウム、酢酸リチウムなどの有機化合物を用いることができる。   Examples of lithium compounds include lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, lithium chlorate, lithium perchlorate, lithium bromate, lithium iodate, lithium oxide, Inorganic compounds such as lithium peroxide, lithium sulfide, lithium hydrogen sulfide, lithium sulfate, lithium hydrogen sulfate, lithium nitride, lithium azide, lithium nitrite, lithium phosphate, lithium dihydrogen phosphate, lithium hydrogen carbonate, or Organic compounds such as methyl lithium, vinyl lithium, isopropyl lithium, butyl lithium, phenyl lithium, lithium oxalate, and lithium acetate can be used.

また焼成後、必要に応じて、軽い粉砕や分級操作などによって、粒度を調整してもよい。   Further, after firing, the particle size may be adjusted by light pulverization or classification operation, if necessary.

次に、上述した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二次電池について説明する。   Next, a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention described above will be described.

(1)非水電解質二次電池の第1の例
(1−1)非水電解質二次電池の構成
図1は、この発明の第1の実施形態による正極活物質を用いた非水電解質二次電池の断面構造を表している。
(1) First Example of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery (1-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery FIG. 1 shows a nonaqueous electrolyte 2 using a positive electrode active material according to the first embodiment of the present invention. The cross-sectional structure of the secondary battery is shown.

この二次電池では、一対の正極および負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が、例えば、4.25V以上4.65V以下である。   In this secondary battery, the open circuit voltage in a fully charged state per pair of positive electrode and negative electrode is, for example, 4.25V or more and 4.65V or less.

この二次電池は、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 secondary battery is a so-called cylindrical type, and is a wound electrode in which a strip-shaped positive electrode 2 and a strip-shaped negative electrode 3 are wound via a separator 4 inside a substantially hollow cylindrical battery can 1. It has a body 20.

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 plates 5 and 6 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

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など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 battery lid 7, a safety valve mechanism 8 and a thermal resistance element (PTC element) 9 provided inside the battery lid 7 are interposed via a gasket 10. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 1 is sealed. The battery lid 7 is made of, for example, the same material as the battery can 1. The safety valve mechanism 8 is electrically connected to the battery lid 7 via a heat sensitive resistance element 9, and the disk plate 11 is reversed when the internal pressure of the battery becomes a certain level or more due to internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 7 and the wound electrode body 20 is cut off. The heat-sensitive resistor element 9 limits the current by increasing the resistance value when the temperature rises, and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 10 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface.

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)など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)など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 wound electrode body 20 is wound around, for example, the center pin 12. A positive electrode lead 13 made of, for example, aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 2 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 14 made of, for example, nickel (Ni) or the like is connected to the negative electrode 3. The positive electrode lead 13 is electrically connected to the battery cover 7 by being welded to the safety valve mechanism 8, and the negative electrode lead 14 is welded and electrically connected to the battery can 1.

[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などの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含んでいてもよい。正極活物質としては、上述した一実施形態による正極活物質を用いることができる。
[Positive electrode]
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the positive electrode 2 includes, for example, a positive electrode current collector 2A having a pair of opposed surfaces, and a positive electrode mixture layer 2B provided on both surfaces of the positive electrode current collector 2A. In addition, you may make it have the area | region where the positive mix layer 2B was provided only in the single side | surface of 2 A of positive electrode collectors. The positive electrode current collector 2A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum (Al) foil. The positive electrode mixture layer 2B includes, for example, a positive electrode active material, and may include a conductive agent such as graphite and a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary. As the positive electrode active material, the positive electrode active material according to the above-described embodiment can be used.

[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)箔など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などの結着剤を含んでいてもよい。
[Negative electrode]
As shown in FIG. 2, the negative electrode 3 includes, for example, a negative electrode current collector 3A having a pair of opposed surfaces, and a negative electrode mixture layer 3B provided on both surfaces of the negative electrode current collector 3A. In addition, you may make it have the area | region in which the negative mix layer 3B was provided only in the single side | surface of 3 A of negative electrode collectors. The negative electrode current collector 3A is made of a metal foil such as a copper (Cu) foil. The negative electrode mixture layer 3B includes, for example, a negative electrode active material, and may include a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary.

負極活物質としては、リチウム(Li)を吸蔵および離脱することが可能な負極材料(以下、リチウム(Li)を吸蔵・離脱可能な負極材料と適宜称する。)を含んでいる。リチウム(Li)を吸蔵・離脱可能な負極材料としては、例えば、炭素材料、金属化合物、酸化物、硫化物、LiN3などのリチウム窒化物、リチウム金属、リチウムと合金を形成する金属、あるいは高分子材料などが挙げられる。 The negative electrode active material includes a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium (Li) (hereinafter referred to as a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium (Li) as appropriate). Examples of negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium (Li) include carbon materials, metal compounds, oxides, sulfides, lithium nitrides such as LiN 3 , lithium metals, metals that form alloys with lithium, and high Examples include molecular materials.

炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。また、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロール等が挙げられる。   Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, and activated carbon. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body is a carbonized material obtained by firing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature, and part of it is non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as: Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.

このようなリチウム(Li)を吸蔵・離脱可能な負極材料のなかでも、充放電電位が比較的リチウム金属に近いものが好ましい。負極3の充放電電位が低いほど電池の高エネルギー密度化が容易となるからである。なかでも炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。   Among such negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium (Li), those having a charge / discharge potential relatively close to lithium metal are preferable. This is because the lower the charge / discharge potential of the negative electrode 3, the easier it is to increase the energy density of the battery. Among these, a carbon material is preferable because a change in crystal structure that occurs during charge / discharge is very small, a high charge / discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density. Moreover, non-graphitizable carbon is preferable because excellent cycle characteristics can be obtained.

リチウム(Li)を吸蔵・離脱可能な負極材料としては、また、リチウム金属単体、リチウム(Li)と合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が挙げられる。これらは高いエネルギー密度を得ることができるので好ましく、特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。なお、本明細書において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とからなるものも含める。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうち2種以上が共存するものがある。   Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium (Li) include lithium metal alone, a metal element or metalloid element simple substance, alloy or compound capable of forming an alloy with lithium (Li). These are preferable because a high energy density can be obtained, and in particular, when used together with a carbon material, a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained, and therefore, it is more preferable. Note that in this specification, alloys include those composed of one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. The structures include solid solutions, eutectics (eutectic mixtures), intermetallic compounds, or those in which two or more of them coexist.

このような金属元素あるいは半金属元素としては、スズ(Sn),鉛(Pb),アルミニウム(Al),インジウム(In),ケイ素(Si),亜鉛(Zn),アンチモン(Sb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),マグネシウム(Mg),ホウ素(B),ガリウム(Ga),ゲルマニウム(Ge),ヒ素(As),銀(Ag),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y)またはハフニウム(Hf)が挙げられる。これらの合金あるいは化合物としては、例えば、化学式MasMbtLiu、あるいは化学式MapMcqMdrで表されるものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、MbはリチウムおよびMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも1種を表し、MdはMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、s、t、u、p、qおよびrの値はそれぞれs>0、t≧0、u≧0、p>0、q>0、r≧0である。 Examples of such a metal element or metalloid element include tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), and bismuth (Bi). ), Cadmium (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y) or hafnium (Hf) ). These alloys or compounds, for example, those represented by the chemical formula Ma s Mb t Li u or a chemical formula Ma p Mc q Md r,. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, Mb represents at least one of a metal element and a metalloid element other than lithium and Ma, Mc represents at least one of nonmetallic elements, and Md represents at least one of metallic elements and metalloid elements other than Ma. The values of s, t, u, p, q, and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧ 0, p> 0, q> 0, and r ≧ 0, respectively.

なかでも、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)あるいはスズ(Sn)、またはこれらの合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   Among these, a simple substance, alloy or compound of Group 4B metal element or semimetal element in the short-period type periodic table is preferable, and silicon (Si) or tin (Sn), or an alloy or compound thereof is particularly preferable. These may be crystalline or amorphous.

この他、MnO2、V25、V613、NiS、MoSなど、リチウム(Li)を含まない無機化合物も、正負極のいずれかに用いることができる。 In addition, inorganic compounds that do not contain lithium (Li), such as MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , NiS, and MoS, can also be used for any of the positive and negative electrodes.

[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。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。特に、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを混合して含むようにすれば、よりサイクル特性を向上させることができるので好ましい。非水溶媒としては、また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートまたはメチルプロピルカーボネート等の鎖状炭酸エステルの中から、少なくとも1種を含んでいることが好ましい。サイクル特性をより向上させることができるからである。
[Electrolyte]
As the electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent can be used. As the non-aqueous solvent, for example, it is preferable to contain at least one of ethylene carbonate and propylene carbonate. This is because the cycle characteristics can be improved. In particular, it is preferable to mix and contain ethylene carbonate and propylene carbonate because cycle characteristics can be further improved. The nonaqueous solvent preferably contains at least one of chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or methyl propyl carbonate. This is because the cycle characteristics can be further improved.

非水溶媒としては、さらに、2,4−ジフルオロアニソールおよびビニレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。2,4−ジフルオロアニソールは放電容量を改善することができ、ビニレンカーボネートはサイクル特性をより向上させることができるからである。特に、これらを混合して含んでいれば、放電容量およびサイクル特性を共に向上させることができるのでより好ましい。   The non-aqueous solvent preferably further contains at least one of 2,4-difluoroanisole and vinylene carbonate. This is because 2,4-difluoroanisole can improve discharge capacity, and vinylene carbonate can further improve cycle characteristics. In particular, it is more preferable that they are mixed and contained because both the discharge capacity and the cycle characteristics can be improved.

非水溶媒としては、さらに、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、これら化合物の水素基の一部または全部をフッ素基で置換したもの、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドあるいはリン酸トリメチル等のいずれか1種または2種以上を含んでいてもよい。   Non-aqueous solvents further include butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, those in which part or all of the hydrogen groups of these compounds are substituted with fluorine groups, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl Tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropironitrile, N, N-dimethylformamide N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide or trimethyl phosphate may be included. Yes.

組み合わせる電極によっては、上記非水溶媒群に含まれる物質の水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換したものを用いることにより、電極反応の可逆性が向上する場合がある。したがって、これらの物質を適宜用いることも可能である。   Depending on the electrode to be combined, the reversibility of the electrode reaction may be improved by using a material in which part or all of the hydrogen atoms of the substance contained in the non-aqueous solvent group are substituted with fluorine atoms. Therefore, these substances can be used as appropriate.

電解質塩であるリチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C654、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF32、LiC(SO2CF33、LiAlCl4、LiSiF6、LiCl、LiBF2(ox)、LiBOB、あるいはLiBrが適当であり、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いることができる。なかでも、LiPF6は、高いイオン伝導性を得ることができるとともに、サイクル特性を向上できるので好ましい。 Examples of the lithium salt that is an electrolyte salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2. , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, LiBF 2 (ox), LiBOB, or LiBr are suitable, and any one or more of these are used in combination. be able to. Among them, LiPF 6 is preferable because it can obtain high ion conductivity and can improve cycle characteristics.

[セパレータ]
以下に、第1の実施形態に利用可能なセパレータ材料について説明する。セパレータ材料としては、従来の電池に使用されてきたものを利用することが可能である。そのなかでも、ショート防止効果に優れ、且つシャットダウン効果による電池の安全性向上が可能なポリオレフィン製微孔性フィルムを使用することが特に好ましい。例えば、ポリエチレンやポリプロピレン樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
[Separator]
Below, the separator material which can be utilized for 1st Embodiment is demonstrated. As a separator material, it is possible to use those used in conventional batteries. Among these, it is particularly preferable to use a polyolefin microporous film that is excellent in short-circuit prevention effect and that can improve battery safety by a shutdown effect. For example, a microporous film made of polyethylene or polypropylene resin is preferable.

さらに、セパレータ材料としては、シャットダウン温度がより低いポリエチレンと耐酸化性に優れるポリプロピレンを積層または混合したものを用いることが、シャットダウン性能とフロート特性の両立が図れる点から、より好ましい。   Further, as the separator material, it is more preferable to use a laminate or mixture of polyethylene having a lower shutdown temperature and polypropylene having excellent oxidation resistance from the viewpoint of achieving both shutdown performance and float characteristics.

(1−2)非水電解質二次電池の製造方法
次に、非水電解質二次電池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二次電池を挙げて、非水電解質二次電池の製造方法について説明する。
(1-2) Manufacturing Method of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery Next, a manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery will be described. Hereinafter, a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery will be described by taking a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary 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−ピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。   The positive electrode 2 is produced as described below. First, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to form a positive electrode mixture. Use slurry.

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、ロールプレス機など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 current collector 2A and drying the solvent, the positive electrode mixture layer 2B is formed by compression molding with a roll press or the like, and the positive electrode 2 is produced.

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−ピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。   The negative electrode 3 is produced as described below. First, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a negative electrode mixture slurry.

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、ロールプレス機など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 current collector 3A and drying the solvent, the negative electrode mixture layer 3B is formed by compression molding using a roll press or the like, and the negative electrode 3 is produced.

次に、正極集電体2Aに正極リード13を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体3Aに負極リード14を溶接などにより取り付ける。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 positive electrode lead 13 is attached to the positive electrode current collector 2A by welding or the like, and the negative electrode lead 14 is attached to the negative electrode current collector 3A by welding or the like. Next, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are wound through the separator 4, and the tip of the positive electrode lead 13 is welded to the safety valve mechanism 8, and the tip of the negative electrode lead 14 is welded to the battery can 1. The rotated positive electrode 2 and negative electrode 3 are sandwiched between a pair of insulating plates 5 and 6 and stored in the battery can 1.

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、非水電解質二次電池が作製される。   Next, an electrolytic solution is injected into the battery can 1 and the separator 4 is impregnated with the electrolytic solution. Next, the battery lid 7, the safety valve mechanism 8, and the heat sensitive resistance element 9 are fixed to the opening end of the battery can 1 by caulking through the gasket 10. Thus, a nonaqueous electrolyte secondary battery is produced.

(2)非水電解質二次電池の第2の例
(2−1)非水電解質二次電池の構成
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二次電池の構造を示す。図3に示すように、この非水電解質二次電池は、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。
(2) Second Example of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery (2-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery FIG. 3 is a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention. The structure of is shown. As shown in FIG. 3, this non-aqueous electrolyte secondary battery is sealed by housing the battery element 30 in an exterior material 37 made of a moisture-proof laminate film and welding the periphery of the battery element 30. The battery element 30 is provided with a positive electrode lead 32 and a negative electrode lead 33, and these leads are sandwiched between outer packaging materials 37 and pulled out to the outside. A resin piece 34 and a resin piece 35 are coated on both surfaces of the positive electrode lead 32 and the negative electrode lead 33 in order to improve the adhesion to the exterior material 37.

[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 packaging material 37 has, for example, a stacked structure in which an adhesive layer, a metal layer, and a surface protective layer are sequentially stacked. The adhesive layer is made of a polymer film. Examples of the material constituting the polymer film include polypropylene (PP), polyethylene (PE), unstretched polypropylene (CPP), linear low density polyethylene (LLDPE), and low density. A polyethylene (LDPE) is mentioned. The metal layer is made of a metal foil, and an example of a material constituting the metal foil is aluminum (Al). Moreover, as a material which comprises metal foil, it is also possible to use metals other than aluminum (Al). Examples of the material constituting the surface protective layer include nylon (Ny) and polyethylene terephthalate (PET). The surface on the adhesive layer side is a storage surface on the side where the battery element 30 is stored.

[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 battery element 30 includes a strip-shaped negative electrode 43 provided with a gel electrolyte layer 45 on both sides, a separator 44, and a strip-shaped positive electrode 42 provided with a gel electrolyte layer 45 on both sides. The battery element 30 is a wound type battery element 30 that is formed by laminating the separator 44 and wound in the longitudinal direction.

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)などからなる金属箔である。   The positive electrode 42 includes a strip-shaped positive electrode current collector 42A and a positive electrode mixture layer 42B formed on both surfaces of the positive electrode current collector 42A. The positive electrode current collector 42A is a metal foil made of, for example, aluminum (Al).

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 positive electrode 42 in the longitudinal direction is provided with a positive electrode lead 32 connected by, for example, spot welding or ultrasonic welding. As a material of the positive electrode lead 32, for example, a metal such as aluminum can be used.

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など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 electrode mixture layer 43B formed on both surfaces of the negative electrode current collector 43A. The negative electrode current collector 43A is made of, for example, a metal foil such as a copper (Cu) foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

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 positive electrode 42, the negative electrode lead 33 connected by, for example, spot welding or ultrasonic welding is also provided at one end portion of the negative electrode 43 in the longitudinal direction. As a material of the negative electrode lead 33, for example, copper (Cu), nickel (Ni) or the like can be used.

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 gel electrolyte layer 45 are the same as those in the first example described above, the gel electrolyte layer 45 will be described below.

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 gel electrolyte layer 45 includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. The gel electrolyte layer 45 is preferable because it can obtain high ionic conductivity and prevent battery leakage. The configuration of the electrolytic solution (that is, the liquid solvent, the electrolyte salt, and the additive) is the same as that in the first embodiment.

高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートを挙げることができる。特に電気化学的な安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。   Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. , Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide is preferable.

(2−2)非水電解質二次電池の製造方法
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二次電池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。
(2-2) Method for Producing Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery Next, a method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material according to an 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 positive electrode 42 and the negative electrode 43, and the mixed solvent is volatilized to form the gel electrolyte layer 45. In addition, the positive electrode lead 32 is attached to the end of the positive electrode current collector in advance by welding, and the negative electrode lead 33 is attached to the end of the negative electrode current collector 43A by welding.

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 positive electrode 42 and the negative electrode 43 on which the gel electrolyte layer 45 is formed are laminated through a separator 44 to form a laminated body, and then the laminated body is wound in the longitudinal direction to form a wound battery element. 30 is formed.

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、非水電解質二次電池が作製される。   Next, a recess 36 is formed by deep-drawing an exterior material 37 made of a laminate film, the battery element 30 is inserted into the recess 36, and an unprocessed portion of the exterior material 37 is folded back to the upper portion of the recess 36. The outer peripheral part of is thermally welded and sealed. Thus, a nonaqueous electrolyte secondary battery is produced.

この発明の具体的実施態様を以下に実施例をもって述べるが、この発明はこれに限定されるものではない。   Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

<実施例1>
まず、平均組成がLi1.03CoO2.01、レーザ散乱法により測定した平均粒子径が13μmの複合酸化物粒子20重量部を、80℃の純水300重量部に1時間撹拌分散させた。
<Example 1>
First, 20 parts by weight of complex oxide particles having an average composition of Li 1.03 CoO 2.01 and an average particle diameter of 13 μm measured by a laser scattering method were stirred and dispersed in 300 parts by weight of pure water at 80 ° C. for 1 hour.

次に、これに、市販試薬の硝酸ニッケル(Ni(NO32・6H2O)1.60重量部と、市販試薬の硝酸マンガン(Mn(NO32・6H2O)1.65重量部とを添加し、さらに、2NのLiOH水溶液を30分かけてpH13まで添加し、さらに、80℃で3時間攪拌分散を続け、その後、放冷した。 Next, 1.60 parts by weight of a commercially available reagent nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) and a commercially available reagent manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) 1.65 Further, 2N LiOH aqueous solution was added to pH 13 over 30 minutes, and stirring and dispersion were continued at 80 ° C. for 3 hours, and then allowed to cool.

次に、この分散系をデカンテーション洗浄し、これに、市販試薬のモリブデン酸アンモニウム((NH42MoO4)0.1重量部を1.0重量部の純水に溶解して添加し、さらにデカンテーション洗浄を行い、最終的に濾過し、120℃で乾燥して前駆体を形成した。 Next, this dispersion was decanted and washed, and 0.1 parts by weight of a commercially available reagent ammonium molybdate ((NH 4 ) 2 MoO 4 ) was dissolved in 1.0 part by weight of pure water and added. Further, decantation washing was performed, and finally, filtration was performed, followed by drying at 120 ° C. to form a precursor.

次に、得られた前駆体試料10重量部に、リチウム量を調整するために、2NのLiOH水溶液2重量部を含浸し、均一に混合乾燥させ焼成前駆体を得た。この焼成前駆体を電気炉を用いて、空気流下、毎分5℃の速度で昇温し、950℃で5時間保持した後に、毎分7℃で150℃まで冷却し、実施例1の正極活物質を得た。   Next, in order to adjust the amount of lithium, 10 parts by weight of the obtained precursor sample was impregnated with 2 parts by weight of 2N LiOH aqueous solution and uniformly mixed and dried to obtain a calcined precursor. The calcined precursor was heated at a rate of 5 ° C./min in an air flow using an electric furnace, held at 950 ° C. for 5 hours, then cooled to 150 ° C. at 7 ° C./min, and the positive electrode of Example 1 An active material was obtained.

上記正極活物質を塩酸で均一溶解した溶液を、ICP−AESを用いて定量した結果、モリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は0.000052であり、正極活物質の表面を、XPSを用いて定量した結果、表面のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は、0.063であった。   As a result of quantifying the solution in which the positive electrode active material was uniformly dissolved with hydrochloric acid using ICP-AES, the atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) was 0.000052, and the surface of the positive electrode active material was As a result of quantification using XPS, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) on the surface was 0.063.

この粉末のXRD(X-ray diffraction;X線回折)を測定したところモリブデン(Mo)化合物に帰属できる回折ピークは見出されなかった。また、XPS測定の結果、Mo3d5/2のピークは、232.1eVであった。   When XRD (X-ray diffraction; X-ray diffraction) of this powder was measured, no diffraction peak attributable to the molybdenum (Mo) compound was found. As a result of XPS measurement, the peak of Mo3d5 / 2 was 232.1 eV.

<実施例2>
まず、80℃の2NのLiOH水溶液300重量部に、実施例1で用いた複合酸化物粒子20重量部を2時間攪拌分散させた(本系はpH14.2であった)。次に、これに、市販試薬の硝酸ニッケル(Ni(NO32・6H2O)1.60重量部と、市販試薬の硝酸マンガン(Mn(NO32・6H2O)1.65重量部とに純水を加えて10重量部とした水溶液を作製し、この水溶液10重量部全量を2時間かけて添加し、さらに、80℃で1時間攪拌分散を続け、その後放冷した。
<Example 2>
First, 20 parts by weight of the composite oxide particles used in Example 1 were stirred and dispersed in 300 parts by weight of a 2N LiOH aqueous solution at 80 ° C. for 2 hours (this system had a pH of 14.2). Next, 1.60 parts by weight of a commercially available reagent nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) and a commercially available reagent manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) 1.65 An aqueous solution was prepared by adding pure water to 10 parts by weight, and 10 parts by weight of this aqueous solution was added over 2 hours. Further, stirring and dispersion were continued at 80 ° C. for 1 hour, and then allowed to cool.

次に、この分散系をデカンテーション洗浄し、これに、市販試薬のモリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4)0.2重量部を2.0重量部の純水に溶解して添加し、さらにデカンテーション洗浄を行い、最終的に濾過し、120℃で乾燥して前駆体を形成した。次に、得られた前駆体を電気炉を用いて、空気流下、毎分5℃の速度で昇温し、950℃で5時間保持した後に、毎分7℃で150℃まで冷却し、実施例2の正極活物質を得た。 Next, the dispersion was decanted and washed, and 0.2 parts by weight of a commercially available reagent sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ) was dissolved in 2.0 parts by weight of pure water and added. The precursor was formed by subjecting it to a washing and finally filtering and drying at 120 ° C. Next, using an electric furnace, the obtained precursor was heated at a rate of 5 ° C. per minute under an air flow, held at 950 ° C. for 5 hours, then cooled to 150 ° C. at 7 ° C. per minute, and carried out. The positive electrode active material of Example 2 was obtained.

上記正極活物質を塩酸で均一溶解した溶液を、ICP−AESを用いて定量した結果、モリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は0.000096であり、正極活物質の表面を、XPSを用いて定量した結果、表面のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は、0.18であった。   As a result of quantifying the solution in which the positive electrode active material was uniformly dissolved with hydrochloric acid using ICP-AES, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) was 0.000096, and the surface of the positive electrode active material was As a result of quantification using XPS, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) on the surface was 0.18.

この粉末のXRDを測定したところモリブデン(Mo)化合物に帰属できる回折ピークは見出されなかった。また、XPS測定の結果、Mo3d5/2のピークは、232.2eVであった。   When XRD of this powder was measured, a diffraction peak attributable to the molybdenum (Mo) compound was not found. As a result of XPS measurement, the peak of Mo3d5 / 2 was 232.2 eV.

<実施例3>
市販試薬の硝酸ニッケル(Ni(NO32・6H2O)3.20重量部と、市販試薬の硝酸マンガン(Mn(NO32・6H2O)3.30重量部とに純水を加えて20重量部とした水溶液を作製し、この水溶液20重量部全量を3時間かけて添加した。市販試薬のモリブデン酸リチウム(Li2MoO4)0.1重量部を1.0重量部の純水に溶解して添加した。この他は、実施例2と同様にして、実施例3の正極活物質を作製した。
<Example 3>
Pure water is added to 3.20 parts by weight of nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a commercial reagent and 3.30 parts by weight of manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a commercial reagent. Was added to prepare 20 parts by weight of an aqueous solution, and 20 parts by weight of this aqueous solution was added over 3 hours. 0.1 parts by weight of a commercially available reagent, lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ), was dissolved in 1.0 part by weight of pure water and added. Other than this, the positive electrode active material of Example 3 was produced in the same manner as Example 2.

上記正極活物質を塩酸で均一溶解した溶液を、ICP−AESを用いて定量した結果、モリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は0.000086であり、正極活物質の表面を、XPSを用いて定量した結果、表面のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は、0.072であった。   As a result of quantifying the solution in which the positive electrode active material was uniformly dissolved with hydrochloric acid using ICP-AES, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) was 0.000086, and the surface of the positive electrode active material was As a result of quantification using XPS, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) on the surface was 0.072.

この粉末のXRDを測定したところモリブデン(Mo)化合物に帰属できる回折ピークは見出されなかった。また、XPS測定の結果、Mo3d5/2のピークは、232.1eVであった。   When XRD of this powder was measured, a diffraction peak attributable to the molybdenum (Mo) compound was not found. As a result of XPS measurement, the peak of Mo3d5 / 2 was 232.1 eV.

<実施例4>
市販試薬の硝酸ニッケル(Ni(NO32・6H2O)3.20重量部と、市販試薬の硝酸マンガン(Mn(NO32・6H2O)3.30重量部と、市販試薬の硝酸アルミニウム(Al(NO33・9H2O)0.86重量部とに純水を加えて20重量部とした水溶液を作製し、この水溶液20重量部全量を3時間かけて添加した。市販試薬のモリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4)0.1重量部を2.0重量部の純水に溶解し、さらに、この溶液に市販試薬の無水モリブデン酸(MoO3)0.05重量部を溶解して添加した。この他は、実施例2と同様にして、実施例4の正極活物質を作製した。
<Example 4>
Nickel nitrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O) 3.20 parts by weight of commercially available reagents, manganese nitrate commercial reagents and (Mn (NO 3) 2 · 6H 2 O) 3.30 parts by weight, commercially available reagents aluminum nitrate (Al (NO 3) 3 · 9H 2 O) was added to pure water and 0.86 parts by weight to prepare an aqueous solution with 20 parts by weight, were added over the aqueous solution 20 parts by weight the total amount 3 hours . 0.1 parts by weight of commercially available reagent sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ) is dissolved in 2.0 parts by weight of pure water, and 0.05 parts by weight of commercially available reagent molybdic anhydride (MoO 3 ) is further added to this solution. Was dissolved and added. Other than this, the positive electrode active material of Example 4 was produced in the same manner as Example 2.

上記正極活物質を塩酸で均一溶解した溶液を、ICP−AESを用いて定量した結果、モリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は0.000075であり、正極活物質の表面を、XPSを用いて定量した結果、表面のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は、0.12であった。   As a result of quantifying the solution in which the positive electrode active material was uniformly dissolved with hydrochloric acid using ICP-AES, the atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) was 0.000075, and the surface of the positive electrode active material was As a result of quantification using XPS, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) on the surface was 0.12.

この粉末のXRDを測定したところモリブデン(Mo)化合物に帰属できる回折ピークは見出されなかった。また、XPS測定の結果、Mo3d5/2のピークは、232.3eVであった。   When XRD of this powder was measured, a diffraction peak attributable to the molybdenum (Mo) compound was not found. As a result of XPS measurement, the peak of Mo3d5 / 2 was 232.3 eV.

<実施例5>
硝酸マンガン(Mn(NO32・6H2O)を添加せず、市販試薬の硝酸ニッケル(Ni(NO32・6H2O)3.20重量部のみを、純水に加えて20重量部とした水溶液を作製し、この水溶液20重量部全量を3時間かけて添加した。市販試薬のモリブデン酸リチウム(Li2MoO4)0.1重量部を1.0重量部の純水に溶解して添加した。この他は、実施例2と同様にして、実施例5の正極活物質を作製した。
<Example 5>
Manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is not added, and only 3.20 parts by weight of commercially available nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is added to pure water to give 20 An aqueous solution with parts by weight was prepared, and a total of 20 parts by weight of this aqueous solution was added over 3 hours. 0.1 parts by weight of a commercially available reagent, lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ), was dissolved in 1.0 part by weight of pure water and added. Other than this, a positive electrode active material of Example 5 was produced in the same manner as Example 2.

上記正極活物質を塩酸で均一溶解した溶液を、ICP−AESを用いて定量した結果、モリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は0.000089であり、正極活物質の表面を、XPSを用いて定量した結果、表面のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は、0.082であった。   As a result of quantifying the solution in which the positive electrode active material was uniformly dissolved with hydrochloric acid using ICP-AES, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) was 0.000089, and the surface of the positive electrode active material was As a result of quantification using XPS, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) on the surface was 0.082.

この粉末のXRDを測定したところモリブデン(Mo)化合物に帰属できる回折ピークは見出されなかった。また、XPS測定の結果、Mo3d5/2のピークは、232.1eVであった。   When XRD of this powder was measured, a diffraction peak attributable to the molybdenum (Mo) compound was not found. As a result of XPS measurement, the peak of Mo3d5 / 2 was 232.1 eV.

<比較例1>
実施例1において、平均組成がLi1.03CoO2.01、レーザ散乱法により測定した平均粒子径が13μmの複合酸化物粒子を粒子表面を改質することなく、比較例1の正極活物質とした。
<Comparative Example 1>
In Example 1, a composite oxide particle having an average composition of Li 1.03 CoO 2.01 and an average particle diameter of 13 μm measured by a laser scattering method was used as the positive electrode active material of Comparative Example 1 without modifying the particle surface.

<比較例2>
実施例1において、モリブデン酸アンモニウム((NH42MoO4)0.1重量部の添加を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、比較例2の正極活物質を作製した。
<Comparative example 2>
A positive electrode active material of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.1 part by weight of ammonium molybdate ((NH 4 ) 2 MoO 4 ) was not added.

<比較例3>
実施例1において、モリブデン酸アンモニウム((NH42MoO4)0.1重量部を1.0重量部の純水に溶解して添加する替わりに、モリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4)15.0重量部を300重量部の純水に溶解し、さらに、この溶液に市販試薬の無水モリブデン酸MoO37.5重量部を溶解して添加した以外、実施例1と同様に、正極活物質を得た。
<Comparative Example 3>
In Example 1, instead of adding 0.1 part by weight of ammonium molybdate ((NH 4 ) 2 MoO 4 ) dissolved in 1.0 part by weight of pure water, sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ) 15 In the same manner as in Example 1, except that 0.0 part by weight was dissolved in 300 parts by weight of pure water and 7.5 parts by weight of a commercially available reagent, MoO 3 anhydride, was dissolved and added to this solution. Obtained material.

上記正極活物質を塩酸で均一溶解した溶液を、ICP−AESを用いて定量した結果、モリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は、0.0032であり、上記正極活物質の表面を、XPSを用いて定量した結果、表面のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は、0.62であった。   As a result of quantifying the solution in which the positive electrode active material was uniformly dissolved with hydrochloric acid using ICP-AES, the atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) was 0.0032, and the surface of the positive electrode active material was As a result of quantitative determination using XPS, the atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) on the surface was 0.62.

この粉末のXRDを測定したところモリブデン(Mo)化合物に帰属できる回折ピークは見出されなかった。また、XPS測定の結果、Mo3d5/2のピークは、232.7eVであった。   When XRD of this powder was measured, a diffraction peak attributable to the molybdenum (Mo) compound was not found. As a result of XPS measurement, the peak of Mo3d5 / 2 was 232.7 eV.

<比較例4>
実施例1において作製した正極活物質100重量部を、モリブデン酸リチウム(Li2MoO4)2.0重量部を10重量部の純水に溶解した水溶液に含浸後乾燥し、これを700℃の空気中で2時間熱処理して比較例4の正極活物質を得た。
<Comparative example 4>
100 parts by weight of the positive electrode active material prepared in Example 1 was impregnated in an aqueous solution in which 2.0 parts by weight of lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ) was dissolved in 10 parts by weight of pure water and then dried. A positive electrode active material of Comparative Example 4 was obtained by heat treatment in air for 2 hours.

上記正極活物質を塩酸で均一溶解した溶液を、ICP−AESを用いて定量した結果、モリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は、0.011であり、上記正極活物質の表面を、XPSを用いて定量した結果、表面のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比は、0.68であった。   A solution obtained by uniformly dissolving the positive electrode active material with hydrochloric acid was quantified using ICP-AES. As a result, the atomic ratio of molybdenum (Mo) to cobalt (Co) was 0.011, and the surface of the positive electrode active material was As a result of quantitative determination using XPS, the atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) on the surface was 0.68.

この粉末のXRDを測定したところモリブデン(Mo)化合物に帰属できる回折ピークは見出されなかった。また、XPS測定の結果、Mo3d5/2のピークは、232.5eVであった。   When XRD of this powder was measured, a diffraction peak attributable to the molybdenum (Mo) compound was not found. As a result of XPS measurement, the peak of Mo3d5 / 2 was 232.5 eV.

[評価]
作製した実施例1〜実施例5、比較例1〜比較例4の正極活物質を用いて、図1および図2に示した二次電池を作製した。まず、作製した正極活物質粉末86重量%と、導電剤としてグラファイト10重量%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン4重量%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させたのち、厚み20μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体2Aの両面に塗布して乾燥させ、ローラプレス機により圧縮成型して正極合剤層2Bを形成し正極2を作製した。その際、正極活物質粉末は、70μmの開口篩を通るように十分に擂潰機により粉砕して用いた。また、正極合剤層2Bの空隙は、体積比率で26%となるように調節した。次に、正極集電体2Aにアルミニウム製の正極リード13を取り付けた。
[Evaluation]
The secondary batteries shown in FIGS. 1 and 2 were produced using the produced positive electrode active materials of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4. First, 86% by weight of the prepared positive electrode active material powder, 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. Then, it was applied to both sides of a positive electrode current collector 2A made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and compression-molded by a roller press to form a positive electrode mixture layer 2B, whereby a positive electrode 2 was produced. At that time, the positive electrode active material powder was sufficiently pulverized by a crusher so as to pass through a 70 μm opening sieve. Moreover, the space | gap of the positive mix layer 2B was adjusted so that it might become 26% by a volume ratio. Next, the positive electrode lead 13 made of aluminum was attached to the positive electrode current collector 2A.

また、負極活物質として人造黒鉛粉末90重量%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン10重量%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させたのち、厚み10μmの帯状銅箔よりなる負極集電体3Aの両面に塗布して乾燥させ、ローラプレス機により圧縮成型して負極合剤層3Bを形成し負極3を作製した。次に、負極集電体3Aにニッケル製の負極リード14を取り付けた。   Further, 90% by weight of artificial graphite powder as a negative electrode active material and 10% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent, and then a 10 μm thick strip-shaped copper The negative electrode current collector 3A made of foil was applied to both surfaces and dried, and compression molding was performed with a roller press to form the negative electrode mixture layer 3B, whereby the negative electrode 3 was produced. Next, a negative electrode lead 14 made of nickel was attached to the negative electrode current collector 3A.

以上のようにして作製した帯状正極2と、帯状負極3とをセパレータ4として多孔性ポリオレフィンフィルムを介して多数回巻回し、渦巻き型の巻回電極体20を作製した。次に、この巻回電極体20を鉄製の電池缶1に収納し、巻回電極体20の上下両面に一対の絶縁板5,6を配置した。次に、正極リード13を正極集電体2Aから導出して、安全弁機構8に溶接し、負極リード14を負極集電体3Aから導出して電池缶1の底部に溶接した。その後、電池缶1の内部に電解液を注入し、ガスケット10を介して電池缶1をかしめることにより、安全弁機構8、熱感抵抗素子9および電池蓋7を固定し、外径18mm、高さ65mmの円筒型二次電池を得た。電解液には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを1:1の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6を1.0mol/lとなるように溶解させたものを用いた。 The strip-shaped positive electrode 2 and the strip-shaped negative electrode 3 produced as described above were wound many times through a porous polyolefin film as a separator 4 to produce a spiral wound electrode body 20. Next, the wound electrode body 20 was housed in an iron battery can 1, and a pair of insulating plates 5 and 6 were disposed on both upper and lower surfaces of the wound electrode body 20. Next, the positive electrode lead 13 was led out from the positive electrode current collector 2A and welded to the safety valve mechanism 8, and the negative electrode lead 14 was led out from the negative electrode current collector 3A and welded to the bottom of the battery can 1. Thereafter, an electrolytic solution is injected into the battery can 1 and the battery can 1 is caulked through the gasket 10, thereby fixing the safety valve mechanism 8, the heat sensitive resistance element 9 and the battery lid 7, and having an outer diameter of 18 mm, high A cylindrical secondary battery having a thickness of 65 mm was obtained. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte salt to 1.0 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used.

以上のように作製した二次電池について、45℃の温度環境下で充放電を行い、1サイクル目の放電容量を初期容量として求めるとともに、1サイクル目に対する200サイクル目の放電容量維持率を求めた。   About the secondary battery produced as mentioned above, it charges / discharges in a 45 degreeC temperature environment, calculates | requires the discharge capacity of the 1st cycle as an initial capacity, and calculates | requires the discharge capacity maintenance factor of the 200th cycle with respect to the 1st cycle. It was.

充電は、1000mAの定電流で電池電圧が4.40Vに達するまで定電流充電を行ったのち、4.40Vの定電圧で充電時間の合計が2.5時間となるまで定電圧充電を行い、放電は、800mAの定電流で電池電圧が2.75Vに達するまで定電流放電を行った。測定結果を表1に示す。   Charging is performed at a constant current of 1000 mA until the battery voltage reaches 4.40 V, and then charged at a constant voltage of 4.40 V until the total charging time is 2.5 hours. The discharge was performed at a constant current of 800 mA until the battery voltage reached 2.75V. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0005040282
Figure 0005040282

表1に示すように、実施例1〜実施例5は、高容量であり、且つ比較例1〜比較例4より、放電容量維持率が大きいことがわかる。また、実施例3と実施例5の放電容量維持率の比較より、金属酸化物のニッケル(Ni)とマンガン(Mn)の構成としては、良好な充放電サイクル特性が得られる点から、ニッケル(Ni)単独よりもニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)両方を含むことが好ましいのがわかる。   As shown in Table 1, it can be seen that Examples 1 to 5 have a high capacity and a larger discharge capacity retention rate than Comparative Examples 1 to 4. Further, from the comparison of the discharge capacity retention ratios of Example 3 and Example 5, the structure of nickel (Ni) and manganese (Mn) of the metal oxide is nickel (from the point that good charge / discharge cycle characteristics can be obtained. It can be seen that it is preferable to contain both nickel (Ni) and manganese (Mn) rather than Ni) alone.

また、正極活物質全体のモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比を0.001以下、正極活物質表面部分でのモリブデン(Mo)とコバルト(Co)との原子比を0.01以上0.5以下のとき、また、モリブデン(Mo)の結合エネルギーが232.4eV以下のとき、初期容量と容量維持率とを両立できることがわかる。   Further, the atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) in the whole positive electrode active material is 0.001 or less, and the atomic ratio of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) in the surface portion of the positive electrode active material is 0.01. It can be seen that both the initial capacity and the capacity retention ratio can be achieved when the value is 0.5 or less and the bond energy of molybdenum (Mo) is 232.4 eV or less.

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、その形状においては、特に限定されない。円筒型、角型、コイン型、ボタン型等を呈するものであってもよい。   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 is not particularly limited. It may be a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a button shape, or the like.

また、第1の実施形態では、電解質として、電解液を有する非水電解質二次電池、第2の実施形態では、電解質として、ゲル電解質を有する非水電解質二次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。   In the first embodiment, a non-aqueous electrolyte secondary battery having an electrolyte as an electrolyte has been described. In the second embodiment, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a gel electrolyte as an electrolyte has been described. However, the present invention is not limited thereto. Is not to be done.

例えば、電解質としては、上述したものの他にイオン伝導性高分子を利用した高分子固体電解質、またはイオン伝導性無機材料を利用した無機固体電解質なども用いることも可能であり、これらを単独あるいは他の電解質と組み合わせて用いてもよい。高分子固体電解質に用いることができる高分子化合物としては、例えばポリエーテル、ポリエステル、ポリフォスファゼン、あるいはポリシロキサンなどを挙げることができる。無機固体電解質としては、例えばイオン伝導性セラミックス、イオン伝導性結晶、あるいはイオン伝導性ガラスなどを挙げることができる。   For example, as the electrolyte, in addition to the above-described ones, a polymer solid electrolyte using an ion conductive polymer or an inorganic solid electrolyte using an ion conductive inorganic material can be used. It may be used in combination with the electrolyte. Examples of the polymer compound that can be used for the polymer solid electrolyte include polyether, polyester, polyphosphazene, and polysiloxane. Examples of the inorganic solid electrolyte include ion conductive ceramics, ion conductive crystals, and ion conductive glass.

さらに、例えば、非水電解質二次電池の電解液としては、特に限定されることなく従来の非水溶媒系電解液などが用いられる。この中で、アルカリ金属塩を含む非水電解液からなる二次電池の電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォキシド、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、スルホラン、オキサゾリドン、塩化チオニル、1,2−ジメトキシエタン、ジエチレンカーボネートや、これらの誘導体や混合物などが好ましく用いられる。電解液に含まれる電解質としては、アルカリ金属、特にカルシウムのハロゲン化物、過塩素酸塩、チオシアン塩、ホウフッ化塩、リンフッ化塩、砒素フッ化塩、イットリウムフッ化塩、トリフルオロメチル硫酸塩などが好ましく用いられる。   Furthermore, for example, a conventional nonaqueous solvent-based electrolytic solution is used as the electrolytic solution of the nonaqueous electrolyte secondary battery without any particular limitation. Among these, the electrolyte solution of a secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte containing an alkali metal salt includes propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfate. For example, foxoxide, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, methyl formate, sulfolane, oxazolidone, thionyl chloride, 1,2-dimethoxyethane, diethylene carbonate, and derivatives and mixtures thereof are preferably used. The electrolyte contained in the electrolyte includes alkali metal, especially calcium halide, perchlorate, thiocyanate, borofluoride, phosphofluoride, arsenic fluoride, yttrium fluoride, trifluoromethylsulfate, etc. Is preferably used.

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二次電池の第1の例の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the 1st example of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material by one Embodiment of this invention. 図1に示した巻回電極体の一部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of a wound electrode body shown in FIG. 1. 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二次電池の第2の例の概略図である。It is the schematic of the 2nd example of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material by one Embodiment of this invention. 図3に示した電池素子の一部の拡大断面である。FIG. 4 is an enlarged cross section of a part of the battery element shown in FIG. 3.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 ... Battery can 2 ... Positive electrode 2A ... Positive electrode collector 2B ... Positive electrode mixture layer 3A ... Negative electrode collector 3B ... Negative electrode mixture layer 3 ... Negative electrode 4. .. Separator 5, 6 ... Insulating plate 7 ... Battery cover 8 ... Safety valve mechanism 9 ... Heat sensitive resistance element 10 ... Gasket 11 ... Disc plate 12 ... Center pin 13 .. Positive electrode lead 14 ... Negative electrode lead 20 ... Winding electrode body 30 ... Battery element 32 ... Positive electrode lead 33 ... Negative electrode lead 34, 35 ... Resin piece 35 ... Negative electrode lead 36 ... Recess 37 ... Exterior material 42 ... Positive electrode 42A ... Positive electrode current collector 42B ... Positive electrode mixture layer 43 ... Negative electrode 43A ... Negative electrode current collector 43B ... Negative electrode Mixture layer 44 ... Separator 45 ... Gel electrolyte layer

Claims (16)

複合酸化物粒子の少なくとも一部に設けられ、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層と、
この被覆層の少なくとも一部に設けられ、モリブデン(Mo)を含む表面層と
を備え、
上記複合酸化物粒子は、化1で平均組成が表されるものであること
を特徴とする正極活物質。
(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(化1中、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなる。x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
A coating layer comprising an oxide provided on at least a part of the composite oxide particles and including lithium (Li) and nickel (Ni) or a coating element of nickel (Ni) and manganese (Mn);
Provided on at least a part of the covering layer, and a surface layer containing molybdenum (Mo),
The composite oxide particle has a mean composition represented by Chemical Formula 1 and is a positive electrode active material.
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In the chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), at least one element selected from the group consisting of x, y, and z is −0. 10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20.
上記被覆層における上記ニッケル(Ni)と上記マンガン(Mn)との構成比が、99:1から30:70の範囲内であること
を特徴とする請求項1記載の正極活物質。
2. The positive electrode active material according to claim 1, wherein a composition ratio of the nickel (Ni) and the manganese (Mn) in the coating layer is in a range of 99: 1 to 30:70.
上記被覆層の酸化物は、上記ニッケル(Ni)および上記マンガン(Mn)の総量の40モル%以下を、マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),コバルト(Co),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の金属元素で置き換えたものであること
を特徴とする請求項1記載の正極活物質。
The oxide of the coating layer contains 40 mol% or less of the total amount of nickel (Ni) and manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium ( At least selected from the group consisting of V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W) The positive electrode active material according to claim 1, wherein the positive electrode active material is replaced with one or more metal elements.
上記被覆層の量は、上記複合酸化物粒子の0.5重量%〜50重量%の範囲内であること
を特徴とする請求項1記載の正極活物質。
2. The positive electrode active material according to claim 1, wherein an amount of the coating layer is in a range of 0.5 wt% to 50 wt% of the composite oxide particles.
平均粒径が2.0μm〜50μmであること
を特徴とする請求項1記載の正極活物質。
2. The positive electrode active material according to claim 1, wherein the average particle size is 2.0 μm to 50 μm.
上記被覆層および上記表面層には、上記複合酸化物粒子から拡散したコバルト(Co)が存在し、
上記正極活物質全体の平均の上記モリブデン(Mo)と上記コバルト(Co)との原子比が0.001以下であり、上記正極活物質の表面の上記モリブデン(Mo)と上記コバルト(Co)の原子比が0.01以上0.5以下であること
を特徴とする請求項1記載の正極活物質。
Cobalt (Co) diffused from the composite oxide particles exists in the coating layer and the surface layer,
The average atomic ratio of the molybdenum (Mo) and the cobalt (Co) of the whole positive electrode active material is 0.001 or less, and the molybdenum (Mo) and the cobalt (Co) on the surface of the positive electrode active material 2. The positive electrode active material according to claim 1, wherein the atomic ratio is 0.01 or more and 0.5 or less.
上記表面層の上記モリブデン(Mo)のXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy;光電子分光測定)による3d5/2の結合エネルギーが、232.4eV以下であること
を特徴とする請求項1記載の正極活物質。
2. The positive electrode active material according to claim 1, wherein the molybdenum (Mo) of the surface layer has a 3d5 / 2 binding energy of 232.4 eV or less by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). .
化1で平均組成が表される複合酸化物粒子の少なくとも一部にニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物よりなる層を形成したのち、上記複合酸化物粒子の少なくとも一部にモリブデン酸を被着する工程と、
上記モリブデン酸を被着したのち、加熱処理することにより、上記複合酸化物粒子の少なくとも一部に、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)またはニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層、およびモリブデン(Mo)を含む表面層を形成する工程と
を有することを特徴とする正極活物質の製造方法。
(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(化1中、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなる。x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
After forming a layer made of hydroxide containing nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn) on at least a part of the composite oxide particles whose average composition is represented by chemical formula 1, the composite oxide particles Depositing molybdic acid on at least a portion of
After depositing the molybdic acid, heat treatment is performed, so that at least a part of the composite oxide particles is coated with lithium (Li) and nickel (Ni) or nickel (Ni) and manganese (Mn) covering elements. And a step of forming a surface layer containing molybdenum (Mo), and a method for producing a positive electrode active material.
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In the chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), at least one element selected from the group consisting of x, y, and z is −0. 10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20.
上記ニッケル(Ni)または上記ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)を含む水酸化物の形成は、
上記複合酸化物粒子をpH12以上の水を主体とする溶媒に分散した後、ニッケル(Ni)の化合物またはニッケル(Ni)の化合物およびマンガン(Mn)の化合物を添加して行うこと
を特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。
Formation of the nickel (Ni) or hydroxide containing nickel (Ni) and manganese (Mn),
The composite oxide particles are dispersed in a solvent mainly composed of water having a pH of 12 or more, and then a nickel (Ni) compound or a nickel (Ni) compound and a manganese (Mn) compound are added. The manufacturing method of the positive electrode active material of Claim 8.
上記水を主体とする溶媒は、水酸化リチウムを含有すること
を特徴とする請求項9記載の正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 9, wherein the water-based solvent contains lithium hydroxide.
上記被覆層における上記ニッケル(Ni)と上記マンガン(Mn)の構成比が、99:1から30:70の範囲内であること
を特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 8, wherein a composition ratio of the nickel (Ni) and the manganese (Mn) in the coating layer is in a range of 99: 1 to 30:70.
上記被覆層の酸化物は、上記ニッケル(Ni)および上記マンガン(Mn)の総量の40モル%以下を、マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),コバルト(Co),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の金属元素で置き換えたものであること
を特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。
The oxide of the coating layer contains 40 mol% or less of the total amount of nickel (Ni) and manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium ( At least selected from the group consisting of V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W) The method for producing a positive electrode active material according to claim 8, wherein the positive electrode active material is replaced with one or more metal elements.
上記被覆層の量は、上記複合酸化物粒子の0.5重量%〜50重量%の範囲内であること
を特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 8, wherein the amount of the coating layer is in the range of 0.5 wt% to 50 wt% of the composite oxide particles.
上記正極活物質は、平均粒径が2.0μm〜50μmであること
を特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。
The method for producing a positive electrode active material according to claim 8, wherein the positive electrode active material has an average particle diameter of 2.0 μm to 50 μm.
上記被覆層には、上記複合酸化物粒子から拡散したコバルト(Co)が存在し、
上記正極活物質全体の平均の上記モリブデン(Mo)と上記コバルト(Co)との原子比が0.001以下であり、上記正極活物質の表面の上記モリブデン(Mo)と上記コバルト(Co)との原子比が0.01以上0.5以下であること
を特徴とする請求項8記載の正極活物質の製造方法。
In the coating layer, there is cobalt (Co) diffused from the composite oxide particles,
The average atomic ratio of the molybdenum (Mo) and the cobalt (Co) of the whole positive electrode active material is 0.001 or less, and the molybdenum (Mo) and the cobalt (Co) on the surface of the positive electrode active material The method for producing a positive electrode active material according to claim 8, wherein the atomic ratio is 0.01 or more and 0.5 or less.
正極活物質を有する正極と、負極と、セパレ−タおよび電解質とを備え、
上記正極活物質は、
複合酸化物粒子の少なくとも一部に設けられ、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも一方の被覆元素とを含む酸化物よりなる被覆層と、
この被覆層の少なくとも一部に設けられ、モリブデン(Mo)を含む表面層と
を備え、
上記複合酸化物粒子は、化1で平均組成が表されるものであること
を特徴とする非水電解質二次電池。
(化1)
Li(1+x)Co(1-y)y(2-z)
(化1中、Mはマグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ホウ素(B),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),モリブデン(Mo),スズ(Sn),タングステン(W)よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素からなる。x、y、zは、−0.10≦x≦0.10、0≦y<0.50、−0.10≦z≦0.20である。)
A positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode, a separator and an electrolyte;
The positive electrode active material is
A coating layer formed of an oxide provided on at least a part of the composite oxide particles and including lithium (Li) and at least one coating element of nickel (Ni) and manganese (Mn);
Provided on at least a part of the covering layer, and a surface layer containing molybdenum (Mo),
The non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the composite oxide particles have an average composition represented by chemical formula 1.
(Chemical formula 1)
Li (1 + x) Co ( 1-y) M y O (2-z)
(In the chemical formula 1, M is magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), and tungsten (W), at least one element selected from the group consisting of x, y, and z is −0. 10 ≦ x ≦ 0.10, 0 ≦ y <0.50, −0.10 ≦ z ≦ 0.20.
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