JP2002025539A - Lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、正極活物質の熱
収縮率を所定値以下とすることにより、正極活物質の結
晶構造の安定化、ひいてはサイクル特性の向上を実現
し、リチウム二次電池の超寿命化を可能ならしめたリチ
ウム二次電池に関する。The present invention relates to a lithium secondary battery which realizes stabilization of the crystal structure of the positive electrode active material and, consequently, improvement of the cycle characteristics by reducing the heat shrinkage of the positive electrode active material to a predetermined value or less. The present invention relates to a lithium secondary battery capable of achieving a long life.
【0002】[0002]
【従来の技術】 近年、リチウム二次電池は、携帯電
話、VTR、ノート型コンピューター等の携帯型電子機
器の電源用電池として広く用いられるようになってきて
いる。また、リチウム二次電池は、単電池電圧が4V程
度と、従来の鉛蓄電池等の二次電池よりも高く、しかも
エネルギー密度が大きいことから、前記携帯電子機器の
みならず、最近の環境問題を背景に、低公害車として積
極的に一般への普及が図られている電気自動車(EV)
或いはハイブリッド電気自動車(HEV)のモータ駆動
用電源としても注目を集めている。2. Description of the Related Art In recent years, lithium secondary batteries have been widely used as power batteries for portable electronic devices such as mobile phones, VTRs, and notebook computers. In addition, since the lithium secondary battery has a single cell voltage of about 4 V, which is higher than that of a conventional secondary battery such as a lead storage battery, and has a higher energy density, not only the portable electronic device but also recent environmental problems. In the background, electric vehicles (EVs) are being actively promoted as low-emission vehicles
Alternatively, attention is being paid to a power supply for driving a motor of a hybrid electric vehicle (HEV).
【0003】 リチウム二次電池は、一般的に、正極活
物質にリチウム遷移金属複合化合物が、負極活物質に炭
素質材料が、電解液にLiイオン電解質を有機溶媒に溶
解した有機電解液が用いられ、電池反応を行う電極体と
しては、コインセル型、捲回型、積層型といった形態の
ものがある。In general, a lithium secondary battery uses a lithium transition metal composite compound as a positive electrode active material, a carbonaceous material as a negative electrode active material, and an organic electrolytic solution obtained by dissolving a Li ion electrolyte in an organic solvent as an electrolytic solution. As the electrode body for performing a battery reaction, there are a coin cell type, a wound type, and a stacked type.
【0004】 これらの中で、EV・HEV等に好適に
用いられる比較的容量の大きいリチウム二次電池におい
ては、電極体として、図1に示すように、集電用タブ
(リード線として機能する。以下、「タブ」という。)
5・6(正極用タブ5、負極用タブ6)が取り付けられ
た正負各電極板2・3(正極板2、負極板3)を、互い
に接触しないように、間にセパレータ4を介しつつ、巻
芯13の外周に捲回してなる捲回型電極体1(以下、
「捲回体」という。)が好適に用いられる。Among these, in a lithium secondary battery having a relatively large capacity suitably used for an EV / HEV, etc., as shown in FIG. 1, a current collecting tab (which functions as a lead wire) is used as an electrode body. Hereafter, it is called "tab.")
The positive and negative electrode plates 2.3 (positive electrode plate 2, negative electrode plate 3) to which the 5.6 (positive electrode tab 5, negative electrode tab 6) is attached, with the separator 4 interposed therebetween so as not to contact each other. A wound electrode body 1 (hereinafter, referred to as “wound”) wound around the outer periphery of the core 13.
It is called a "wound body". ) Are preferably used.
【0005】 電極板2・3は、金属箔等の集電基板の
両表面に電極活物質(正極活物質と負極活物質の両方を
指す。)層を形成したものであり、タブ5・6は、電極
板2・3及びセパレータ4を巻芯13周りに巻き取る作
業中に、超音波溶接等の手段を用いて、電極板2・3の
端部の金属箔を露出させた部分に所定間隔で取り付ける
ことができる。The electrode plates 2 and 3 are formed by forming an electrode active material (refers to both a positive electrode active material and a negative electrode active material) layers on both surfaces of a current collecting substrate such as a metal foil. During the operation of winding the electrode plates 2 and 3 and the separator 4 around the winding core 13, a predetermined portion of the metal foil at the end of the electrode plates 2 and 3 is exposed by means of ultrasonic welding or the like. Can be mounted at intervals.
【0006】 また、積層型電極体(以下、「積層体」
という。)7は、図2の斜視図に示すように、一定面積
を有する所定形状の正極板8と負極板9とをセパレータ
10を挟みながら交互に積層した構造を有しており、1
枚の電極板8・9に少なくとも一本のタブ11・12
(正極用タブ11、負極用タブ12)が取り付けられ
る。電極板8・9の使用材料や作成方法は、捲回体1に
おける電極板2・3等と同様である。In addition, a laminated electrode body (hereinafter, “laminated body”)
That. 2), as shown in the perspective view of FIG. 2, has a structure in which a positive electrode plate 8 and a negative electrode plate 9 having a certain area and a predetermined shape are alternately laminated with a separator 10 interposed therebetween.
At least one tab 11, 12 is provided on one electrode plate 8, 9.
(Positive electrode tab 11, negative electrode tab 12) are attached. The materials used and the method of forming the electrode plates 8 and 9 are the same as those of the electrode plates 2 and 3 in the wound body 1.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】 ここで、捲回体1や
積層体7を用いたEV・HEV用のリチウム二次電池で
は、長期間にわたって充放電を繰り返す必要があること
から、電池の充放電サイクル特性(充放電の繰り返しに
よる電池容量変化特性を指す。以下、「サイクル特性」
という。)の劣化をいかに小さく抑えて、電池寿命を延
命を可能とするかが重要な課題となる。Here, in a lithium secondary battery for EV / HEV using the wound body 1 and the laminated body 7, it is necessary to repeatedly charge and discharge for a long period of time. Discharge cycle characteristics (Refer to battery capacity change characteristics due to repeated charge / discharge.
That. An important issue is how to minimize the degradation of the above-mentioned) and extend the battery life.
【0008】 リチウム二次電池のサイクル特性は、捲
回体1や積層体7といった電極体の構成に大きく支配さ
れ、特に、電子伝導性が他の部材と比較して小さい正極
活物質の影響を大きく受ける。従って、正極活物質の結
晶構造を、いかに安定となるように形成するかが、高持
続性電池実現の鍵となる。[0008] The cycle characteristics of a lithium secondary battery are largely governed by the configuration of the electrode body such as the wound body 1 and the laminated body 7, and in particular, the influence of a positive electrode active material having a smaller electron conductivity than other members. Receive greatly. Therefore, how to form the crystal structure of the positive electrode active material so as to be stable is a key to realizing a highly sustainable battery.
【0009】 また、EV・HEVのモータ駆動には、
100〜300Vといった電圧が要求されることから、
複数の単電池を直列に接続してモジュールとして用いる
必要もある。この場合、各単電池には、同じ大きさの電
流が流れることとなるため、単電池毎の正極活物質の結
晶構造のばらつきが大きい場合には、内部抵抗の大きい
電池が発熱して機能しなくなり、結果的にモジュール全
体が機能しなくなるといった事態を招くおそれがある。
従って、単電池毎の結晶構造のばらつきを抑えること、
換言すれば、電極体の抵抗のばらつきを抑えることもま
た、極めて重要な課題となる。なお、EV用等に限定さ
れず、電池の内部抵抗を低減することは、充放電効率や
サイクル特性を良好に維持する点からも重要な課題であ
ることはいうまでもない。[0009] In addition, for EV / HEV motor drive,
Since a voltage of 100 to 300 V is required,
It is also necessary to connect a plurality of cells in series and use them as a module. In this case, since the same amount of current flows through each cell, if the crystal structure of the positive electrode active material varies greatly between cells, the cell having a large internal resistance generates heat and functions. This may cause a situation in which the entire module stops functioning.
Therefore, suppressing variation in the crystal structure of each cell,
In other words, suppressing the variation in the resistance of the electrode body is also a very important issue. It is needless to say that reduction of the internal resistance of the battery is not limited to EV use and the like, but is also an important issue from the viewpoint of maintaining good charge / discharge efficiency and cycle characteristics.
【0010】 本発明は上述した従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、正
極活物質の熱収縮率を所定値に収めることにより結晶構
造の劣化の小さいサイクル特性に優れたリチウム二次電
池を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a cycle in which the thermal contraction rate of a positive electrode active material is kept at a predetermined value so that the crystal structure is less deteriorated. An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having excellent characteristics.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、集電基板表面に電極活物質を形成してなる正負各電
極板をセパレータを介して捲回若しくは積層してなる電
極体を備え、非水電解液を用いたリチウム二次電池であ
って、該正極活物質の熱収縮率が6%以下であることを
特徴とするリチウム二次電池、が提供される。このと
き、該正極活物質の熱収縮率としては、3%以下である
と更に好ましい。That is, according to the present invention, there is provided an electrode body obtained by winding or laminating positive and negative electrode plates each having an electrode active material formed on the surface of a current collecting substrate with a separator interposed therebetween. And a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode active material has a heat shrinkage of 6% or less. At this time, the heat shrinkage of the positive electrode active material is more preferably 3% or less.
【0012】 このような本発明のリチウム二次電池に
好適に用いられる正極活物質は、一次粒子の形態として
主に平坦な結晶面から構成された略八面体形状を有する
ものである。また、使用される電極活物質には特に制限
はないが、正極活物質として、立方晶スピネル構造を有
するマンガン酸リチウムを用いると、結晶構造の劣化を
小さく抑えることができる。The positive electrode active material suitably used in such a lithium secondary battery of the present invention has a substantially octahedral shape mainly composed of flat crystal faces as primary particles. There is no particular limitation on the electrode active material used. However, when lithium manganate having a cubic spinel structure is used as the positive electrode active material, deterioration of the crystal structure can be suppressed to a small level.
【0013】 前記マンガン酸リチウムとしては、Li
/Mn比が、0.5超であることが好ましく、また、少
なくともマンガンの一部をチタンに置換したものである
ことが、更に好ましい。As the lithium manganate, Li
The / Mn ratio is preferably more than 0.5, and more preferably at least a part of manganese is replaced by titanium.
【0014】 前記マンガン酸リチウムの合成は、所定
比に調整された各元素の塩、及び/又は、酸化物の混合
物を、酸化雰囲気、650〜1000℃の範囲で、5〜
50時間かけて焼成して行われるが、ここで、焼成を2
回以上行うことにより、結晶特性の向上が図られる。こ
の場合には、焼成回数を重ねるたびに、焼成温度を前回
の焼成温度よりも高くすることが好ましく、更に各回の
焼成後に粉砕処理を行うと、組成の均一化が図られ好ま
しい。In the synthesis of the lithium manganate, a mixture of a salt and / or an oxide of each element adjusted to a predetermined ratio is mixed in an oxidizing atmosphere at a temperature of 650 to 1000 ° C. and a temperature of 5 to 1000 ° C.
The firing is performed for 50 hours.
By performing it twice or more times, the crystal characteristics can be improved. In this case, it is preferable that the firing temperature be higher than the previous firing temperature every time the firing is repeated, and that the pulverization treatment is performed after each firing, so that the composition can be made uniform, which is preferable.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明するが、本発明が以下の実
施の形態に限定されるものでないことはいうまでもな
い。本発明のリチウム二次電池は、集電基板表面に電極
活物質層を形成してなる正負各電極板をセパレータを介
して捲回若しくは積層してなる電極体を備え、非水電解
液を用いたものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments. The lithium secondary battery of the present invention includes an electrode body formed by winding or laminating positive and negative electrode plates each having an electrode active material layer formed on the surface of a current collecting substrate with a separator interposed therebetween, and using a non-aqueous electrolyte. It was what was.
【0016】 つまり本発明のリチウム二次電池は、先
に図1に示したように、集電用タブ(タブ)5・6が複
数取り付けられた電極板(正極板2、負極板3)2・3
をセパレータ4を介して巻芯13の外周に捲回してなる
捲回型電極体(捲回体)1、又は先に図2に示したよう
に、タブ11・12が取り付けられた電極板8・9(正
極板8、負極板9)を、セパレータ10を介しながら交
互に積層した積層型電極体(積層体)7を有する。That is, as shown in FIG. 1, the lithium secondary battery of the present invention has an electrode plate (positive electrode plate 2, negative electrode plate 3) to which a plurality of current collecting tabs (tabs) 5 and 6 are attached.・ 3
Electrode body (winding body) 1 obtained by winding the above around the outer periphery of a winding core 13 via a separator 4 or the electrode plate 8 to which the tabs 11 and 12 are attached as shown in FIG. A laminated electrode body (laminated body) 7 in which 9 (positive electrode plate 8 and negative electrode plate 9) are alternately laminated with a separator 10 interposed therebetween.
【0017】 捲回体1と積層体7は外観は異なるが、
用いられる材料に違いはないことから、以下、捲回体1
を例に本発明を説明することとする。先ず、正極板2は
集電基板の両面に正極活物質を塗工して、正極活物質層
を形成することによって作製される。集電基板として
は、アルミニウム箔やチタン箔等の正極電気化学反応に
対する耐蝕性が良好である金属箔が用いられるが、箔以
外にパンチングメタル或いはメッシュ(網)を用いるこ
ともできる。The wound body 1 and the laminate 7 have different appearances,
Since there is no difference in the materials used, the following wound body 1
The present invention will be described with reference to an example. First, the positive electrode plate 2 is manufactured by applying a positive electrode active material on both surfaces of a current collecting substrate to form a positive electrode active material layer. As the current collecting substrate, a metal foil having good corrosion resistance to a positive electrode electrochemical reaction such as an aluminum foil or a titanium foil is used, but a punching metal or a mesh (net) can be used instead of the foil.
【0018】 正極活物質としては、コバルト酸リチウ
ム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNi
O2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)等のリチ
ウム遷移金属複合酸化物が用いられるが、本発明におい
ては、特に、立方晶スピネル構造を有するマンガン酸リ
チウム(以下、「マンガン酸リチウムスピネル」と記
す。)が用いられ、他の正極活物質を用いた場合と比較
して、正極活物質層の抵抗を小さくすることができ、好
ましい。As the positive electrode active material, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO)
A lithium transition metal composite oxide such as O 2 ) and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) is used. In the present invention, in particular, lithium manganate having a cubic spinel structure (hereinafter referred to as “lithium manganate spinel”) is used. This is preferable because the resistance of the positive electrode active material layer can be reduced as compared with the case where another positive electrode active material is used.
【0019】 これら各種の正極活物質の集電基板(金
属箔)への塗工は、正極活物質粉末に溶剤やバインダ等
を添加して作製したスラリー或いはペースト(以下、
「スラリー等」という。)を、ロールコータ法等を用い
て、集電基板に塗布・乾燥することで行われる。なお、
正極活物質層の形成に当たっては、これら正極活物質粉
末にアセチレンブラック或いはカーボンブラック等の炭
素微粉末が導電助材として加えられる。The application of these various positive electrode active materials to the current collecting substrate (metal foil) is performed by adding a solvent or a binder to the positive electrode active material powder to prepare a slurry or paste (hereinafter, referred to as a slurry or paste).
It is called "slurry etc." ) Is applied to the current collecting substrate and dried using a roll coater method or the like. In addition,
In forming the positive electrode active material layer, fine carbon powder such as acetylene black or carbon black is added to the positive electrode active material powder as a conductive additive.
【0020】 負極板3は、正極板2と同様にして作製
することができる。負極板3の集電基板としては、銅箔
若しくはニッケル箔等の負極電気化学反応に対する耐蝕
性が良好な金属箔が好適に用いられる。負極活物質とし
ては、ソフトカーボンやハードカーボンといったアモル
ファス系炭素質材料や、人造黒鉛や天然黒鉛等の高黒鉛
化炭素質粉末が用いられる。このうち、本発明において
は、高黒鉛化炭素繊維が好適に用いられる。The negative electrode plate 3 can be manufactured in the same manner as the positive electrode plate 2. As the current collecting substrate of the negative electrode plate 3, a metal foil having good corrosion resistance to a negative electrode electrochemical reaction such as a copper foil or a nickel foil is suitably used. As the negative electrode active material, an amorphous carbonaceous material such as soft carbon or hard carbon, or a highly graphitized carbonaceous powder such as artificial graphite or natural graphite is used. Among them, in the present invention, highly graphitized carbon fibers are preferably used.
【0021】 セパレータ4としては、マイクロポアを
有するLiイオン透過性のポリエチレンフィルム(PE
フィルム)を、多孔性のLiイオン透過性のポリプロピ
レンフィルム(PPフィルム)で挟んだ三層構造とした
ものが好適に用いられる。これは、捲回体の温度が上昇
した場合に、PEフィルムが約130℃で軟化してマイ
クロポアが潰れ、Liイオンの移動即ち電池反応を抑制
する安全機構を兼ねたものである。そして、このPEフ
ィルムをより軟化温度の高いPPフィルムで挟持するこ
とによって、PEフィルムが軟化した場合においても、
PPフィルムが形状を保持して正極板2と負極板3の接
触・短絡を防止し、電池反応の確実な抑制と安全性の確
保が可能となる。As the separator 4, a Li ion-permeable polyethylene film having micropores (PE
Film) having a three-layer structure sandwiched between porous Li ion-permeable polypropylene films (PP films) is preferably used. When the temperature of the wound body rises, the PE film softens at about 130 ° C. and the micropores are crushed, which also serves as a safety mechanism for suppressing the movement of Li ions, that is, the battery reaction. And, even when the PE film is softened by sandwiching the PE film with a PP film having a higher softening temperature,
The PP film retains its shape and prevents contact / short circuit between the positive electrode plate 2 and the negative electrode plate 3, thereby making it possible to reliably suppress battery reaction and ensure safety.
【0022】 この電極板2・3とセパレータ4を巻芯
13周りに捲回する作業の際に、電極板2・3において
電極活物質の塗工されていない集電基板が露出した部分
に、タブ5・6がそれぞれ取り付けられる。つまり、電
極板2・3は、集電基材の幅方向の少なくとも一端に活
物質層が形成されていないストライプ構造とすることが
好ましい。なお、巻芯13は、金属、樹脂、セラミック
等種々の材質のものを用いることができ、導電性材料を
用いる場合には、電極板2・3との絶縁を確保しなけれ
ばならない。When the electrode plates 2 and 3 and the separator 4 are wound around the winding core 13, a portion of the electrode plates 2 and 3 where the current collector substrate on which the electrode active material is not applied is exposed, Tabs 5 and 6 are respectively attached. That is, it is preferable that the electrode plates 2 and 3 have a stripe structure in which the active material layer is not formed on at least one end in the width direction of the current collecting base material. The core 13 can be made of various materials such as metal, resin and ceramic. When a conductive material is used, it is necessary to ensure insulation from the electrode plates 2 and 3.
【0023】 タブ5・6としては、それぞれの電極板
2・3の集電基板と同じ材質からなる箔状のものが好適
に用いられる。タブ5・6の電極板2・3への取り付け
は、超音波溶接やスポット溶接等を用いて行うことがで
きる。このとき、図1に示されるように、捲回体1の一
端面に一方の電極のタブが配置されるようにタブ5・6
をそれぞれ取り付けると、タブ5・6間の接触を防止す
ることができ、好ましい。As the tabs 5 and 6, foil-like ones made of the same material as the current collecting substrate of each of the electrode plates 2 and 3 are preferably used. The tabs 5 and 6 can be attached to the electrode plates 2 and 3 using ultrasonic welding, spot welding, or the like. At this time, as shown in FIG. 1, the tabs 5 and 6 are arranged such that the tab of one electrode is arranged on one end surface of the wound body 1.
It is preferable to attach each of them to prevent contact between the tabs 5 and 6, which is preferable.
【0024】 電池の組立に当たっては、先ず、電流を
外部に取り出すための正負極端子とタブ5・6との導通
をそれぞれ確保しつつ、作製された捲回体1を電池ケー
スに挿入して安定な位置にホールドする。その後、非水
電解液を含浸させた後に、電池ケースを封止することで
電池を作製することができる。本発明において、電池ケ
ースの形状や構造、或いは捲回体1におけるタブ5・6
と正負極端子との接続の形態には何ら制限がないことは
いうまでもない。In assembling the battery, first, while ensuring conduction between the positive and negative terminals for taking out current to the outside and the tabs 5 and 6 respectively, the manufactured wound body 1 is inserted into the battery case to be stable. Hold in a proper position. After that, the battery case can be sealed by impregnating with a non-aqueous electrolyte and then sealing the battery case. In the present invention, the shape and structure of the battery case, or the tabs 5 and 6 in the wound body 1 are used.
Needless to say, there is no limitation on the form of connection between the terminal and the positive and negative terminals.
【0025】 なお、非水電解液としては、六フッ化リ
ン酸リチウム(LiPF 6)やホウフッ化リチウム(L
iBF4)等のリチウム錯体フッ素化合物、或いは過塩
素酸リチウム(LiClO4)といったリチウムハロゲ
ン化物等から選ばれた1種類若しくは2種類以上の電解
質を、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボ
ネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、
プロピレンカーボネート(PC)といった炭酸エステル
系溶媒やγ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ア
セトニトリル等の単独溶媒若しくは混合溶媒に溶解して
なるものが好適に用いられる。As the non-aqueous electrolyte, lithium hexafluoride
Lithium phosphate (LiPF 6) Or lithium borofluoride (L
iBFFour) And other lithium complex fluorine compounds or persalts
Lithium citrate (LiClOFour) Such as lithium halide
Of one or more types selected from oxides
The quality is ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate
Nate (DEC), dimethyl carbonate (DMC),
Carbonic esters such as propylene carbonate (PC)
Solvent, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran,
Dissolved in a single solvent such as cetonitrile or a mixed solvent
Are preferably used.
【0026】 さて、上述した種々の材料を用いて形成
されたリチウム二次電池のサイクル特性は、電子伝導性
が他の材料と比較して小さい正極活物質の影響を大きく
受けることから、本発明においては、非水電解液を含浸
していない状態における正極活物質層の厚み方向の熱収
縮率が6%以下である正極板を用いる。捲回体を作製す
る前に、熱収縮率を確認しておくことにより、充放電に
よる結晶構造の劣化が小さく出力特性や充放電サイクル
に対する耐久性に優れた電池を得ることが可能となる。
更に、熱収縮率は3%以下であると、より好ましい。The cycle characteristics of a lithium secondary battery formed using the above-described various materials are greatly influenced by a positive electrode active material whose electron conductivity is small as compared with other materials. In the above, a positive electrode plate having a heat shrinkage of 6% or less in the thickness direction of the positive electrode active material layer in a state not impregnated with the nonaqueous electrolyte is used. By confirming the heat shrinkage before manufacturing the rolled body, it becomes possible to obtain a battery which has a small deterioration of the crystal structure due to charge and discharge and has excellent output characteristics and durability against charge and discharge cycles.
Further, the heat shrinkage is more preferably 3% or less.
【0027】 後述する実施例にも示されるように、こ
のような条件が満たされた場合に、正極活物質の結晶構
造の劣化が抑制され、電池特性の向上が図られる。具体
的には、本発明による熱膨張率は、「理学電気株式会社
製、高精度熱膨張計 I・2F−TMA/S型式(標準
形)」により求めて決定された値である。As will be described in Examples described later, when such conditions are satisfied, deterioration of the crystal structure of the positive electrode active material is suppressed, and battery characteristics are improved. More specifically, the coefficient of thermal expansion according to the present invention is a value determined and determined by a “high-precision thermal dilatometer I.2F-TMA / S model (standard type) manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.”.
【0028】 従って、熱膨張率を、その他の解析方法
によって求めた場合には、本発明での規定値と異なって
くる場合があるが、本発明の趣旨がこのような解析方法
の違いによる影響を受けないことはいうまでもない。Therefore, when the coefficient of thermal expansion is obtained by another analysis method, the value may be different from the specified value in the present invention. However, the gist of the present invention is affected by such a difference in the analysis method. Needless to say, they will not receive it.
【0029】 熱収縮率が6%以下となるような正極活
物質としては、詳しくは後述するが、一次粒子の形態と
して主に平坦な結晶面から構成された略八面体形状を有
するものが、結晶構造的に安定であり好適である。As the positive electrode active material having a heat shrinkage ratio of 6% or less, a material having a substantially octahedral shape mainly composed of flat crystal faces as primary particles is described later. The crystal structure is stable and suitable.
【0030】 具体的には、正極活物質として、立方晶
スピネル構造を有するマンガン酸リチウムを好適に用い
ることができる。立方晶スピネル構造を有するマンガン
酸リチウムは、化学量論組成はLiMn2O4で表される
が、実際には、このような化学量論組成に限られず、遷
移元素であるMnの一部を1種類以上の元素Mで置換し
たLiMXMn2-XO4(xは置換基を表す。)も好適に
用いられる。このような元素置換を行った場合には、そ
のLi/Mn比は、MnをLiで置換したLi過剰の場
合には(1+x)/(2−x)となり、また、Li以外
の置換元素Mで置換した場合には1/(2−x)となる
ので、いずれの場合であっても常にLi/Mn比>0.
5となる。Specifically, as the positive electrode active material, lithium manganate having a cubic spinel structure can be suitably used. Lithium manganate having a cubic spinel structure has a stoichiometric composition represented by LiMn 2 O 4 , but is not actually limited to such a stoichiometric composition, and a part of Mn that is a transition element 1 LiM X Mn 2-X O 4 was substituted with or more elements M (x represents a substituent.) is also suitably used. When such an element substitution is performed, the Li / Mn ratio becomes (1 + x) / (2-x) when the Mn is replaced with Li, and when the Li is excessive, the substitution element M other than Li When the substitution is made, the ratio is 1 / (2-x), so that in any case, the Li / Mn ratio is always greater than 0.1.
It becomes 5.
【0031】 LiMn2O4の中でも、特に、Li/M
n比が0.5より大きいものを用いると、化学量論組成
のものを用いた場合と比較して、結晶構造がさらに安定
化され、サイクル特性に優れる電池を得ることができ、
好ましい。Among LiMn 2 O 4 , particularly, Li / M
When the n ratio is larger than 0.5, the crystal structure is further stabilized as compared with the case where the stoichiometric composition is used, and a battery having excellent cycle characteristics can be obtained.
preferable.
【0032】 ここで、置換元素Mとしては、Li、F
e、Mn、Ni、Mg、Zn、B、Al、Co、Cr、
Si、Ti、Sn、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo、
Wが挙げられる。なお、置換元素Mにあっては、理論
上、Liは+1価、Fe、Mn、Ni、Mg、Znは+
2価、B、Al、Co、Crは+3価、Si、Ti、S
nは+4価、P、V、Sb、Nb、Taは+5価、M
o、Wは+6価のイオンとなり、LiMn2O4中に固溶
する元素であるが、Co、Snについては+2価の場
合、Fe、Sb及びTiについては+3価の場合、Mn
については+3価、+4価の場合、Crについては+4
価、+6価の場合もあり得る。従って、各種の置換元素
Mは混合原子価を有する状態で存在する場合があり、ま
た、酸素の量については、必ずしも理論化学組成で表さ
れるように4であることを必要とせず、結晶構造を維持
するための範囲内で欠損して、あるいは過剰に存在して
いても構わない。Here, as the substitution element M, Li, F
e, Mn, Ni, Mg, Zn, B, Al, Co, Cr,
Si, Ti, Sn, P, V, Sb, Nb, Ta, Mo,
W. In addition, in the substitution element M, Li is +1 valence theoretically, and Fe, Mn, Ni, Mg, Zn are +
Divalent, B, Al, Co, Cr are trivalent, Si, Ti, S
n is +4, P, V, Sb, Nb and Ta are +5, M
o and W are +6 valent ions and are elements which form a solid solution in LiMn 2 O 4. Co and Sn are +2 valent, and Fe, Sb and Ti are +3 valent.
For +3 and +4, for Cr +4
Valence, +6 valence. Therefore, the various substitution elements M may exist in a state having a mixed valence, and the amount of oxygen does not necessarily need to be 4 as represented by the theoretical chemical composition, and the crystal structure May be deficient or excessive in the range for maintaining the above.
【0033】 そして、このような組成と結晶構造を有
する正極活物質は、さらに、図3のSEM観察による写
真(以下、「SEM写真」という。)に観られる粒子構
造(粒子形態)の通り、一次粒子が主に平坦な結晶面か
ら構成され、ほとんどの一次粒子が略八面体形状を有す
る。つまり、一次粒子の表面は、平滑な結晶面が互いに
交差して明瞭な稜線が形成され、その形状は立方晶スピ
ネル構造の自形である八面体に近い形状を有している。The positive electrode active material having such a composition and a crystal structure further has a particle structure (particle form) as shown in a photograph (hereinafter, referred to as “SEM photograph”) obtained by SEM observation in FIG. Primary particles are mainly composed of flat crystal faces, and most of the primary particles have a substantially octahedral shape. That is, on the surface of the primary particles, smooth crystal planes intersect each other to form a clear ridge line, and the shape has a shape close to an octahedron which is an automorphic cubic spinel structure.
【0034】 ここで、図3に観察される一次粒子に
は、八面体の4面が交差して形成される頂点が完全には
形成されずに、面もしくは稜の形で形成されているもの
や、八面体の2面が交差して形成される稜の部分に他の
結晶面が現れているもの、さらには、ある一次粒子どう
しが結晶面を共有し、あるいは一次粒子の表面の一部か
ら他の一次粒子結晶が成長しているものも観察される。
しかしながら、このような一次粒子の形状は、完全な八
面体ではないものの、概略、八面体形状とみなすことが
できる。つまり、本発明における「略八面体形状」に
は、このような種々の形状が含まれることはいうまでも
なく、これらの形状の一部が欠けて、あるいは一次粒子
どうしが複雑に結晶面を共有して多面体を形成している
ものも含まれる。Here, the primary particles observed in FIG. 3 are those in which the vertices formed by intersecting the four faces of the octahedron are not completely formed, but are formed in the form of faces or edges. Or, another crystal plane appears at the ridge formed by the intersection of two octahedrons, or a certain primary particle shares the crystal plane, or a part of the surface of the primary particle , Another primary grain crystal is also observed.
However, although the shape of such primary particles is not a perfect octahedron, it can be generally regarded as an octahedral shape. In other words, it goes without saying that the “substantially octahedral shape” in the present invention includes such various shapes, and some of these shapes are missing or primary particles complicately form crystal faces. Those that share and form a polyhedron are also included.
【0035】 なお、本発明のリチウム二次電池の正極
活物質は、主に上記形態を有する一次粒子からなること
が好ましいとするものであって、全ての一次粒子が略八
面体形状を有していなければならないわけではない。こ
のことは、一般的に、結晶面の成長が、原料粒径、原料
中不純物、合成時の炉内温度分布等の影響を受けて一様
に起こらない場合が生じ得ることからも、理解されるべ
きである。Note that the positive electrode active material of the lithium secondary battery of the present invention is preferably composed mainly of primary particles having the above-described form, and all the primary particles have a substantially octahedral shape. It doesn't have to be. This is understood from the fact that, in general, the growth of the crystal plane may not occur uniformly due to the influence of the raw material particle size, the impurities in the raw material, the temperature distribution in the furnace during synthesis, and the like. Should be.
【0036】 次に、上述した熱収縮率を有するLiM
n2O4スピネルの合成方法について説明する。合成原料
としては、各元素(元素置換を行う場合には置換元素M
を含む)の塩、及び/又は、酸化物が用いられる。各元
素の塩は特に限定されるものではないが、原料として純
度が高くしかも安価なものを使用することが好ましいこ
とはいうまでもない。また、昇温時や焼成時に有害な分
解ガスが発生しない炭酸塩、水酸化物、有機酸塩を用い
ることが好ましい。但し、硝酸塩や塩酸塩、硫酸塩を用
いることもできる。なお、Li原料については、通常、
酸化物Li2Oは化学的に不安定なため使用されること
は少なく、水酸化物や炭酸塩が好適に用いられる。Next, LiM having the above-mentioned heat shrinkage rate
A method for synthesizing n 2 O 4 spinel will be described. As the synthesis raw material, each element (substitution element M when element substitution is performed)
And / or oxides thereof. The salt of each element is not particularly limited, but it goes without saying that it is preferable to use a high-purity and inexpensive raw material. Further, it is preferable to use a carbonate, a hydroxide, or an organic acid salt which does not generate harmful decomposition gas at the time of raising the temperature or firing. However, nitrates, hydrochlorides and sulfates can also be used. In addition, about a Li raw material, usually,
Oxide Li 2 O is rarely used because it is chemically unstable, and hydroxide and carbonate are preferably used.
【0037】 このような原料を所定比に混合したもの
を、先ず酸化雰囲気、650〜1000℃の範囲で、5
〜50時間かけて焼成する。ここで、酸化雰囲気とは、
一般に炉内試料が酸化反応を起こす酸素分圧を有する雰
囲気を指し、具体的には、大気雰囲気、酸素雰囲気等が
該当する。A mixture of such raw materials at a predetermined ratio is first mixed in an oxidizing atmosphere at 650 to 1000 ° C. for 5 minutes.
Bake for ~ 50 hours. Here, the oxidizing atmosphere is
Generally, it refers to an atmosphere having an oxygen partial pressure at which an in-furnace sample causes an oxidation reaction, and specifically, an air atmosphere, an oxygen atmosphere, or the like.
【0038】 この第1回目の焼成後においては、組成
の均一性が必ずしも良好ではなく、結晶子は小さく、格
子歪みも大きなものとなり易い。しかし、Li/Mn比
>0.5を満足する場合、即ち、化学量論組成に対して
Mnの元素置換を行った場合、特にLiやTiによりM
nの一部を置換してなるLi過剰の組成においては、1
回の焼成によって結晶子サイズ、及び/又は、格子歪み
が、所定の条件を満足しやすくなることが実験的に確認
された。この理由は明らかではないが、置換元素Mの添
加によって結晶格子の安定化が図られ、また、合成時の
相雰囲気が変化して結晶成長に適した雰囲気、例えば、
液相雰囲気や気相雰囲気が現出しやすくなっていること
によるものと推測される。After the first baking, the uniformity of the composition is not always good, the crystallite is small, and the lattice distortion tends to be large. However, when Li / Mn ratio> 0.5 is satisfied, that is, when the stoichiometric composition is replaced with Mn element, Li or Ti particularly
In an excess Li composition obtained by partially substituting n, 1
It has been experimentally confirmed that the crystallite size and / or lattice strain can be more easily satisfied with the predetermined conditions by sintering twice. Although the reason for this is not clear, the addition of the substitution element M stabilizes the crystal lattice, and changes the phase atmosphere during synthesis to change the atmosphere suitable for crystal growth, for example,
It is presumed that the liquid-phase atmosphere and the gas-phase atmosphere are likely to appear.
【0039】 このように、一部の組成では、1回の焼
成によって結晶子サイズ、及び/又は、格子歪みを所定
条件のものとすることができるが、合成条件の組成依存
性を小さくするためには、焼成を複数回に分けて行うこ
とが好ましい。この場合において、組成の均一性の観点
から、第1回目の焼成後に粉砕処理を行い、その上で第
2回目以降の焼成を行うことが、更に好ましい。焼成回
数は、大きくは焼成温度と焼成時間に依存し、焼成温度
が低い場合、及び/又は、焼成時間が短い場合には、多
くの焼成回数を必要とする。また、置換元素Mの種類に
よっては、組成の均一化の観点から、焼成回数を多くす
ることが好ましい場合もある。この場合は置換元素Mの
添加によって、結晶成長に適する相雰囲気が形成され難
いと考えられる場合である。As described above, in some compositions, the crystallite size and / or the lattice strain can be made to satisfy predetermined conditions by one firing, but in order to reduce the composition dependency of the synthesis conditions. In this case, it is preferable to perform the firing in a plurality of times. In this case, from the viewpoint of uniformity of the composition, it is more preferable to perform a pulverization treatment after the first baking, and then perform the second and subsequent baking. The number of firings largely depends on the firing temperature and the firing time. When the firing temperature is low and / or when the firing time is short, many firings are required. Also, depending on the type of the substitution element M, it may be preferable to increase the number of firings from the viewpoint of making the composition uniform. In this case, it is considered that it is difficult to form a phase atmosphere suitable for crystal growth by adding the substitution element M.
【0040】 但し、焼成回数を多くすることは、それ
だけ生産工程が長くなることを意味するため、焼成回数
は必要最小限に止めることが好ましい。このような複数
回の焼成を行って得られた試料は、1回の焼成を行って
得られた試料よりも、XRDチャート上でのピーク形状
が鋭く突出していることから、結晶性の向上が図られて
いることを確認することができる。However, since increasing the number of firings means that the production process becomes longer, it is preferable to keep the number of firings to the minimum necessary. Since the sample obtained by performing such multiple firings has a sharper peak shape on the XRD chart than the sample obtained by performing single firing, the crystallinity is improved. It can be confirmed that it is planned.
【0041】 粉砕処理は各回の焼成後に行うがその方
法に限定はなく、例えばボールミルや振動ミル、気流粉
砕機等を用いて行うことができる。粉砕処理は、また、
粒径の均一化にも寄与するが、組成の均一化の効果を十
分に得るためには、粉砕処理は、粉砕試料の平均粒径が
10μm以下となるように行うことが好ましい。なお、
この場合の平均粒径は、粉体を蒸留水に超音波分散し、
レーザ回折法を用いて測定した値である。The pulverization treatment is performed after each firing, but the method is not limited, and for example, can be performed using a ball mill, a vibration mill, an airflow pulverizer, or the like. The grinding process also
Although it also contributes to the uniformity of the particle size, it is preferable to perform the pulverization treatment so that the average particle size of the pulverized sample is 10 μm or less in order to sufficiently obtain the effect of the uniformity of the composition. In addition,
The average particle size in this case, the powder is ultrasonically dispersed in distilled water,
This is a value measured using a laser diffraction method.
【0042】 なお、焼成温度が600℃未満と低い場
合には、焼成物のXRDチャートに原料の残留を示すピ
ーク、例えばリチウム源として炭酸リチウム(Li2C
O3)を用いた場合にはLi2CO3のピークが観察さ
れ、単相生成物が得られない。一方、焼成温度が100
0℃より高い場合には、目的とする結晶系の化合物以外
に、高温相が生成し、単相生成物が得られなくなる。When the firing temperature is as low as less than 600 ° C., a peak indicating the residual raw material in the XRD chart of the fired product, for example, lithium carbonate (Li 2 C
When O 3 ) is used, a peak of Li 2 CO 3 is observed, and a single-phase product cannot be obtained. On the other hand, if the firing temperature is 100
When the temperature is higher than 0 ° C., a high-temperature phase is generated in addition to the target crystalline compound, and a single-phase product cannot be obtained.
【0043】 以上の通り、本発明の条件を満足する熱
収縮率が6%以下である正極活物質を用いることによ
り、正極活物質の結晶構造の安定化が図られ、充放電に
伴う結晶構造の劣化が改善されて、電池の充放電効率の
劣化が抑制される。こうして、充放電の繰り返しによる
経時的な電池容量の減少が抑制されるという優れた効果
が得られる。As described above, by using the positive electrode active material satisfying the conditions of the present invention and having a heat shrinkage of 6% or less, the crystal structure of the positive electrode active material is stabilized, and the crystal structure accompanying charge / discharge is achieved. Is improved, and the deterioration of the charge / discharge efficiency of the battery is suppressed. In this way, an excellent effect of suppressing a reduction in battery capacity over time due to repeated charging and discharging is obtained.
【0044】[0044]
【実施例】 以下、本発明を実施例に基づいて、更に詳
細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
【0045】(正極活物質LiMn2O4等の合成)出発
原料として、市販のLi2CO3、MnO2、TiO2、M
gOの粉末を用い、表1に示す実施例1〜3及び比較例
1の組成となるように秤量、混合し、大気雰囲気で、同
じく表1記載の1回目焼成条件にて焼成した。実施例2
については1回目の焼成により得られた粉末を試料とし
た。一方、実施例1、実施例3及び比較例1について
は、1回目の焼成の後に、表1記載の2回目焼成条件に
て焼成を行い、試料を得た。なお、MgとTiについて
は、その混合比を、Mg:Ti=1:1とした。(Synthesis of Positive Electrode Active Material LiMn 2 O 4, etc.) As starting materials, commercially available Li 2 CO 3 , MnO 2 , TiO 2 , M
gO powder was weighed and mixed so as to have the compositions of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 shown in Table 1 and fired in the air under the first firing conditions also shown in Table 1. Example 2
For, the powder obtained by the first baking was used as a sample. On the other hand, in Example 1, Example 3, and Comparative Example 1, after the first firing, firing was performed under the second firing conditions shown in Table 1 to obtain samples. In addition, about Mg and Ti, the mixing ratio was set to Mg: Ti = 1: 1.
【0046】[0046]
【表1】 [Table 1]
【0047】(正極材料の熱膨張測定)得られた各種試
料の熱膨張率は、高精度熱膨張計(IS・2F−TMA
/S型式(標準形)、理学電気株式会社製)を用いて、
測定温度範囲R.T.〜1000℃、昇温速度5℃/m
in、温度制御用熱電対PtRh13%R種、大気雰囲
気下にて、示差膨張測定方式により測定した。なお、熱
膨張率の決定に当たっては透明石英(熱分析用)を外部
標準試料として使用した。測定試料を透明石英5mmφ
×50mmの試料容器に入れて、標準試料である透明石
英をそれぞれ装置にセットし、測定を開始した。これに
より、熱膨張曲線が得られた。(Measurement of Thermal Expansion of Positive Electrode Material) The coefficients of thermal expansion of the obtained various samples were measured with a high-precision thermal dilatometer (IS.2F-TMA).
/ S model (standard type), manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.)
Measurement temperature range R. T. ~ 1000 ° C, heating rate 5 ° C / m
in, a thermocouple for temperature control PtRh13% R type, measured by a differential expansion measurement method in an air atmosphere. In determining the coefficient of thermal expansion, transparent quartz (for thermal analysis) was used as an external standard sample. Measurement sample is transparent quartz 5mmφ
Each sample was placed in a sample container of 50 mm, transparent quartz as a standard sample was set in the apparatus, and measurement was started. As a result, a thermal expansion curve was obtained.
【0048】(正極材料の熱収縮率算出方法)熱膨張率
は、図4(a)に示すようにして基準を定め、以下の
(1)〜(4)の通りにして求めた。(1)熱膨張率曲
線の最大膨張率の温度をT1とし、その時の膨張率をL
1とした。(2)試料が最大熱膨張率を示した後、収縮
が始まり、T1より100℃高い温度をT2とし、T2
での膨張率をL2とした。(3)膨張率のL1とL2の
差をとり、その差をΔL(=L1−L2)とした。
(4)ΔL/L1(%)により熱収縮率を算出した。(Method of Calculating Thermal Shrinkage of Positive Electrode Material) The coefficient of thermal expansion was determined as shown in the following (1) to (4) by defining a reference as shown in FIG. (1) Let T1 be the temperature of the maximum expansion coefficient of the thermal expansion coefficient curve, and let L be the expansion coefficient at that time.
It was set to 1. (2) After the sample shows the maximum coefficient of thermal expansion, contraction starts, and a temperature 100 ° C. higher than T1 is defined as T2, and T2
The expansion coefficient at was defined as L2. (3) The difference between the expansion coefficients L1 and L2 was determined, and the difference was defined as ΔL (= L1−L2).
(4) The heat shrinkage was calculated from ΔL / L1 (%).
【0049】(電池の作製)作製した各種の試料と導電
材たるアセチレンブラック粉末、並びに結着剤たるポリ
フッ化ビニリデンを、重量比で50:2:3の比で混合
し、正極材料を作製した。その正極材料0.02gを3
00kg/cm2の圧力で直径20mmφの円板状にプ
レス成形し、正極とした。この正極と、エチレンカーボ
ネートとジエチルカーボネートが等体積比で混合された
有機溶媒に電解質としてのLiPF6を1mol/Lの
濃度となるように溶解して作製した電解液、カーボンか
らなる負極、及び正極を隔てるセパレータとを用いてコ
インセルを作製した。(Preparation of Battery) Various prepared samples, acetylene black powder as a conductive material, and polyvinylidene fluoride as a binder were mixed at a weight ratio of 50: 2: 3 to prepare a positive electrode material. . 0.02 g of the positive electrode material
It was press-formed into a disc having a diameter of 20 mmφ under a pressure of 00 kg / cm 2 to obtain a positive electrode. A negative electrode composed of an electrolyte prepared by dissolving LiPF 6 as an electrolyte at a concentration of 1 mol / L in an organic solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed at an equal volume ratio to a concentration of 1 mol / L; A coin cell was prepared using a separator separating the cells.
【0050】(サイクル特性の評価方法)次に、コイン
セル型電池におけるサイクル試験について説明する。本
発明においては、作製したコインセルを、正極活物質の
容量に応じて、1C相当の電流で電圧4.1Vになるま
で定電流−定電圧充電後、同じく1C相当の電流で定電
流放電し、電圧が2.5Vになるまで放電させるパター
ンに設定し、この充放電サイクルを1サイクルとして、
これを繰り返すことにより試験を行った。なお、サイク
ル特性(%)の評価は、100サイクル目の放電容量を
1サイクル目(初回)の放電容量で除することで容量割
合を求めて検討した。結果は表2に示す。(Method for Evaluating Cycle Characteristics) Next, a cycle test in a coin cell type battery will be described. In the present invention, according to the capacity of the positive electrode active material, the produced coin cell is charged at a constant current-constant voltage until a voltage of 4.1 V is reached at a current corresponding to 1 C, and then discharged at a constant current also at a current equivalent to 1 C, A pattern for discharging until the voltage becomes 2.5 V is set, and this charge / discharge cycle is defined as one cycle.
The test was performed by repeating this. The cycle characteristics (%) were evaluated by calculating the capacity ratio by dividing the discharge capacity at the 100th cycle by the discharge capacity at the first cycle (first time). The results are shown in Table 2.
【0051】[0051]
【表2】 [Table 2]
【0052】(試験結果)実施例1と比較例1の熱膨張
曲線を図4(b)、図4(c)に示す。表2から分かる
ように、本発明に係る実施例1〜3の電池は、100回
のサイクル試験において、80%以上の容量保持率を達
成し、熱収縮率が6%を超えている比較例1よりも良好
な充放電サイクル特性を発揮した。これは、本発明にお
ける熱収縮率の小さい正極活物質は、その結晶の構成元
素間の結合力が強いことから、結晶構造が安定であり、
Liイオンの挿入・離脱による充放電に伴う正極活物質
の結晶構造の劣化が抑制された結果、充放電サイクル寿
命が向上したものと考えられる。(Test Results) The thermal expansion curves of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c). As can be seen from Table 2, the batteries of Examples 1 to 3 according to the present invention achieved a capacity retention of 80% or more and a heat shrinkage of more than 6% in 100 cycle tests. The charge / discharge cycle characteristics better than No. 1 were exhibited. This is because the positive electrode active material having a small heat shrinkage in the present invention has a strong bonding force between the constituent elements of the crystal, so that the crystal structure is stable,
It is considered that the deterioration of the crystal structure of the positive electrode active material due to charge / discharge due to insertion / removal of Li ions was suppressed, so that the charge / discharge cycle life was improved.
【0053】 また、比較例1は、Li/Mn比は0.
5であるのに対し、実施例1〜3は0.5超であること
から、Li/Mn比が0.5超であるマンガン酸リチウ
ムは、熱収縮率も小さく結晶構造の安定であることを示
す結果となった。更に、実施例1、2と実施例3の比較
により、複合置換されたマンガン酸リチウムは、Liリ
ッチ系よりも優れた充放電サイクル特性を示す結果とな
った。また、実施例1と実施例2の比較により、1回よ
り2回焼成を行うと正極活物質の熱収縮率が小さくな
り、充放電サイクルが優れる結果となった。これは、2
回焼成することで、組成がより均一になり、結晶性が良
くなって構成元素間の結合力がより強くなったためと考
えられる。In Comparative Example 1, the Li / Mn ratio was 0.1.
In contrast, the lithium manganate having an Li / Mn ratio of more than 0.5 has a small heat shrinkage rate and a stable crystal structure, as compared with Example 5. Was obtained. Further, a comparison between Examples 1 and 2 and Example 3 showed that the compound-substituted lithium manganate exhibited better charge / discharge cycle characteristics than the Li-rich type. In addition, according to the comparison between Example 1 and Example 2, when the firing was performed twice more than once, the heat shrinkage of the positive electrode active material was reduced, and the result was that the charge / discharge cycle was excellent. This is 2
It is considered that the composition was made more uniform, the crystallinity was improved, and the bonding force between the constituent elements became stronger by performing the firing twice.
【0054】[0054]
【発明の効果】 上述の通り、本発明のリチウム二次電
池によれば、結晶構造の安定性が改善された熱収縮率の
小さい正極活物質を用いることによって電池の充放電の
際のLiイオンの挿入・離脱の改善が図られ、これによ
り充放電サイクル特性の向上が図られるという優れた効
果を奏する。As described above, according to the lithium secondary battery of the present invention, the use of a positive electrode active material having improved crystal structure stability and a small heat shrinkage ratio allows the use of Li ions during charging and discharging of the battery. This leads to an excellent effect of improving the insertion / removal of, thereby improving the charge / discharge cycle characteristics.
【図1】 捲回型内部電極体の構造を示す斜視図であ
る。FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a wound internal electrode body.
【図2】 積層型内部電極体の構造を示す斜視図であ
る。FIG. 2 is a perspective view showing a structure of a laminated internal electrode body.
【図3】 本発明のリチウム二次電池に好適に用いられ
る正極活物質の粒子構造の一形態を示すSEM写真であ
る。FIG. 3 is an SEM photograph showing one mode of a particle structure of a positive electrode active material suitably used for a lithium secondary battery of the present invention.
【図4】 本発明における熱膨張率曲線(a)模式図、
(b)実施例1、(c)比較例1である。FIG. 4 is a schematic diagram of a thermal expansion coefficient curve (a) in the present invention;
(B) Example 1 and (c) Comparative Example 1.
1…捲回型電極体、2…正極板、3…負極板、4…セパ
レータ、5…正極用タブ、6…負極用タブ、7…積層型
電極体、8…正極板、9…負極板、10…セパレータ、
11…正極用タブ、12…負極用タブ、13…巻芯。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wound electrode body, 2 ... Positive electrode plate, 3 ... Negative electrode plate, 4 ... Separator, 5 ... Positive electrode tab, 6 ... Negative electrode tab, 7 ... Laminated electrode body, 8 ... Positive electrode plate, 9 ... Negative electrode plate , 10 ... separator,
11: tab for positive electrode, 12: tab for negative electrode, 13: core.
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Claims (10)
る正負各電極板をセパレータを介して捲回若しくは積層
してなる電極体を備え、非水電解液を用いたリチウム二
次電池であって、 当該正極活物質の熱収縮率が6%以下であることを特徴
とするリチウム二次電池。A lithium secondary battery comprising an electrode body formed by winding or laminating positive and negative electrode plates each having an electrode active material formed on the surface of a current collecting substrate with a separator interposed therebetween, and using a non-aqueous electrolyte. A lithium secondary battery, wherein the heat shrinkage of the positive electrode active material is 6% or less.
あることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電
池。2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the heat shrinkage of the positive electrode active material is 3% or less.
主に平坦な結晶面から構成された略八面体形状を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウム二次
電池。3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material has a substantially octahedral shape mainly composed of flat crystal faces as primary particles.
リチウムを前記正極活物質に用いてなることを特徴とす
る請求項1、2又は3に記載のリチウム二次電池。4. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein lithium manganate having a cubic spinel structure is used as the positive electrode active material.
Mn比が、0.5超であることを特徴とする請求項4に
記載のリチウム二次電池。5. The method according to claim 5, wherein Li /
The lithium secondary battery according to claim 4, wherein the Mn ratio is more than 0.5.
マンガンの一部をチタンに置換したものであることを特
徴とする請求項4又は5に記載のリチウム二次電池。6. The lithium secondary battery according to claim 4, wherein the lithium manganate is obtained by replacing at least a part of manganese with titanium.
整された各元素の塩、及び/又は、酸化物の混合物を、
酸化雰囲気、650〜1000℃の範囲で、5〜50時
間かけて焼成して得られたものであることを特徴とする
請求項4〜6のいずれか1項に記載のリチウム二次電
池。7. The lithium manganate is a salt and / or oxide mixture of each element adjusted to a predetermined ratio,
The lithium secondary battery according to any one of claims 4 to 6, which is obtained by firing in an oxidizing atmosphere at a temperature of 650 to 1000 ° C for 5 to 50 hours.
少なくとも2回以上行って得られたものであることを特
徴とする請求項4〜7のいずれか1項に記載のリチウム
二次電池。8. The lithium secondary battery according to claim 4, wherein the lithium manganate is obtained by performing the firing at least twice or more.
重ねるたびに、焼成温度を逐次高くして得られたもので
あることを特徴とする請求項4〜8のいずれか1項に記
載のリチウム二次電池。9. The lithium according to claim 4, wherein the lithium manganate is obtained by successively increasing the firing temperature each time the firing is repeated. Rechargeable battery.
のであることを特徴とする請求項9に記載のリチウム二
次電池。10. The lithium secondary battery according to claim 9, wherein a pulverization process is performed after each firing.
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