JP4032744B2 - Positive electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池に使用する正極活物質及びこの正極活物質を用いた非水電解質二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、二次電池の需要は、カメラ一体型VTR、携帯電話、ラップトップコンピュータ等のポータブル電子機器が多く登場し、急速に拡大している。二次電池は、これらの電子機器の小型軽量化に伴い、ポータブル電源としてエネルギー密度を向上させることが必要とされている。二次電池の中でも、リチウムイオン二次電池は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池及びニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため期待されている。
【0003】
リチウムイオン二次電池は、正極活物質として層状構造からなるリチウム・コバルト複合酸化物、スピネル構造を有するリチウム・マンガン複合酸化物、リチウム・ニッケル複合酸化物等が実用化されている。
【0004】
リチウム・コバルト複合酸化物は、充電容量や熱的安定性等の物理的性質とコストのバランスが最も良く、幅広く利用されている。しかしながら、リチウム・コバルト複合酸化物は、コバルトの採掘量が少ないため高価格である。その為、リチウム・コバルト複合酸化物には、より安価でかつ高容量の代替物質が求められている。スピネル構造のリチウム・マンガン複合酸化物は、他のコバルト酸化物やニッケル酸化物と比べて充電容量が低く、高温保存特性も若干悪いといったことがある。
【0005】
リチウム・ニッケル複合酸化物は、原料の価格や供給安定性の面ではリチウム・コバルト複合酸化物より優れており期待されている。しかしながら、リチウム・ニッケル複合酸化物は、結晶構造の安定性が低いため、充放電容量及びエネルギー密度の低下や高温環境下での充放電サイクル特性の劣化といった問題がある。従って、リチウム・ニッケル複合酸化物は、結晶構造の安定性を図り、充放電容量及びエネルギー密度の低下を抑制することができれば、上述したように原料の価格や供給安定性の面で優れているため今後有望な材料である。
【0006】
リチウム・ニッケル複合酸化物の結晶構造の安定化に関しては、異種元素を固溶置換する方法等が提案されている。また、リチウム・ニッケル複合酸化物は、安定な結晶構造を形成しているスピネル構造のリチウム・マンガン複合酸化物を混合する方法が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の電子機器等の高密度化や集積回路等の高速化、又は携帯機器等に求められる耐環境性に対応するためには、上述した固溶置換による安定化よりも、更に安定した結晶構造を形成する必要がある。また、スピネル構造のリチウム・マンガン複合酸化物は、結晶構造は安定しているが充電容量が低いため、リチウム・ニッケル複合酸化物の高容量が活かされず正極の充放電容量を低下させてしまうといった問題がある。
【0008】
従って、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、正極の充放電容量及びエネルギー密度の向上、更には常温に限らず高温環境下においても良好な充放電サイクル特性が得られる正極活物質及びこの正極活物質を用いた非水電解質電池を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る正極活物質は、式1で示される層状構造の第1のリチウム遷移金属複合酸化物からなる第1の正極材料と、式2で示される層状構造の第2の遷移金属複合酸化物からなる第2の正極材料との混合物を有することを特徴とする。
【0010】
【化5】
【0011】
【化6】
【0012】
以上のような正極活物質では、少なくともNi及びCoを含有し、式1で示される層状構造の第1のリチウム遷移金属複合酸化物からなる第1の正極材料と、少なくともNi及びMnを含有し、式2に示される層状構造の第2のリチウム遷移金属複合酸化物からなる第2の正極材料とが混合されており、第1の正極材料は高容量を有し、第2の正極材料は結晶構造が安定であることから、充放電容量の高容量化及びエネルギー密度の向上が図られ、高温環境下においても良好な充放電サイクル特性が得られる。
【0013】
また、本発明に係る非水電解質二次電池は、正極集電体上に正極活物質を含有する正極合剤層が形成されてなる正極と、負極集電体上に負極活物質を含有する負極合剤層が形成されてなる負極と、非水電解質とを備える。正極活物質は、上記式1で示される層状構造の第1のリチウム遷移金属複合酸化物からなる第1の正極材料と、上記式2で示される層状構造の第2の遷移金属複合酸化物からなる第2の正極材料との混合物を有することを特徴とする。
【0014】
この非水電解質二次電池では、少なくともNi及びCoを含有し、式1で示される層状構造の第1のリチウム遷移金属複合酸化物からなる第1の正極材料と、少なくともNi及びMnを含有し、式2に示される層状構造の第2のリチウム遷移金属複合酸化物からなる第2の正極材料とを混合した混合物を含有する正極活物質を用いることによって、第1の正極材料は高容量であり、第2の正極活物質は結晶構造が安定であることから、正極の充放電容量の高容量化及びエネルギー密度の向上が図られ、高温環境下においても良好な充放電サイクル特性が得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として示す正極活物質及びこの正極活物質を用いた非水電解質二次電池について、図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、非水電解質二次電池1は、帯状の正極2と、帯状の負極3とがセパレータ4を介して密着状態で巻回された電極体が、電池缶5の内部に充填されてなる。
【0016】
正極2は、正極活物質と結合剤と導電剤とからなる正極合剤を正極集電体上に層状に塗布して形成される。結合剤には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いる。導電剤には、人工黒鉛やカーボンブラック等を用いる。なお、正極集電体としては、アルミニウム箔等の金属箔を用いる。
【0017】
そして、正極活物質は、第1の正極材料と第2の正極材料とを混合した混合物を含有する。第1の正極材料は、層状構造を有し、化学式Li x Ni 1−y−z Co y M Z O 2 (但し、Mは、遷移金属、或いは長周期型元素周期表の2族、3族、4族の元素のうち1種の元素若しくは複数種であり、x、y、zの範囲は、0.90≦x<1.1、0.05≦y≦0.50、0.01≦z≦0.10である。)で表される第1のリチウム遷移金属複合酸化物である。化学式Li x Ni 1−y−z Co y M Z O 2 中のMは、具体的に第1のリチウム遷移金属複合酸化物の結晶中で均一に分散できる元素を表しているが、特に好ましくはFe、Co、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Gaの中から1種或いは複数種からなる。
【0018】
第2の正極材料は、層状構造を有し、化学式Li s Ni 1−t−u Mn t M´ u O 2 (但し、M´は、遷移金属、或いは長周期型元素周期表の2族、3族、4族の元素のうち1種若しくは複数種であり、s、t、uは各々0.90≦s<1.1、0.05≦t≦0.50、0.01≦u≦0.30である。)で表される第2のリチウム遷移金属複合酸化物である。化学式Li s Ni 1−t−u Mn t M´ u O 2 中のM´は、具体的に第2のリチウム遷移金属複合酸化物の結晶中を均一に分散できる元素を表しているが、特に好ましくは、Fe、Co、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Gaの中から1種或いは複数種からなる。
【0019】
第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比は、正極活物質全体に対して15重量%以上、85重量%以下含有することが好ましく、更に好ましくは30重量%以上、70重量%以下を含有するようにする。正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比が15重量%未満になると、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比が85重量%を越え、正極活物質全体に対して低容量の第2のリチウム遷移複合酸化物の占める割合が多くなり、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の高容量が活かされず正極活物質の初期容量が低下してしまう。また、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比が85重量%を越えると、第2のリチウム遷移複合酸化物の混合比が15重量%未満となり、正極活物質の結晶構造が不安定となるため、充放電を繰り返す度に結晶構造の劣化が進み高温環境下での充放電サイクル容量維持率が著しく低下してしまう。
【0020】
この為、正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の各々の混合比を15重量%以上、85重量%の範囲で混合することによって、充放電容量及び充放電に伴う結晶構造の変化を互いに第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物とが相殺し合うことにより、結晶構造の変化が小さくなるため充放電サイクル容量維持率の向上が図られる。
【0021】
また、正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の平均粒径を30μm以下とすることが好ましく、更に好ましくは2μm以上、30μm以下である。正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の平均粒径を2μm未満にすると、正極活物質と電解質との接触面積が大きくなるため、電解液の分解が進行して高温環境下の特性が低下してしまう。逆に、正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の平均粒径が30μmを越えると、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物との混合が不十分となり、高温環境下での初期容量の低下や充放電サイクル容量維持率の劣化が起こってしまう
【0022】
この為、正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の平均粒径を30μm以下にすることによって、正極活物質と電解液との接触面積が小さくなり、また、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物とが十分に混合され、高温環境下での初期容量の高容量化及び充放電サイクル容量維持率の向上が図られる。
【0023】
更に、正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のCoの比率及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物のMnの比率を0.05以上、0.50以下にすることが好ましい。正極活物質は、Co及びMnの比率を0.05未満にすることによって、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の各結晶構造が不安定となり、充放電を繰り返す度に正極活物質の結晶構造が劣化して充放電サイクル特性が低下してしまう。逆に、正極活物質は、Co及びMnの比率を0.50以上にすることによって、充放電容量の低下を招く結晶構造を形成するため充放電容量が低下してしまう。
【0024】
この為、正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のCoの比率及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物のMnの比率を0.05以上、0.50以下にすることによって、結晶構造の劣化が抑制され充放電サイクル特性の向上が図られる。また、正極活物質は、Co及びMnの比率を0.05以上、0.50以下にすることによって、高容量の結晶構造を形成することにより充放電容量の高容量化が図られる。
【0025】
第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物は、リチウム、ニッケル、コバルト、マンガン等の炭酸塩を各組成に応じて混合し、空気雰囲気又は酸素雰囲気中で600〜1100℃の温度範囲で焼成することにより得られる。なお、出発原料は、炭酸塩に限定されず、水酸化物、酸化物、硝酸塩、有機酸塩等からも同様に生成可能である。また、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物は、リチウム、ニッケル、コバルト、マンガン等を含有する複合水酸化物や複合炭酸塩等を原料として用いることも可能である。
【0026】
以上のような正極活物質は、高容量な第1のリチウム遷移金属複合酸化物と安定な結晶構造を形成している第2のリチウム遷移金属複合酸化物とを混合した混合物からなることにより、充放電容量の高容量化及び結晶構造の安定化が図られる。従って、正極活物質は、充放電容量の高容量化、高エネルギー密度化、及び高温環境下においての充放電サイクル容量維持率の向上が図られる。また、正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物との混合比、平均粒径、及び第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のCo及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物中のMnの比率、或いは第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物中の添加元素の有無を上述したように規定することによって、より優れた初期容量及び充放電サイクル容量維持率が得られる。
【0027】
負極3は、負極活物質と結合剤とを含有する負極合剤を負極集電体上に塗布して形成される。負極活物質には、対リチウム金属2.0V以下の電位で電気化学的にリチウムをドープ・脱ドープできる材料を用いる。例えば、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等の炭素質材料を使用することができる。
【0028】
また、負極活物質としては、リチウムと合金を形成可能な金属及びリチウムと合金を形成可能な金属からなる合金化合物も利用可能である。リチウムと合金形成可能な金属としては、半導体元素も含めることとして、例えば、Mg、B、Al、Ga、In、Si、Sn、Pb、Sb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、Zr、Yである。更には、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等の比較的電位が低電位で、リチウムイオンをドープ・脱ドープする酸化物やその他の窒化物なども同様に使用可能である。なお、負極集電体としては、銅箔等の金属を用いる。また、導電剤としては、正極2を作製する際に用いた導電剤と同様の人工黒鉛やカーボンブラック等を用いる。
【0029】
上述した正極2及び負極3の作製方法は、正極活物質及び負極活物質に結合剤、導電剤等を添加し溶剤を加えて塗布する方法、正極活物質及び負極活物質に結合剤等を添加し加熱して塗布する方法、正極活物質及び負極活物質を単独或いは導電剤、更には結合剤と混合して成型等の処理を施して成型体電極を作成する方法等がとられているが、それらに限定されるものではない。
【0030】
例えば、正極2の作製方法は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物とを混合して得られた正極活物質に、上述した導電剤と結合剤とを所定の割合で混合して正極合剤を作製し、この正極合剤をN−メチル−2−ビロリドン等の有機溶媒に分散させてスラリー状にする。次に、スラリー状とした正極合剤を正極集電体上に均一に塗布して正極合剤層を形成し、乾燥後、成型して正極2が得られる。
【0031】
また、負極3の作製方法としては、上述した負極活物質と結合剤とを所定の割合で混合した負極合剤をスラリー状とする。次に、スラリー状とした負極合剤を負極集電体上に均一に塗布して負極合剤層を形成し、乾燥後、成型して負極3が得られる。なお、上述した正極2及び負極3の作製方法において、結合剤の有無にかかわらず、正極活物質及び負極活物質に熱を加えたまま加圧成型することにより強度を有した正極2及び負極3を作製することもできる。
【0032】
上述した正極2及び負極3を用いた非水電解質二次電池1の作製方法には、正極2と負極3との間にセパレータ4を介して巻芯の周囲を捲回する作製方法、又は正極2と負極3との間にセパレータ4を挟み正極2及び負極3を積層する積層方法等がある。
【0033】
電解質には、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液、電解質塩を含有させた固体電解質、或いは非水溶媒と電解質塩とからなる非水電解液をマトリックス高分子に含浸させてゲル状としたゲル状電解質のいずれも用いることができる。
【0034】
非水電解液は、有機溶媒と電解質塩とを適宜組み合わせて調製される。有機溶媒は、非水電解液系の電池に使用されているものであればいずれも用いることができる。有機溶媒には、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラビドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4メチル1,3ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等がある。電解質塩には、非水電解液系の電池に用いられるものであればいずれも用いることができ、例えば、LiClO、LiAsF,LiPF、LiBF、LiB(CH)、CHSOLi、CFSOLi、LiCl、LiBr等がある。
【0035】
固体電解質には、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質のいずれも用いられる。無機固体電解質には、例えば窒化リチウム、よう化リチウム等がある。高分子固体電解質は、上述した電解質塩を含有する高分子化合物からなる。高分子化合物には、ポリエチレンオキサイド、図架橋体などのエーテル系高分子、ポリメタクリレートエステル系及びアクリレート系などを単独或いは分子中に共重合、又は混合して用いることができる。
【0036】
ゲル状電解質のマトリックス高分子には、上記非水電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の有機高分子を使用できる。マトリックス高分子には、例えば、ポリビニリデンフルオロライドやポリビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン等のフッ素系高分子、ポリエチレンオキサイドや図架橋体等のエーテル系高分子、又はポリアクリロニトリル等がある。特に、ゲル状電解質のマトリックス高分子には、酸化還元安定性からフッ素系高分子を用いることが望ましい。また、ゲル状電解質のマトリックスは、非水電解液中の電解質塩を含有させることによりイオン導電性が付与されている。
【0037】
円筒型の非水電解質二次電池1の作製方法は、先ず、上述したように作製された正極2と負極3とを多孔性ポリオレフィンフィルムからなるセパレータ4を介して多数回巻回して、渦巻き型の電極体を作製する。渦巻き型の電極体の上下両面に絶縁板6を配置して、ニッケルめっき処理を施した鉄製の電池缶5に収納する。正極2の集電をとるために、アルミニウム製正極リード7の一端を正極集電体から導出して、他端を電流遮断用薄板8に溶接して電池蓋9と電気的に接続する。また、負極3の集電をとるために、ニッケル負極リード10の一端を負極集電体から導出して、他端を電池缶5の底部に溶接する。
【0038】
次に、上述した電極体が組み込まれた電池缶5内に、調製した非水電解液を注入後、絶縁封ロガスケット11を介して電池缶5をかしめることにより電池蓋9が固定さる。なお、非水電解質二次電池1において、正極リード7及び負極リード10に接続するセンターピン12が設けられているとともに、非水電解質二次電池1内部の圧力が所定の値よりも高くなった場合に、非水電解質電池1内部の気体を抜くための安全弁13、及び非水電解質二次電池1内部の温度上昇を防止するためのPTC(positive temperture coefficient)素子14が設けられている。
【0039】
以上のように構成された非水電解質二次電池は、正極2を形成する正極活物質に高容量な第1のリチウム遷移金属複合酸化物と安定な結晶構造を形成している第2のリチウム遷移金属複合酸化物とを混合した混合物からなることにより、充放電容量の高容量化及び結晶構造の安定性が図られる。従って、この非水電解質二次電池1は、充放電容量の高容量化及び高エネルギー密度の向上と共に、常温及び高温環境下のおいての充放電サイクル容量維持率の向上が図られる。
【0040】
また、非水電解質二次電池1の形状は、特に限定されないため、円筒型、角型、コイン型、ボタン型、ラミネートシール型等の種々の形状にすることができるが、角形電池の場合に捲回する方式で本発明を適用すると有効である。その場合には、巻芯の内径を電池製造の捲回時に使用される楕円形状の芯の中でも、最も曲率の大きい部分の直径に合わせて作製する。
【0041】
【実施例】
以下、本発明を適用した正極活物質を用いた非水電解質二次電池の実施例及び比較例について具体的に説明する。ここでは、非水電解質二次電池の形状を円筒型の非水電解質二次電池とした。
【0042】
実施例1
先ず、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を次のようにして作製した。第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料には、市販の水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトを用いた。第1のリチウム遷移金属複合酸化物は、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトを次のような配合で混合した。なお、実施例1では、遷移金属、或いは長周期型元素周期表の2族、3族、4族の元素のうち1種の元素若しくは複数種からなる添加物Mを第1のリチウム遷移金属複合酸化物に添加せずに作製した。従って、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y M Z O 2 のLi、Ni、Co、M元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.30、z=0となるように配合した。
【0043】
次に、第1のリチウム遷移金属複合酸化物は、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトを上述した配合で混合したものを800℃の酸素気流中で10時間焼成した後、粉砕して得られる。そして、得られた粉末を原子吸光分析機器により分析した結果、第1のリチウム遷移金属複合酸化物は化学式Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.3 O 2 で表されることが確認された。また、この粉末の平均粒径をレーザ一図析法により測定した結果、15μmと確認された。また、この粉末のX線回析測定を行った結果、得られた回析パターンは、International Centre for Diffraction Date(以下ICDD)の09−0063にあるLiNiO 2 の回析パターンに類似しており、LiNiO 2 と同様の層状構造を形成していていることが確認された。
【0044】
次に、第2のリチウム遷移金属複合酸化物を次のようにして作製した。第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料には、市販の水酸化リチウム、一酸化ニッケル、二酸化マンガンを用いた。第2のリチウム遷移金属複合酸化物は、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、二酸化マンガンを次のような配合で混合した。なお、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と同様に第2のリチウム遷移金属複合酸化物に、遷移金属、或いは長周期型元素周期表の2族、3族、4族の元素のうち1種の元素若しくは複数種からなる添加物M´を第2のリチウム遷移金属複合酸化物に添加せずに作製した。第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t M´ u O 2 のLi、Ni、Mn、M´元素の比s、1−t−u、t、uが、s=1.02、1−t−u=0.65、t=0.35、u=0となるように混合した。
【0045】
次に、第2のリチウム遷移金属複合酸化物は、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、二酸化マンガンを上述した比になるように混合したものを800℃の酸素気流中で10時間焼成した後、粉砕して得られた。そして、得られた粉末を原子吸光分析機器により分析した結果、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.35 O 2 で表されることが確認された。また、この粉末の平均粒径をレーザ一図析法により測定した結果、15μmが確認された。また、この粉末のX線回析測定を行った結果、得られた回析パターンは、ICDDの09−0063にあるLiNiO 2 の回析パターンに類似しており、LiNiO 2 と同様の層状構造を形成していていることが確認された。
【0046】
次に、正極を作製した。先ず、上述した第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物とを混合して正極活物質を作製した。正極活物質は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物との混合比が第1のリチウム遷移金属複合酸化物対第2のリチウム遷移金属複合酸化物=50重量%対50重量%となるように混合して作製した。次に、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物を混合して得られた正極活物質86重量%、導電剤としてグラファイト10重量%、結合剤としてポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFと称する)4重量%を混合し、有機溶媒N−メチル−2−ビロリドン(以下、NMPと称する)に分散させて得られた正極合剤をスラリー状とした。次に、スラリー状にした正極合剤を厚さ20μmの帯状のアルミニウム箔の両面に均一に塗布して正極合剤層を形成し、乾燥後、ローラープレス機で圧縮して帯状の正極を得た。
【0047】
次に、負極を作製した。負極は、負極活物質に粉末状の人造黒鉛を用い、人工黒鉛90重量%にPVdF10重量%を混合し、NMPに分散させて得られた負極合剤をスラリー状とした。このスラリー状にした負極合剤を厚さ10μmの銅箔の両面に均一に塗布して負極合剤層を形成し、乾燥後にローラープレス機で圧縮して負極を得た。
【0048】
次に、非水電解液を作製した。非水電解液は、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとの体積混合比を1対1とする混合溶液を、濃度1mol/dm 3 となるように溶媒LiPFに溶解させて得られた。
【0049】
次に、円筒型の非水電解質二次電池を作製した。先ず、以上のように作製された正極と負極とを多孔性ポリオレフィンフィルムからなるセパレータを介して多数回巻回して、渦巻き型の電極体を作製した。渦巻き型の電極体の上下両面に絶縁板を配置して、ニッケルめっき処理を施した鉄製の電池缶に収納した。正極の集電をとるために、アルミニウム製正極リードの一端を正極集電体から導出して、他端を電流遮断用薄板に溶接することで電流遮断用薄板を介して電池蓋と電気的に接続した。また、負極の集電をとるために、ニッケル負極リードの一端を負極集電体から導出して、他端を電池缶の底部に溶接した。
【0050】
次に、上述した電極体が組み込まれた電池缶内に、調製した非水電解液を注入後、絶縁封ロガスケットを介して電池缶をかしめることにより電池蓋が固定されて、外径18mm、高さ65mmの円筒型の非水電解質二次電池が作製された。なお、非水電解質二次電池において、正極リード及び負極リードに接続するセンターピンが設けられているとともに、非水電解質二次電池内部の圧力が所定の値よりも高くなった場合に、非水電解質電池内部の気体を抜くための安全弁、及び非水電解質二次電池内部の温度上昇を防止するためのPTC(positive temperturecoefficient)素子が設けた。
【0051】
実施例2
実施例2では、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムを用いて、これらの原料を次のような割合で混合した。第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y Al z O 2 のLi、Ni、Co、Al元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.25、z=0.05となるように混合した以外は実施例1と同様にして、Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Al 0.05 O 2 の第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。そして、この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0052】
実施例3
実施例3では、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムを用いて、これらの原料を次のような割合で混合した。第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t Al u O 2 のLi、Ni、Mn、Al元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例1と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Al 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。その第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した
【0053】
実施例4
実施例4では、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例2の第1のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして、化学式Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Al 0.05 O 2 の第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。第2のリチウム遷移金属複合酸化物は、実施例3の第2のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして、化学式Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.3 Al 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。これら第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物とを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0054】
実施例5
実施例5は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて水酸化鉄を用いて、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y Fe Z O 2 のLi、Ni、Co、Fe元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.25、z=0.05となるように混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Fe 0.05 O 2 の第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いた以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した
【0055】
実施例6
実施例6は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて酸化スズを用いて、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y Sn Z O 2 のLi、Ni、Co、Sn元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.25、z=0.05となるように混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Sn 0.05 O 2 の第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0056】
実施例7
実施例7は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて酸化クロムを用いて、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y Cr Z O 2 のLi、Ni、Cr、Al元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.25、z=0.05となるように混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Cr 0.05 O 2 の第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0057】
実施例8
実施例8は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて五酸化バナジウムを用いて、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y V Z O 2 のLi、Ni、Co、V元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.25、z=0.05となるように混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 V 0.05 O 2 の第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0058】
実施例9
実施例9は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて酸化チタンを用いて、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y Ti Z O 2 のLi、Ni、Co、Ti元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.25、z=0.05となるように混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Ti 0.05 O 2 の第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0059】
実施例10
実施例10は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて酸化マグネシウムを用いて、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y Mg Z O 2 のLi、Ni、Co、Mg元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.25、z=0.05となるように混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Mg 0.05 O 2 の第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0060】
実施例11
実施例11は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて硝酸ガリウムを用いて、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y Ga Z O 2 のLi、Ni、Co、Ga元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.25、z=0.05となるように混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Ga 0.05 O 2 の第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0061】
実施例12
実施例12は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて水酸化鉄を用いて、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t Fe u O 2 のLi、Ni、Mn、Fe元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Fe 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0062】
実施例13
実施例13は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて酸化コバルトを用いて、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t Co u O 2 のLi、Ni、Mn、Co元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Co 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0063】
実施例14
実施例14は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて水酸化亜鉛を用いて、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t Zn u O 2 のLi、Ni、Mn、Zn元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Zn 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0064】
実施例15
実施例15は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて酸化スズを用いて、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t Sn u O 2 のLi、Ni、Mn、Sn元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Sn 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0065】
実施例16
実施例16は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて酸化クロムを用いて、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t Cr u O 2 のLi、Ni、Mn、Cr元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例1と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Cr 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0066】
実施例17
実施例17は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて五酸化バナジウムを用いて、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t V u O 2 のLi、Ni、Mn、V元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 V 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0067】
実施例18
実施例18は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて酸化チタンを用いて、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t Ti u O 2 のLi、Ni、Mn、Ti元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Ti 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0068】
実施例19
実施例19は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて酸化マグネシウムを用いて、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t Mg u O 2 のLi、Ni、Mn、Mg元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Mg 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0069】
実施例20
実施例20は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトの他に、水酸化アルミニウムに換えて硝酸ガリウムを用いて、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li s Ni 1−t−u Mn t Ga u O 2 のLi、Ni、Mn、Ga元素の比s、1−t−u、t、uがs=1.02、1−t−u=0.65、t=0.30、u=0.05となるように配合し混合した以外は実施例4と同様にして、Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Ga 0.05 O 2 の第2のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いたこと以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0070】
実施例21
実施例21は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を第1のリチウム遷移金属複合酸化物:第2のリチウム遷移金属複合酸化物=15重量%:85重量%として混合した以外は実施例4と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質を用いた以外は、実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0071】
実施例22
実施例22は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を第1のリチウム遷移金属複合酸化物:第2のリチウム遷移金属複合酸化物=30重量%:70重量%となるように混合した以外は実施例4と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質を用いた以外は、実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0072】
実施例23
実施例23は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を第1のリチウム遷移金属複合酸化物:第2のリチウム遷移金属複合酸化物=70重量%:30重量%となるように混合した以外は実施例4と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質として用いた以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0073】
実施例24
実施例24は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を第1のリチウム遷移金属複合酸化物:第2のリチウム遷移金属複合酸化物=85重量%:15重量%となるように混合した以外は実施例4と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質を用いた以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0074】
実施例25
実施例25は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物は、作製条件を変えて平均平均粒径2μmの第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4と同様にして作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いた以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0075】
実施例26
実施例26は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物は、作製条件を変えて平均平均粒径8μmの第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4と同様にして作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0076】
実施例27
実施例27は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物は、作製条件を変えて平均平均粒径20μmの第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した以外は実施例4と同様にして作製した。これ以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0077】
実施例28
実施例28は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の作製条件を変えて、平均平均粒径30μmの第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4と同様にして作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0078】
実施例29
実施例29は、実施例4において第2のリチウム遷移金属複合酸化物の作製条件を換えて、平均粒径2μmの第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第2のリチウム遷移金属複合酸化物と同様して作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0079】
実施例30
実施例30は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の作製条件を換えて、平均平均粒径9μmの第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第2のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0080】
実施例31
実施例31は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の作製条件を換えて、平均平均粒径18μmの第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第2のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0081】
実施例32
実施例32は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の作製条件を換えて、平均粒径30μmの第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第2のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0082】
実施例33
実施例33は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のコバルトの組成の比yを0.05に換えて第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のLi、Ni、Co、Al元素の組成の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.90、y=0.05、z=0.05となるように混合して、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。これ以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0083】
実施例34
実施例34は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のコバルトの組成の比yを0.50に変えて、Li、Ni、Co、Al元素の組成の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.45、y=0.50、z=0.05となるように混合して、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第1のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0084】
実施例35
実施例35は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物中のマンガンの組成の比tを0.05に変えて、Li、Ni、Mn、Al元素の組成の比s、1−t−u、t、uが、s=1.02、1−t−u=0.90、t=0.05、u=0.05となるように混合して、第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第2のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いること以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0085】
実施例36
実施例36は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物中のマンガンの組成の比tを0.50に変えて第2のリチウム遷移金属複合酸化物中のLi、Ni、Mn、Al元素の組成の比がs、1−t−u、t、uが、s=1.02、1−t−u=0.45、t=0.50、u=0.05となるように混合して、第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4と同様にして作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0086】
比較例1
比較例1は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として水酸化リチウム、一酸化ニッケル、酸化コバルトを次のような配合で混合した。第1のリチウム遷移金属複合酸化物の化学式Li x Ni 1−y−z Co y M Z O 2 のLi、Ni、Co、M元素の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.70、y=0.30、z=0となるように配合した。第1のリチウム遷移金属複合酸化物は、化学式Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.30 O 2 で表され、実施例4の第1のリチウム遷移金属複合酸化物と同様に作製した。比較例1では、第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いずに第1のリチウム遷移金属複合酸化物を単独で正極活物質を作製した。この正極活物質を用いること以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0087】
比較例2
比較例2は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の原料として、市販の水酸化リチウム、一酸化ニッケル、二酸化マンガンを用いた。第2のリチウム遷移金属複合酸化物は、化学式Li 1.02 Ni 0.7 Mn 0.3 O 2 で表される第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4と同様にして作製した。比較例2では、第1のリチウム遷移複合酸化物を用いずに第2のリチウム遷移金属複合酸化物を単独で正極活物質を作製した。この正極活物質を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0088】
比較例3
比較例3は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を、第1のリチウム遷移金属複合酸化物:第2のリチウム遷移金属複合酸化物=10重量%:90重量%として混合した以外は実施例4と同様にして正極活物質を作製した。この正極活物質を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0089】
比較例4
比較例4は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を、第1のリチウム遷移金属複合酸化物:第2のリチウム遷移金属複合酸化物=90重量%:10重量%として混合した以外は実施例4と同様にして正極活物質を作製した。こ以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0090】
比較例5
比較例5は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の作製条件を変えて、平均粒径1μmの第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4と同様にして作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いた以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0091】
比較例6
比較例6は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の作製条件を変えて、平均粒径40μmの第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4と同様にして作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いた以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0092】
比較例7
比較例7は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の作製条件を変えて、平均粒径1μmの第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4と同様にして作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いた以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0093】
比較例8
比較例8は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の作製条件を変えて、平均粒径40μmの第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4と同様にして作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いた以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0094】
比較例9
比較例9は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のコバルトの組成の比yを0.01に変えて、Li、Ni、Co、Al元素の組成の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.94、y=0.01、z=0.05となるように混合して、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第1のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0095】
比較例10
比較例10は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のコバルトの組成の比yを0.60に変えて、Li、Ni、Co、Al元素の組成の比x、1−y−z、y、zが、x=1.02、1−y−z=0.35、y=0.60、z=0.05となるように混合して、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第1のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして作製した。この第1のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0096】
比較例11
比較例11は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物中のマンガンの組成の比tを0.01に変えて、Li、Ni、Mn、Al元素の組成の比s、1−t−u、t、uが、s=1.02、1−t−u=0.94、t=0.01、u=0.05となるように混合して、第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第2のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いること以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0097】
比較例12
比較例12は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物中のマンガンの組成の比tを0.60に変えて、Li、Ni、Mn、Al元素の組成の比s、1−t−u、t、uが、s=1.02、1−t−u=0.35、t=0.60、u=0.05となるように混合して、第2のリチウム遷移金属複合酸化物を実施例4の第2のリチウム遷移金属複合酸化物と同様にして作製した。この第2のリチウム遷移金属複合酸化物を用いること以外は実施例4と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【0098】
次に、以上のように作製した実施例及び比較例の非水電解質二次電池について、環境温度23℃、充電電圧4.20V、充電電流1000mA、充電時間2.5時間の条件で充電を行った後、充電電流1500mA、終止電圧2.75Vで放電を行い初期容量を測定した。更に、同条件で充放電を繰り返し、23℃における100サイクル目の放電容量を測定して、初期容量に対する100サイクル目の容量維持率を求めた。また、環境温度を50℃に設定して、他の条件を環境温度23℃の場合と同様にして、50℃での充放電を繰り返した時の100サイクル目の容量維持率の測定を行った。
【0099】
以下に、実施例1乃至実施例20、比較例1及び比較例2における初期容量、23℃における100サイクル容量維持率及び50℃における100サイクル容量維持率の評価結果を表1に示す。
【0100】
【表1】
【0101】
表1に示す評価結果から、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物を混合した混合物を正極活物質に用いた実施例1乃至実施例20では、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を単独で正極活物質を形成している比較例1と比べて、23℃及び50℃における100サイクル容量維持率の向上が図られていることが分かる。
【0102】
比較例1は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を単独で正極活物質に用いた場合であり、遷移金属、或いは元素周期表の2族、3族、4族の元素のうち1種若しくは複数種からなるものが添加されていないため、結晶構造が不安定であるため充放電を繰り返す度に結晶構造が劣化している。その為、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を単独で正極活物質に用いた場合は、充放電サイクル容量維持率が低下してしまう。特に、高温環境下における充放電サイクル容量維持率は、高温により結晶構造の劣化が促進され、更に電解質の分解によって著しく低下している。
【0103】
一方、実施例1乃至実施例20は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の他に第2のリチウム遷移金属複合酸化物を混合することによって、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造が安定であることから、充放電に伴う正極活物質の結晶構造の変化が小さくなり、充放電に伴う正極活物質全体の結晶構造の劣化が抑制される。その為、正極活物質は、23℃及び50℃における100サイクル容量維持率が向上が図られている。
【0104】
また、表1に示す評価結果から、実施例1乃至実施例20では、第2のリチウム遷移金属複合酸化物を単独で正極活物質を形成している比較例2と比べて、初期容量の高容量化が図られていることが分かる。
【0105】
比較例2では、第2のリチウム遷移金属複合酸化物を単独で正極活物質に用いた場合であり、遷移金属、或いは元素周期表の2族、3族、4族の元素のうち1種若しくは複数種からなるものが添加されていないため、第2のリチウム遷移金属複合酸化物が低容量であるため初期容量が低下している。
【0106】
一方、実施例1乃至実施例20は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の他に第1のリチウム遷移金属複合酸化物を混合することによって、第1のリチウム遷移金属複合酸化物が高容量であることから、正極活物質全体の初期容量が向上している。
【0107】
以上のことから、非水電解質二次電池を作製する際に、正極活物質に第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物とを混合した混合物を用いることによって、初期容量の高容量化、高エネルギー密度化及び充放電サイクル容量維持率の向上に有効であることが明らかである。なお、実施例1のように、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物に、遷移金属、或いは元素周期表の2族、3族、4族中から選ばれる元素を加えなくても、初期容量の高容量化及び充放電サイクル容量維持率の向上が図られる。
【0108】
次に、実施例4、実施例21乃至実施例24、比較例3及び比較例4における初期容量、23℃における100サイクル容量維持率及び50℃における100サイクル容量維持率の評価結果を表2に示す。なお、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物に添加する添加物M及び添加物M´は、実施例4、実施例21乃至実施例24、比較例3及び比較例4すべてAlである。
【0109】
【表2】
【0110】
表2に示す評価結果から、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を正極活物質全体に対して15重量%以上、85重量%以下にした実施例1、実施例21乃至実施例24では、第1のリチウム遷移金属複合酸化物を10%、第2のリチウム遷移金属複合酸化物を90%とした比較例3と比べて、初期容量の高容量化が図られていることが分かる。
【0111】
比較例3は、正極活物質全体に対して第1のリチウム遷移金属複合酸化物10重量%と第2のリチウム遷移金属複合酸化物90重量%とを混合した混合物を正極活物質に用いることによって、低容量の第2のリチウム遷移金属複合酸化物が正極活物質の多くを占めているため、実施例4及び実施例21乃至実施24に比べて初期容量が著しく低下している。
【0112】
一方、実施例4、及び実施例21乃至実施例24は、正極活物質全体に対して第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を15重量%以上、85重量%以下の範囲で混合することによって、高容量の第1のリチウム遷移金属複合酸化物が正極活物質全体に対して適切な重量%で含有されているため初期容量の高容量化が図られている。また、実施例1、及び実施例21乃至実施例24では、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比が増加するに従って初期容量の高容量化が図られている。
【0113】
また、表2に示す評価結果から、実施例4、及び実施例21乃至実施例24は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物90%、第2のリチウム遷移金属複合酸化物10%とした比較例4に比べて、23℃及び50℃における100サイクル容量維持率の向上が図られていることが分かる。
【0114】
比較例4は、正極活物質全体に対して第1のリチウム遷移金属複合酸化物90%と第2のリチウム遷移金属複合酸化物10%とを混合した混合物を正極活物質に用いることによって、結晶構造の不安定な第1のリチウム遷移金属複合酸化物が正極活物質の多くを占めているため、充放電を繰り返す度に結晶構造の劣化が促進されて充放電サイクル容量維持率が低下している。また、特に、正極活物質は、高温環境下において結晶構造の劣化が促進され、更に電解質の劣化も伴い50℃における100サイクル容量維持率が著しく低下している。
【0115】
一方、実施例4、及び実施例21乃至実施例24は、正極活物質全体に対して第1のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を15重量%以上、85重量%以下の範囲で混合し、正極活物質全体に対して適当な重量%で混合されることによって、充放電に伴う正極活物質の結晶構造の変化が抑制され、充放電サイクル容量維持率が向上している。
【0116】
以上のことから、正極活物質は、非水電解質二次電池を作製する際に、全体に対して第1のリチウム遷移金属複合酸化物の混合比を15重量%以上、85重量%以下の範囲で混合することによって、初期容量の高容量化及び充放電サイクル容量維持率の向上が図られることが分かる。
【0117】
次に、実施例4、実施例27乃至実施例32、及び比較例5乃至比較例8における初期容量、23℃における100サイクル容量維持率及び50℃における100サイクル容量維持率の評価結果を表3に示す。なお、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物との混合比は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物:第2のリチウム遷移金属複合酸化物=50重量%:50重量%である。
【0118】
【表3】
【0119】
表3の評価結果から、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の各々の平均粒径を2μm以上、30μm以下の範囲とした実施例4、実施例27乃至実施例32と、第1のリチウム遷移金属複合酸化物或いは第2のリチウム遷移金属複合酸化物のどちらか一方を1μm若しくは40μmとし、他方を15μmとした比較例5乃至比較例8とを比べると、50℃100サイクル容量維持率の向上が図られていることが分かる。
【0120】
比較例5乃至比較例8では、第1のリチウム遷移金属複合酸化物或いは第2のリチウム遷移金属複合酸化物のどちらか一方の平均粒径が2μm未満、他方が15μmとすると、正極活物質と電解液との接触面積が大きくなりすぎるため、電解質の分解が進行して、実施例4、実施例27乃至実施例32と比較すると50℃におけるサイクル容量維持率が低下している。また、平均粒径が30μmを越えると、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物の混合が不十分となり、サイクル容量維持率が低下して、特に50℃におけるサイクル容量維持率が低下している。
【0121】
一方、実施例4、実施例25乃至実施例28では、第1のリチウム遷移金属複合酸化物の平均粒径を2μm以上、30μm以下の範囲として、第2のリチウム遷移金属複合酸化物の平均粒径を15μmと一定にして混合した混合物を正極活物質に用いることで、正極活物質と電解液との接触面積が小さくなり、また第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物とが十分に混合される。従って、実施例4、実施例25乃至実施例28では、比較例5乃至比較例8と比較すると50℃における100サイクル容量維持率の向上が図られる。
【0122】
以上のことから、正極活物質は、非水電解質二次電池を作製する際に、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物の平均粒径を2μm以上、30μm以下の範囲にすることより、50℃における100サイクル容量維持率が向上する。
【0123】
次に、実施例4、実施例33乃至実施例36、及び比較例9乃至比較例12における初期容量、23℃における100サイクル容量維持率及び50℃における100サイクル容量維持率の評価結果を表4に示す。なお、第1のリチウム遷移金属複合酸化物と第2のリチウム遷移金属複合酸化物との混合比は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物対第2のリチウム遷移金属複合酸化物=50重量%対50重量%である。
【0124】
【表4】
【0125】
表4の評価結果から、第1のリチウム遷移金属複合酸化物(Li x Ni 1−y−z Co y M Z O 2 )中のCoの比率y及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物(Li s Ni 1−t−u Mn t M´ u O 2 )中のMnの比率tの範囲を0.05以上、0.50以下とした実施例1及び実施例33乃至実施例36は、比率y或いはtの範囲を0.05以下とし、一方を0.05以上、0.50以下の範囲とした比較例9乃至比較例11とを比べて、50℃100サイクル容量維持率の向上が図られていることが分かる。
【0126】
比較例9では、1のリチウム遷移金属複合酸化物のCoの比率yを0.01として、比較例12は、第2のリチウム遷移金属複合酸化物のMnの比率tを0.01とした場合である。このように比較例9乃至比較例11では、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のCoの比率yを0.01、若しくは第2のリチウム遷移金属複合酸化物中のMnの比率tを0.01にすることによって、各々の結晶構造が不安定となり充放電を繰り返す度に正極活物質の結晶構造が劣化して充放電サイクル容量維持率が低下している。また、特に、正極活物質は、高温環境下において結晶構造の劣化が促進されて50℃における100サイクル容量維持率が著しく低下している。
【0127】
一方、実施例4及び実施例33乃至実施例36では、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のCoの比率y及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物(Li s Ni 1−t−u Mn t M´ u O 2 )中のMnの比率tの範囲を0.05以上、0.50以下とすることによって、第1のリチウム遷移金属複合酸化物及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物中の各結晶構造が安定して高温環境下においても優れた充放電サイクル容量維持率が得られる。
【0128】
また、表4に示す評価結果から、実施例4及び実施例33乃至実施例36は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物(Li x Ni 1−y−z Co y M Z O 2 )中のCoの比率y或いは第2のリチウム遷移金属複合酸化物(Li s Ni 1−t−u Mn t M´ u O 2 )中のMnの比率tの範囲を0.50を超え、一方を0.05以上、0.50未満とした比較例10乃至比較例12と比べて、初期容量の高容量化が図られていることが分かる。
【0129】
比較例10は、Coの比率yを0.60とする第1のリチウム遷移金属複合酸化物であり、比較例12は、Mnの比率tを0.60とする第2のリチウム遷移金属複合酸化物とした場合である。これら比較例10乃至比較例12のように、Co及びMnの比率を0.5よりも大とすることにより、正極活物質全体の容量が低下したため初期容量が低下した。
【0130】
一方、実施例4及び実施例33乃至実施例36は、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のCoの比率y及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物中のMnの比率tの範囲を0.05以上、0.50以下にすることによって、結晶構造が安定して初期容量の高容量化が図られた。
【0131】
以上のように、非水電解質二次電池を作製する際には、第1のリチウム遷移金属複合酸化物中のCo及び第2のリチウム遷移金属複合酸化物中のMnの比率を0.05以上、0.50以下の範囲とすることによって、初期容量の高容量化及び充放電サイクル特性の向上が図られることが分かった。
【0132】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明によれば、高容量を有する第1の正極材料と、結晶構造が安定な第2の正極材料とを混合した混合物を含有する正極活物質を用いることによって、初期容量の高容量化及び高エネルギー密度の向上が図られ、常温に限らず高温環境下においても良好な充放電サイクル容量維持率を有する非水電解質二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る非水電解質二次電池の縦断面図である。
【符号の説明】
1 非水電解質二次電池、2 正極、3 負極、4 セパレータ、5 電池缶、6 絶縁板、7 正極リード、8 電流遮断用薄板、9 電池蓋、10 負極リード、11 絶縁封口ガスケット、12 センターピン、13 安全弁、14 PTC素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a positive electrode active material used for a battery and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the demand for secondary batteries has been expanding rapidly with the appearance of many portable electronic devices such as camera-integrated VTRs, mobile phones, and laptop computers. With the reduction in size and weight of these electronic devices, secondary batteries are required to improve energy density as portable power sources. Among secondary batteries, a lithium ion secondary battery is expected because a large energy density can be obtained as compared with a lead battery and a nickel cadmium battery which are conventional aqueous electrolyte secondary batteries.
[0003]
As lithium ion secondary batteries, lithium / cobalt composite oxides having a layered structure, lithium / manganese composite oxides having a spinel structure, lithium / nickel composite oxides, and the like have been put to practical use as positive electrode active materials.
[0004]
Lithium-cobalt composite oxide has the best balance between physical properties such as charge capacity and thermal stability and cost, and is widely used. However, the lithium-cobalt composite oxide is expensive because the amount of cobalt mined is small. Therefore, a cheaper and higher capacity alternative material is required for the lithium-cobalt composite oxide. A spinel-structured lithium-manganese composite oxide has a lower charge capacity than other cobalt oxides and nickel oxides, and may have slightly poor high-temperature storage characteristics.
[0005]
Lithium / nickel composite oxides are expected to be superior to lithium / cobalt composite oxides in terms of raw material prices and supply stability. However, since the lithium-nickel composite oxide has low crystal structure stability, there are problems such as a decrease in charge / discharge capacity and energy density, and deterioration of charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment. Therefore, the lithium / nickel composite oxide is excellent in terms of raw material price and supply stability as described above if the stability of the crystal structure can be achieved and the decrease in charge / discharge capacity and energy density can be suppressed. Therefore, it is a promising material in the future.
[0006]
With respect to stabilization of the crystal structure of the lithium / nickel composite oxide, a method of solute substitution of a different element has been proposed. Further, a method has been proposed in which a lithium-nickel composite oxide is mixed with a spinel-structure lithium-manganese composite oxide that forms a stable crystal structure.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to meet the recent demands for higher density of electronic devices, higher speeds of integrated circuits, etc., or environmental resistance required for portable devices, it is more stable than the above-mentioned stabilization by solid solution replacement. It is necessary to form a crystal structure. In addition, the lithium-manganese composite oxide having a spinel structure has a stable crystal structure but has a low charge capacity, so the high capacity of the lithium-nickel composite oxide is not utilized and the charge / discharge capacity of the positive electrode is reduced. There's a problem.
[0008]
Accordingly, the present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and is improved in charge / discharge capacity and energy density of the positive electrode, and also has good charge / discharge cycle characteristics not only at room temperature but also in a high temperature environment. It is an object of the present invention to provide a positive electrode active material obtained from the above and a nonaqueous electrolyte battery using the positive electrode active material.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The positive electrode active material according to the present invention that achieves the above-described object isA first positive electrode material comprising a first lithium transition metal composite oxide having a layered structure represented by Formula 1; and a second positive electrode material comprising a second transition metal composite oxide having a layered structure represented by
[0010]
[Chemical formula 5]
[0011]
[Chemical 6]
[0012]
The positive electrode active material as described above contains at least Ni and Co,Shown in Equation 1Layered structureThe first lithium transition metal composite oxideA first positive electrode material comprising: at least Ni and Mn;Shown in Equation 2Layered structureSecond lithium transition metal composite oxideThe first positive electrode material has a high capacity, and the second positive electrode material has a stable crystal structure. Therefore, the charge / discharge capacity is increased and the energy is increased. The density is improved, and good charge / discharge cycle characteristics can be obtained even in a high temperature environment.
[0013]
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode current collector, and a negative electrode active material on the negative electrode current collector. A negative electrode formed with a negative electrode mixture layer and a non-aqueous electrolyte are provided. The positive electrode active material isA first positive electrode material comprising a first lithium transition metal composite oxide having a layered structure represented by the above formula 1 and a second positive electrode comprising a second transition metal composite oxide having a layered structure represented by the
[0014]
This non-aqueous electrolyte secondary battery contains at least Ni and Co,Shown in Equation 1Layered structureThe first lithium transition metal composite oxideA first positive electrode material comprising: at least Ni and Mn;Shown in Equation 2Layered structureSecond lithium transition metal composite oxideThe first positive electrode material has a high capacity by using a positive electrode active material containing a mixture obtained by mixing the second positive electrode material and the second positive electrode active material has a stable crystal structure. The charge / discharge capacity of the positive electrode is increased and the energy density is improved, and good charge / discharge cycle characteristics can be obtained even in a high temperature environment.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a positive electrode active material and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material shown as embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 includes an electrode body in which a strip-like
[0016]
The
[0017]
The positive electrode active material contains a mixture obtained by mixing the first positive electrode material and the second positive electrode material. The first positive electrode material has a layered structure and has a chemical formulaLi x Ni 1-yz Co y M Z O 2 (However, M is a transition metal or one element or a plurality of elements of
[0018]
The second positive electrode material has a layered structure and has a chemical formulaLi s Ni 1-tu Mn t M ' u O 2 (However, M ′ is a transition metal or one or more elements of
[0019]
The mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide is preferably 15 wt% or more and 85 wt% or less with respect to the whole positive electrode active material, and more preferably 30 wt%. It is made to contain 70 to 70 weight%. In the positive electrode active material, when the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide is less than 15% by weight, the mixing ratio of the second lithium transition metal composite oxide is 85.weight%, The proportion of the second lithium transition composite oxide having a low capacity with respect to the whole positive electrode active material is increased, and the high capacity of the first lithium transition metal composite oxide is not utilized and the initial capacity of the positive electrode active material is increased. Will fall. When the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide exceeds 85% by weight, the mixing ratio of the second lithium transition composite oxide is 15weightSince the crystal structure of the positive electrode active material becomes unstable, the deterioration of the crystal structure progresses every time charging / discharging is repeated, and the charge / discharge cycle capacity maintenance rate under a high temperature environment is remarkably lowered.
[0020]
Therefore, the positive electrode active material is charged by mixing the mixing ratio of each of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide in the range of 15 wt% or more and 85 wt%. The first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide cancel each other out with respect to the change in the crystal structure accompanying the discharge capacity and charge / discharge. The cycle capacity maintenance rate can be improved.
[0021]
In the positive electrode active material, the average particle diameter of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide is preferably 30 μm or less, more preferably 2 μm or more and 30 μm or less. The positive electrode active material has a large contact area between the positive electrode active material and the electrolyte when the average particle size of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide is less than 2 μm. As the decomposition proceeds, the characteristics in a high temperature environment deteriorate. Conversely, when the average particle diameter of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide exceeds 30 μm, the positive electrode active material and the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide Insufficient mixing with lithium transition metal composite oxide will cause a decrease in initial capacity and deterioration in charge / discharge cycle capacity maintenance rate under high temperature environment.
[0022]
For this reason, in the positive electrode active material, the contact area between the positive electrode active material and the electrolytic solution is reduced by setting the average particle size of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide to 30 μm or less. In addition, the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide are sufficiently mixed to increase the initial capacity and maintain the charge / discharge cycle capacity maintenance rate in a high temperature environment. Improvement is achieved.
[0023]
Further, in the positive electrode active material, the ratio of Co in the first lithium transition metal composite oxide and the ratio of Mn in the second lithium transition metal composite oxide are preferably 0.05 or more and 0.50 or less. . In the positive electrode active material, when the ratio of Co and Mn is less than 0.05, the crystal structures of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide become unstable, and charge and discharge are performed. Each time is repeated, the crystal structure of the positive electrode active material is deteriorated and the charge / discharge cycle characteristics are deteriorated. On the other hand, the positive electrode active material reduces the charge / discharge capacity because the ratio of Co and Mn is 0.50 or more to form a crystal structure that causes a decrease in charge / discharge capacity.
[0024]
Therefore, the positive electrode active material is obtained by setting the ratio of Co in the first lithium transition metal composite oxide and the ratio of Mn in the second lithium transition metal composite oxide to 0.05 or more and 0.50 or less. Therefore, deterioration of the crystal structure is suppressed and charge / discharge cycle characteristics are improved.Ru. In addition, the positive electrode active material can have a high charge / discharge capacity by forming a high-capacity crystal structure by setting the ratio of Co and Mn to 0.05 or more and 0.50 or less.
[0025]
In the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide, carbonates such as lithium, nickel, cobalt, and manganese are mixed according to each composition, and 600 to 600 in an air atmosphere or an oxygen atmosphere. It is obtained by firing in a temperature range of 1100 ° C. The starting material is not limited to carbonates, and can be similarly produced from hydroxides, oxides, nitrates, organic acid salts and the like. In addition, the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide can also use composite hydroxides, composite carbonates, etc. containing lithium, nickel, cobalt, manganese, etc. as raw materials. It is.
[0026]
The positive electrode active material as described above is composed of a mixture of a high-capacity first lithium transition metal composite oxide and a second lithium transition metal composite oxide forming a stable crystal structure, The charge / discharge capacity can be increased and the crystal structure can be stabilized. Therefore, in the positive electrode active material, the charge / discharge capacity can be increased, the energy density can be increased, and the charge / discharge cycle capacity retention rate can be improved in a high temperature environment. Further, the positive electrode active material includes a mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide, an average particle diameter, and Co and the first lithium transition metal composite oxide in the first lithium transition metal composite oxide. By defining the ratio of Mn in the lithium transition metal
[0027]
The
[0028]
In addition, as the negative electrode active material, a metal capable of forming an alloy with lithium and an alloy compound made of a metal capable of forming an alloy with lithium can be used. Examples of metals that can form an alloy with lithium include semiconductor elements such as Mg, B, Al, Ga, In, Si, Sn, Pb, Sb, Bi, Cd, Ag, Zn, Hf, Zr, and Y. It is. Furthermore, oxides such as ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide, tin oxide, etc., which have a relatively low potential, and dope / dedope lithium ions, and other nitrides can be used as well. . Note that a metal such as a copper foil is used as the negative electrode current collector. Further, as the conductive agent, artificial graphite, carbon black or the like similar to the conductive agent used when the
[0029]
The manufacturing method of the
[0030]
For example, the method for producing the
[0031]
Moreover, as a manufacturing method of the
[0032]
The method for producing the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 using the
[0033]
For the electrolyte, a matrix polymer is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte salt in a nonaqueous solvent, a solid electrolyte containing an electrolyte salt, or a nonaqueous electrolytic solution composed of a nonaqueous solvent and an electrolyte salt. Any gelled electrolyte can be used.
[0034]
The nonaqueous electrolytic solution is prepared by appropriately combining an organic solvent and an electrolyte salt. Any organic solvent may be used as long as it is used in a non-aqueous electrolyte battery. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetravidrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, Examples include 1,3-dioxolane, 4
[0035]
As the solid electrolyte, either an inorganic solid electrolyte or a polymer solid electrolyte is used as long as the material has lithium ion conductivity. Examples of the inorganic solid electrolyte include lithium nitride and lithium iodide. The polymer solid electrolyte is composed of a polymer compound containing the above-described electrolyte salt. As the polymer compound, polyethylene oxide, ether-based polymer such as a cross-linked product, polymethacrylate ester system and acrylate system can be used alone or copolymerized or mixed in the molecule.
[0036]
As the matrix polymer of the gel electrolyte, various organic polymers can be used as long as they can be gelated by absorbing the non-aqueous electrolyte. Examples of the matrix polymer include fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride and polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, ether-based polymers such as polyethylene oxide and a cross-linked product, and polyacrylonitrile. In particular, it is desirable to use a fluorine-based polymer for the matrix polymer of the gel electrolyte from the viewpoint of redox stability. The matrix of the gel electrolyte is given ionic conductivity by containing an electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte.
[0037]
The cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery 1 is manufactured by first winding the
[0038]
Next, after injecting the prepared non-aqueous electrolyte into the battery can 5 in which the electrode body described above is incorporated, the
[0039]
The non-aqueous electrolyte secondary battery configured as described above includes the second lithium that forms a stable crystal structure with the high-capacity first lithium transition metal composite oxide in the positive electrode active material that forms the
[0040]
Further, since the shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is not particularly limited, various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a button shape, and a laminate seal shape can be used. It is effective to apply the present invention in a winding method. In that case, the inner diameter of the winding core is made to match the diameter of the portion with the largest curvature among the elliptical cores used in winding the battery.
[0041]
【Example】
Examples and comparative examples of nonaqueous electrolyte secondary batteries using a positive electrode active material to which the present invention is applied will be specifically described below. Here, the shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery is a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery.
[0042]
Example 1
First, the 1st lithium transition metal complex oxide was produced as follows. Commercially available lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide were used as raw materials for the first lithium transition metal composite oxide. In the first lithium transition metal composite oxide, lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide were mixed in the following composition. In Example 1, one element or plural kinds of transition metals or elements of
[0043]
Next, the first lithium transition metal composite oxide is obtained by firing a mixture of lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide in the above-described composition for 10 hours in an oxygen stream at 800 ° C. and then crushing. It is done. And as a result of analyzing the obtained powder with an atomic absorption spectrometer, the first lithium transition metal composite oxide has the chemical formula Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.3 O 2 It was confirmed that Moreover, as a result of measuring the average particle diameter of this powder by the laser analysis method, it was confirmed to be 15 μm. Further, as a result of X-ray diffraction measurement of this powder, the obtained diffraction pattern was LiNiO in 09-0063 of International Center for Diffraction Date (hereinafter ICDD). 2 LiNiO is similar to the diffraction pattern of 2 It was confirmed that the same layered structure was formed.
[0044]
Next, a second lithium transition metal composite oxide was produced as follows. Commercially available lithium hydroxide, nickel monoxide, and manganese dioxide were used as raw materials for the second lithium transition metal composite oxide. As the second lithium transition metal composite oxide, lithium hydroxide, nickel monoxide, and manganese dioxide were mixed in the following composition. As in the case of the first lithium transition metal composite oxide, the second lithium transition metal composite oxide may be replaced with a transition metal or one of elements of
[0045]
Next, the second lithium transition metal composite oxide is a mixture of lithium hydroxide, nickel monoxide, and manganese dioxide so as to have the above-mentioned ratio, which is fired in an oxygen stream at 800 ° C. for 10 hours, and then pulverized. Was obtained. And as a result of analyzing the obtained powder with an atomic absorption analyzer, the chemical formula Li of the second lithium transition metal composite oxide 1.02 Ni 0.65 Mn 0.35 O 2 It was confirmed that Moreover, as a result of measuring the average particle diameter of this powder by the laser analysis method, 15 μm was confirmed. Moreover, as a result of performing X-ray diffraction measurement of this powder, the obtained diffraction pattern was LiNiO in 09-0063 of ICDD. 2 LiNiO is similar to the diffraction pattern of 2 It was confirmed that the same layered structure was formed.
[0046]
Next, a positive electrode was produced. First, the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide described above were mixed to produce a positive electrode active material. In the positive electrode active material, the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide is such that the first lithium transition metal composite oxide to the second lithium transition metal composite oxide = 50. It was prepared by mixing so as to be 50% by weight with respect to 50% by weight. Next, 86% by weight of a positive electrode active material obtained by mixing the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide, 10% by weight of graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder 4% by weight (hereinafter referred to as PVdF) was mixed and dispersed in an organic solvent N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP) to obtain a slurry. Next, the slurry-like positive electrode mixture is uniformly applied to both sides of a 20 μm-thick belt-like aluminum foil to form a positive electrode mixture layer, dried, and then compressed by a roller press to obtain a belt-like positive electrode. It was.
[0047]
Next, a negative electrode was produced. For the negative electrode, powdered artificial graphite was used as the negative electrode active material, and 90% by weight of artificial graphite was mixed with 10% by weight of PVdF and dispersed in NMP to obtain a slurry. The slurry-like negative electrode mixture was uniformly applied on both sides of a copper foil having a thickness of 10 μm to form a negative electrode mixture layer, dried, and then compressed with a roller press to obtain a negative electrode.
[0048]
Next, a non-aqueous electrolyte was prepared. The non-aqueous electrolyte is a mixed solution in which the volume mixing ratio of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate is 1: 1, and the concentration is 1 mol / dm. 3 It was obtained by dissolving in a solvent LiPF so that
[0049]
Next, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery was produced. First, the positive electrode and the negative electrode prepared as described above were wound many times through a separator made of a porous polyolefin film to prepare a spiral electrode body. Insulating plates were arranged on both the upper and lower surfaces of the spiral electrode body and housed in an iron battery can that had been subjected to nickel plating. In order to collect the positive electrode current, one end of the aluminum positive electrode lead is led out from the positive electrode current collector, and the other end is welded to the current blocking thin plate to electrically connect the battery lid through the current blocking thin plate. Connected. In order to collect the negative electrode, one end of the nickel negative electrode lead was led out from the negative electrode current collector, and the other end was welded to the bottom of the battery can.
[0050]
Next, after injecting the prepared non-aqueous electrolyte into the battery can in which the electrode body described above is incorporated, the battery lid is fixed by caulking the battery can through an insulating sealing gasket, and the outer diameter is 18 mm. A cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery having a height of 65 mm was produced. In the non-aqueous electrolyte secondary battery, a center pin connected to the positive electrode lead and the negative electrode lead is provided, and when the pressure inside the non-aqueous electrolyte secondary battery becomes higher than a predetermined value, the non-aqueous electrolyte secondary battery A safety valve for venting the gas inside the electrolyte battery and a PTC (positive temperture coefficient) element for preventing a temperature rise inside the nonaqueous electrolyte secondary battery were provided.
[0051]
Example 2
In Example 2, as the raw material of the first lithium transition metal composite oxide, aluminum hydroxide is used in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, and these raw materials are mixed in the following proportions. did. Formula Li of the first lithium transition metal complex oxide x Ni 1-yz Co y Al z O 2 Li, Ni, Co, Al element ratio x, 1-yz, y, z of x = 1.02, 1-yz = 0.70, y = 0.25, z = 0. In the same manner as in Example 1 except that the mixture was mixed so as to be 05, Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Al 0.05 O 2 The first lithium transition metal composite oxide was prepared. And the nonaqueous electrolyte secondary battery was produced like Example 1 except having used this 1st lithium transition metal complex oxide.
[0052]
Example 3
In Example 3, as the raw material for the second lithium transition metal composite oxide, aluminum hydroxide was used in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, and these raw materials were mixed in the following proportions: did. Chemical formula Li of the second lithium transition metal composite oxide s Ni 1-tu Mn t Al u O 2 Li, Ni, Mn, Al element ratio s, 1-tu, t, u of s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, u = 0.05 Except for blending and mixing so that 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Al 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the second lithium transition metal composite oxide was used.
[0053]
Example 4
In Example 4, the first lithium transition metal composite oxide was treated in the same manner as the first lithium transition metal composite oxide of Example 2, and the chemical formula Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Al 0.05 O 2 The first lithium transition metal composite oxide was prepared. The second lithium transition metal composite oxide was prepared in the same manner as the second lithium transition metal composite oxide of Example 3 with the chemical formula Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.3 Al 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that these first lithium transition metal composite oxide and second lithium transition metal composite oxide were used.
[0054]
Example 5
In Example 5, as the raw material of the first lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, iron hydroxide was used instead of aluminum hydroxide, and the first lithium transition metal composite oxide was used. Chemical formula of metal complex oxide Li x Ni 1-yz Co y Fe Z O 2 The ratio x, 1-yz, y, and z of Li, Ni, Co, and Fe elements of x = 1.02, 1-yz = 0.70, y = 0.25, z = 0. In the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 05, Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Fe 0.05 O 2 The first lithium transition metal composite oxide was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0055]
Example 6
In Example 6, as the raw material for the first lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, tin oxide was used instead of aluminum hydroxide, and the first lithium transition metal composite oxide was used. Formula Li x Ni 1-yz Co y Sn Z O 2 The ratio x, 1-yz, y, z of Li, Ni, Co, and Sn elements of x = 1.02, 1-yz = 0.70, y = 0.25, z = 0. In the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 05, Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Sn 0.05 O 2 The first lithium transition metal composite oxide was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0056]
Example 7
In Example 7, as the raw material of the first lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, cobalt oxide, chromium oxide was used instead of aluminum hydroxide, and the first lithium transition metal composite oxide was used. Formula Li x Ni 1-yz Co y Cr Z O 2 Li, Ni, Cr, Al element ratio x, 1-yz, y, z of x = 1.02, 1-yz = 0.70, y = 0.25, z = 0. In the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 05, Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Cr 0.05 O 2 The first lithium transition metal composite oxide was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0057]
Example 8
In Example 8, as the raw material of the first lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, vanadium pentoxide was used instead of aluminum hydroxide, so that the first lithium transition Chemical formula of metal complex oxide Li x Ni 1-yz Co y V Z O 2 The ratio x, 1-yz, y, z of Li, Ni, Co, and V elements of x = 1.02, 1-yz = 0.70, y = 0.25, z = 0. In the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 05, Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 V 0.05 O 2 The first lithium transition metal composite oxide was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0058]
Example 9
In Example 9, as the raw material of the first lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, titanium oxide was used instead of aluminum hydroxide, and the first lithium transition metal composite oxide was used. Formula Li x Ni 1-yz Co y Ti Z O 2 The ratio x, 1-yz, y, z of Li, Ni, Co, and Ti elements of x = 1.02, 1-yz = 0.70, y = 0.25, z = 0. In the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 05, Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Ti 0.05 O 2 The first lithium transition metal composite oxide was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0059]
Example 10
In Example 10, as a raw material of the first lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, magnesium oxide was used instead of aluminum hydroxide, and the first lithium transition metal composite oxide was used. Formula Li x Ni 1-yz Co y Mg Z O 2 The ratio x, 1-yz, y, z of Li, Ni, Co, and Mg elements is x = 1.02, 1-yz = 0.70, y = 0.25, z = 0. In the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 05, Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Mg 0.05 O 2 The first lithium transition metal composite oxide was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0060]
Example 11
In Example 11, as the raw material of the first lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, gallium nitrate was used instead of aluminum hydroxide, and the first lithium transition metal composite oxide was used. Formula Li x Ni 1-yz Co y Ga Z O 2 The ratio x, 1-yz, y, and z of Li, Ni, Co, and Ga elements of x = 1.02, 1-yz = 0.70, y = 0.25, z = 0. In the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 05, Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.25 Ga 0.05 O 2 The first lithium transition metal composite oxide was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0061]
Example 12
In Example 12, as the raw material of the second lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, iron hydroxide was used instead of aluminum hydroxide, and the second lithium transition metal composite oxide was used. Chemical formula of metal complex oxide Li s Ni 1-tu Mn t Fe u O 2 Li, Ni, Mn, Fe element ratio s, 1-tu, t, u of s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, u = 0.05 Except for blending and mixing so that 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Fe 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0062]
Example 13
In Example 13, as the raw material of the second lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, cobalt oxide was used instead of aluminum hydroxide, and the second lithium transition metal composite oxide was used. Formula Li s Ni 1-tu Mn t Co u O 2 Li, Ni, Mn, Co element ratio s, 1-tu, t, u of s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, u = 0.05 Except for blending and mixing so that 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Co 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0063]
Example 14
In Example 14, as the raw material of the second lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, zinc hydroxide was used instead of aluminum hydroxide, and the second lithium transition metal composite oxide was used. Chemical formula of metal complex oxide Li s Ni 1-tu Mn t Zn u O 2 Li, Ni, Mn, Zn element ratio s, 1-tu, t, u are s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, u = 0.05 Except for blending and mixing so that 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Zn 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0064]
Example 15
In Example 15, as the raw material of the second lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, tin oxide was used instead of aluminum hydroxide, and the second lithium transition metal composite oxide was used. Formula Li s Ni 1-tu Mn t Sn u O 2 Li, Ni, Mn, Sn element ratio s, 1-tu, t, u of s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, u = 0.05 Except for blending and mixing so that 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Sn 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0065]
Example 16
In Example 16, as the raw material of the second lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, chromium oxide was used instead of aluminum hydroxide, so that the second lithium transition metal Formula Li s Ni 1-tu Mn t Cr u O 2 The ratio of Li, Ni, Mn, and Cr elements of s, 1-tu, t, u is s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, u = 0.05 Except for blending and mixing so that 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Cr 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0066]
Example 17
Example 17 uses lithium hydroxide, nickel monoxide, cobalt oxide as a raw material for the second lithium transition metal composite oxide, and uses vanadium pentoxide instead of aluminum hydroxide to produce the second lithium transition metal oxide. Chemical formula of metal complex oxide Li s Ni 1-tu Mn t V u O 2 Li, Ni, Mn,VThe element ratios s, 1-tu, t, and u were mixed and mixed so that s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, and u = 0.05. Except for the same as Example 4, Li 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 V 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0067]
Example 18
In Example 18, as the raw material of the second lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, titanium oxide was used instead of aluminum hydroxide, and the second lithium transition metal composite oxide was used. Formula Li s Ni 1-tu Mn t Ti u O 2 Li, Ni, Mn, Ti element ratio s, 1-tu, t, u are s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, u = 0.05 Except for blending and mixing so that 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Ti 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0068]
Example 19
Example 19 uses lithium oxide, nickel monoxide, cobalt oxide as a raw material for the second lithium transition metal composite oxide, and magnesium oxide instead of aluminum hydroxide. Formula Li s Ni 1-tu Mn t Mg u O 2 Li, Ni, Mn, Mg element ratio s, 1-tu, t, u are s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, u = 0.05 Except for blending and mixing so that 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Mg 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0069]
Example 20
In Example 20, as the raw material of the second lithium transition metal composite oxide, in addition to lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide, gallium nitrate was used instead of aluminum hydroxide, so that the second lithium transition metal Formula Li s Ni 1-tu Mn t Ga u O 2 Li, Ni, Mn, Ga element ratio s, 1-tu, t, u are s = 1.02, 1-tu = 0.65, t = 0.30, u = 0.05 Except for blending and mixing so that 1.02 Ni 0.65 Mn 0.30 Ga 0.05 O 2 The second lithium transition metal composite oxide was prepared. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0070]
Example 21
In Example 21, the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide was changed to the first lithium transition metal composite oxide: second lithium transition metal composite oxide = 15 weight. %: A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 4 except that mixing was performed at 85% by weight. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this positive electrode active material was used.
[0071]
Example 22
In Example 22, the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide was changed to the first lithium transition metal composite oxide: second lithium transition metal composite oxide = 30 weight. %: A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 70% by weight. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this positive electrode active material was used.
[0072]
Example 23
In Example 23, the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide was changed to the first lithium transition metal composite oxide: second lithium transition metal composite oxide = 70 weight. %: A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 30% by weight. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this positive electrode active material was used.
[0073]
Example 24
In Example 24, the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide was changed to the first lithium transition metal composite oxide: second lithium transition metal composite oxide = 85 weight. %: A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 4 except that mixing was performed so as to be 15% by weight. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this positive electrode active material was used.
[0074]
Example 25
In Example 25, the first lithium transition metal composite oxide was prepared in the same manner as in Example 4 except that the production conditions were changed, and the first lithium transition metal composite oxide having an average average particle size of 2 μm was produced. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0075]
Example 26
In Example 26, the first lithium transition metal composite oxide was prepared in the same manner as in Example 4 except that the preparation conditions were changed, and the first lithium transition metal composite oxide having an average average particle size of 8 μm was prepared. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0076]
Example 27
In Example 27, the first lithium transition metal composite oxide was produced in the same manner as in Example 4 except that the production conditions were changed and the first lithium transition metal composite oxide having an average average particle size of 20 μm was produced. . A nonaqueous electrolyte secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 4 except for this.
[0077]
Example 28
In Example 28, the first lithium transition metal composite oxide having an average average particle size of 30 μm was prepared in the same manner as in Example 4 by changing the preparation conditions of the first lithium transition metal composite oxide. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0078]
Example 29
In Example 29, the production conditions of the second lithium transition metal composite oxide in Example 4 were changed, and the second lithium transition metal composite oxide having an average particle diameter of 2 μm was used as the second lithium transition metal composite of Example 4. It was produced in the same manner as the complex oxide. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0079]
Example 30
In Example 30, the second lithium transition metal composite oxide of Example 4 was replaced with the second lithium transition metal composite oxide having an average average particle size of 9 μm by changing the preparation conditions of the second lithium transition metal composite oxide. It produced similarly. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0080]
Example 31
In Example 31, the second lithium transition metal composite oxide of Example 4 was replaced with the second lithium transition metal composite oxide having an average average particle diameter of 18 μm by changing the production conditions of the second lithium transition metal composite oxide. It produced similarly. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0081]
Example 32
In Example 32, the preparation conditions of the second lithium transition metal composite oxide were changed, and the second lithium transition metal composite oxide having an average particle size of 30 μm was changed to the second lithium transition metal composite oxide of Example 4. It produced similarly. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0082]
Example 33
In Example 33, the composition y of the Li, Ni, Co, and Al elements in the first lithium transition metal composite oxide was changed to 0.05 for the composition ratio y of cobalt in the first lithium transition metal composite oxide. So that the ratio x, 1-yz, y, z is x = 1.02, 1-yz = 0.90, y = 0.05, z = 0.05, A first lithium transition metal composite oxide was produced. A nonaqueous electrolyte secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 4 except for this.
[0083]
Example 34
In Example 34, the composition ratio y of cobalt in the first lithium transition metal composite oxide was changed to 0.50, and the composition ratio x, 1-yz, of Li, Ni, Co, and Al elements was changed. The first lithium transition metal composite oxide is mixed by mixing so that y and z are x = 1.02, 1-yz = 0.45, y = 0.50, and z = 0.05. It was produced in the same manner as the first lithium transition metal composite oxide of Example 4. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0084]
Example 35
In Example 35, the composition ratio t of manganese in the second lithium transition metal composite oxide was changed to 0.05, the composition ratio s of Li, Ni, Mn, and Al elements s, 1-tu, t, u are mixed so that s = 1.02, 1-tu = 0.90, t = 0.05, u = 0.05, and the second lithium transition metal composite oxide is obtained. It was produced in the same manner as the second lithium transition metal composite oxide of Example 4. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0085]
Example 36
In Example 36, the composition of Li, Ni, Mn, and Al elements in the second lithium transition metal composite oxide was changed by changing the manganese composition ratio t in the second lithium transition metal composite oxide to 0.50. So that the ratio of s, 1-tu, t, u is s = 1.02, 1-tu = 0.45, t = 0.50, u = 0.05. A second lithium transition metal composite oxide was produced in the same manner as in Example 4. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0086]
Comparative Example 1
In Comparative Example 1, lithium hydroxide, nickel monoxide, and cobalt oxide were mixed as raw materials for the first lithium transition metal composite oxide in the following composition. Chemical formula of the first lithium transition metal composite oxideLi x Ni 1-yz Co y M Z O 2 Li, Ni, Co, M element ratio x, 1-yz, y, z of x = 1.02, 1-yz = 0.70, y = 0.30, z = 0 It mix | blended so that it might become. The first lithium transition metal composite oxide has the chemical formula Li 1.02 Ni 0.70 Co 0.30 O 2 This was prepared in the same manner as the first lithium transition metal composite oxide of Example 4. In Comparative Example 1, a positive electrode active material was prepared by using the first lithium transition metal composite oxide alone without using the second lithium transition metal composite oxide. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this positive electrode active material was used.
[0087]
Comparative Example 2
In Comparative Example 2, commercially available lithium hydroxide, nickel monoxide, and manganese dioxide were used as raw materials for the second lithium transition metal composite oxide. The second lithium transition metal composite oxide has the chemical formula Li 1.02 Ni 0.7 Mn 0.3 O 2 A first lithium transition metal composite oxide represented by the following formula was prepared in the same manner as in Example 4. In Comparative Example 2, a positive electrode active material was prepared by using the second lithium transition metal composite oxide alone without using the first lithium transition composite oxide. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this positive electrode active material was used.
[0088]
Comparative Example 3
In Comparative Example 3, the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide was determined as follows: first lithium transition metal composite oxide: second lithium transition metal composite oxide = 10 % By weight: A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 4 except that mixing was performed at 90% by weight. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this positive electrode active material was used.
[0089]
Comparative Example 4
In Comparative Example 4, the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide was determined as follows: first lithium transition metal composite oxide: second lithium transition metal composite oxide = 90 % By weight: A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 4 except that mixing was performed at 10% by weight. A nonaqueous electrolyte secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 4 except for the above.
[0090]
Comparative Example 5
In Comparative Example 5, the first lithium transition metal composite oxide having an average particle diameter of 1 μm was prepared in the same manner as in Example 4 by changing the preparation conditions of the first lithium transition metal composite oxide. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0091]
Comparative Example 6
In Comparative Example 6, the first lithium transition metal composite oxide having an average particle size of 40 μm was prepared in the same manner as in Example 4 by changing the preparation conditions of the first lithium transition metal composite oxide. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0092]
Comparative Example 7
In Comparative Example 7, the second lithium transition metal composite oxide having an average particle diameter of 1 μm was prepared in the same manner as in Example 4 by changing the preparation conditions of the second lithium transition metal composite oxide. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0093]
Comparative Example 8
In Comparative Example 8, a second lithium transition metal composite oxide having an average particle size of 40 μm was prepared in the same manner as in Example 4 by changing the preparation conditions of the second lithium transition metal composite oxide. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0094]
Comparative Example 9
In Comparative Example 9, the composition ratio y of cobalt in the first lithium transition metal composite oxide was changed to 0.01, and the composition ratios x, 1-yz, Li, Ni, Co, and Al elements were changed. y and z are x = 1.02, 1-yz = 0.94The first lithium transition metal composite oxide was prepared in the same manner as the first lithium transition metal composite oxide of Example 4 by mixing so that y = 0.01 and z = 0.05. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0095]
Comparative Example 10
In Comparative Example 10, the composition ratio y of cobalt in the first lithium transition metal composite oxide was changed to 0.60, the composition ratios x, 1-yz, Li, Ni, Co, and Al elements y and z are x = 1.02, 1-yz = 0.35The first lithium transition metal composite oxide was prepared in the same manner as the first lithium transition metal composite oxide of Example 4 by mixing so that y = 0.60 and z = 0.05. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this first lithium transition metal composite oxide was used.
[0096]
Comparative Example 11
In Comparative Example 11, the composition ratio t of manganese in the second lithium transition metal composite oxide was changed to 0.01, the composition ratio s of Li, Ni, Mn, and Al elements s, 1-tu, t and u are s = 1.02, 1-tu = 0.94, T = 0.01, and u = 0.05, and the second lithium transition metal composite oxide was produced in the same manner as the second lithium transition metal composite oxide of Example 4. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0097]
Comparative Example 12
In Comparative Example 12, the composition ratio t of manganese in the second lithium transition metal composite oxide was changed to 0.60, the composition ratio s of Li, Ni, Mn, and Al elements, 1-tu, t and u are s = 1.02, 1-tu = 0.35, T = 0.60, and u = 0.05, and the second lithium transition metal composite oxide was produced in the same manner as the second lithium transition metal composite oxide of Example 4. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this second lithium transition metal composite oxide was used.
[0098]
Next, the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples and Comparative Examples manufactured as described above were charged under the conditions of an environmental temperature of 23 ° C., a charging voltage of 4.20 V, a charging current of 1000 mA, and a charging time of 2.5 hours. Thereafter, the battery was discharged at a charging current of 1500 mA and a final voltage of 2.75 V, and the initial capacity was measured. Furthermore, charging / discharging was repeated under the same conditions, the discharge capacity at the 100th cycle at 23 ° C. was measured, and the capacity retention rate at the 100th cycle with respect to the initial capacity was determined. In addition, the capacity maintenance rate at the 100th cycle was measured when charging / discharging at 50 ° C. was repeated in the same manner as when the environmental temperature was set to 50 ° C. and the other conditions were 23 ° C. .
[0099]
Table 1 shows the evaluation results of the initial capacity in Examples 1 to 20, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the 100 cycle capacity retention at 23 ° C., and the 100 cycle capacity retention at 50 ° C.
[0100]
[Table 1]
[0101]
From the evaluation results shown in Table 1, in Examples 1 to 20 in which a mixture obtained by mixing the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide was used as the positive electrode active material, It can be seen that, compared with Comparative Example 1 in which the positive electrode active material is formed solely from the lithium transition metal composite oxide, the 100 cycle capacity retention rate at 23 ° C. and 50 ° C. is improved.
[0102]
Comparative Example 1 is a case where the first lithium transition metal composite oxide is used alone as the positive electrode active material, and one of the transition metals or elements of
[0103]
On the other hand, in Examples 1 to 20, the crystal structure of the second lithium transition metal composite oxide was obtained by mixing the second lithium transition metal composite oxide in addition to the first lithium transition metal composite oxide. Therefore, the change in the crystal structure of the positive electrode active material associated with charge / discharge is reduced, and the deterioration of the crystal structure of the entire positive electrode active material associated with charge / discharge is suppressed. For this reason, the positive electrode active material has an improved 100 cycle capacity retention rate at 23 ° C. and 50 ° C.
[0104]
In addition, from the evaluation results shown in Table 1, in Examples 1 to 20, the initial capacity was higher than that in Comparative Example 2 in which the second lithium transition metal composite oxide alone was formed as the positive electrode active material. It can be seen that the capacity is increased.
[0105]
In Comparative Example 2, the second lithium transition metal composite oxide is used alone as the positive electrode active material, and one of the transition metals or the elements of
[0106]
On the other hand, in Example 1 to Example 20, the first lithium transition metal composite oxide has a high capacity by mixing the first lithium transition metal composite oxide in addition to the second lithium transition metal composite oxide. Therefore, the initial capacity of the whole positive electrode active material is improved.
[0107]
From the above, when producing a nonaqueous electrolyte secondary battery, by using a mixture in which the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide are mixed in the positive electrode active material, It is clear that it is effective for increasing the initial capacity, increasing the energy density, and improving the charge / discharge cycle capacity retention rate. In addition, as in Example 1, the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide are selected from transition metals or
[0108]
Next, the
[0109]
[Table 2]
[0110]
Based on the evaluation results shown in Table 2, the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide was set to 15% by weight or more and 85% by weight or less based on the entire positive electrode active material. In Example 1 and Examples 21 to 24, the initial capacity was higher than that in Comparative Example 3 in which the first lithium transition metal composite oxide was 10% and the second lithium transition metal composite oxide was 90%. It can be seen that the capacity is increased.
[0111]
In Comparative Example 3, a mixture obtained by mixing 10% by weight of the first lithium transition metal composite oxide and 90% by weight of the second lithium transition metal composite oxide with respect to the whole positive electrode active material was used as the positive electrode active material. The low-capacity second lithium transition metal composite oxide occupies most of the positive electrode active material.4Also, the initial capacity is remarkably reduced as compared with Examples 21 to 24.
[0112]
On the other hand, Example4In Examples 21 to 24, the mixing ratio of the second lithium transition metal composite oxide with respect to the whole positive electrode active material is mixed in the range of 15 wt% or more and 85 wt% or less, thereby increasing the capacity. Since the first lithium transition metal composite oxide is contained in an appropriate weight% with respect to the whole positive electrode active material, the capacity of the initial capacity is increased. In Example 1 and Examples 21 to 24, the initial capacity is increased as the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide increases.
[0113]
Moreover, from the evaluation results shown in Table 2, the examples4In Examples 21 to 24, the first lithium transition metal composite oxide was 90%, and the second lithium transition metal composite oxide was 10%. It can be seen that the cycle capacity retention rate is improved.
[0114]
In Comparative Example 4, the mixture of 90% of the first lithium transition metal composite oxide and 10% of the second lithium transition metal composite oxide with respect to the whole positive electrode active material was used as a positive electrode active material, Since the first lithium transition metal composite oxide having an unstable structure occupies most of the positive electrode active material, the deterioration of the crystal structure is promoted every time charging and discharging are repeated, and the charge / discharge cycle capacity maintenance rate is reduced. Yes. In particular, in the positive electrode active material, the deterioration of the crystal structure is accelerated under a high temperature environment, and the capacity maintenance rate of 100 cycles at 50 ° C. is remarkably lowered with the deterioration of the electrolyte.
[0115]
On the other hand, Example4In Examples 21 to 24, the mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide is mixed in the range of 15 wt% or more and 85 wt% or less with respect to the entire positive electrode active material. By mixing at an appropriate weight%, the change in the crystal structure of the positive electrode active material accompanying charge / discharge is suppressed, and the charge / discharge cycle capacity retention rate is improved.
[0116]
From the above, the positive electrode active material has a mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide in the range of 15% by weight or more and 85% by weight or less with respect to the whole when producing the nonaqueous electrolyte secondary battery. It can be seen that mixing at the above can increase the initial capacity and improve the charge / discharge cycle capacity retention rate.
[0117]
Next, the
[0118]
[Table 3]
[0119]
From the evaluation results shown in Table 3, the average particle diameter of each of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide was set in the range of 2 μm to 30 μm.4Examples 27 to 32 and Comparative Example 5 to Comparative Example in which one of the first lithium transition metal composite oxide or the second lithium transition metal composite oxide was 1 μm or 40 μm and the other was 15 μm 8 and 50, it can be seen that the 50 ° C. and 100 cycle capacity retention rate is improved.
[0120]
In Comparative Examples 5 to 8, when the average particle diameter of either the first lithium transition metal composite oxide or the second lithium transition metal composite oxide is less than 2 μm and the other is 15 μm, the positive electrode active material Since the contact area with the electrolytic solution becomes too large, the decomposition of the electrolyte proceeds and the examples4Compared with Example 27 thru | or Example 32, the cycle capacity maintenance factor in 50 degreeC is falling. On the other hand, if the average particle size exceeds 30 μm, the mixing of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide becomes insufficient, and the cycle capacity retention rate decreases, particularly at 50 ° C. The cycle capacity maintenance rate has decreased.
[0121]
On the other hand, Example4In Examples 25 to 28, the average particle diameter of the first lithium transition metal composite oxide is in the range of 2 μm to 30 μm, and the average particle diameter of the second lithium transition metal composite oxide is constant at 15 μm. By using the mixed mixture as the positive electrode active material, the contact area between the positive electrode active material and the electrolytic solution is reduced, and the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide are reduced. Thoroughly mixed. Therefore, the example4In Examples 25 to 28, as compared with Comparative Examples 5 to 8, the 100 cycle capacity retention rate at 50 ° C. is improved.
[0122]
From the above, the positive electrode active material has an average particle size of 2 μm or more and 30 μm of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide when the nonaqueous electrolyte secondary battery is manufactured. By setting it in the following range, the 100 cycle capacity maintenance rate at 50 ° C. is improved.
[0123]
Next, the example4Table 4 shows the evaluation results of the initial capacities in Examples 33 to 36 and Comparative Examples 9 to 12, the 100 cycle capacity retention at 23 ° C., and the 100 cycle capacity retention at 50 ° C. The mixing ratio of the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide is as follows: first lithium transition metal composite oxide to second lithium transition metal composite oxide = 50 wt% 50% by weight.
[0124]
[Table 4]
[0125]
From the evaluation results in Table 4, the first lithium transition metal composite oxide (Li x Ni 1-yz Co y M Z O 2 ) And the second lithium transition metal composite oxide (Li s Ni 1-tu Mn t M ' u O 2 In Example 1 and Examples 33 to 36 in which the range of the ratio t of Mn is 0.05 or more and 0.50 or less, the range of the ratio y or t is 0.05 or less, and one of them is 0. Compared with Comparative Examples 9 to 11 in the range of 0.05 or more and 0.50 or less, it can be seen that the 50 ° C. and 100 cycle capacity retention rate is improved.
[0126]
In Comparative Example 9, the Co ratio y of 1 lithium transition metal composite oxide was 0.01, and Comparative Example 12 was the case where the Mn ratio t of the second lithium transition metal composite oxide was 0.01 It is. As described above, in Comparative Examples 9 to 11, the Co ratio y in the first lithium transition metal composite oxide is 0.01, or the Mn ratio t in the second lithium transition metal composite oxide is 0. By setting the ratio to 0.01, each crystal structure becomes unstable, and the charge / discharge cycle capacity retention rate is lowered due to deterioration of the crystal structure of the positive electrode active material each time charge / discharge is repeated. In particular, in the positive electrode active material, the deterioration of the crystal structure is promoted in a high temperature environment, and the 100 cycle capacity maintenance rate at 50 ° C. is remarkably reduced.
[0127]
On the other hand, Example4In Examples 33 to 36, the ratio y of Co in the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide (Li s Ni 1-tu Mn t M ' u O 2 ) When the range of the Mn ratio t is 0.05 or more and 0.50 or less, each crystal structure in the first lithium transition metal composite oxide and the second lithium transition metal composite oxide is stable. Thus, an excellent charge / discharge cycle capacity retention rate can be obtained even in a high temperature environment.
[0128]
Moreover, from the evaluation results shown in Table 4, the examples4Examples 33 to 36 are the first lithium transition metal composite oxide (Li x Ni 1-yz Co y M Z O 2 ) In Co or the second lithium transition metal composite oxide (Li s Ni 1-tu Mn t M ' u O 2 The initial capacity is increased as compared with Comparative Examples 10 to 12 in which the range of the ratio t of Mn exceeds 0.50 and one is 0.05 or more and less than 0.50. I understand that.
[0129]
Comparative Example 10 is a first lithium transition metal composite oxide in which the Co ratio y is 0.60, and Comparative Example 12 is a second lithium transition metal composite oxide in which the Mn ratio t is 0.60. This is the case. As in Comparative Examples 10 to 12, by setting the ratio of Co and Mn to be larger than 0.5, the capacity of the positive electrode active material as a whole was reduced, so that the initial capacity was reduced.
[0130]
On the other hand, Example4In Examples 33 to 36, the range of the ratio y of Co in the first lithium transition metal composite oxide and the ratio t of Mn in the second lithium transition metal composite oxide is 0.05 or more, 0 By setting it to .50 or less, the crystal structure was stabilized and the initial capacity was increased.
[0131]
As described above, when producing a nonaqueous electrolyte secondary battery, the ratio of Co in the first lithium transition metal composite oxide and Mn in the second lithium transition metal composite oxide is 0.05 or more. Thus, it was found that by setting the range to 0.50 or less, it is possible to increase the initial capacity and improve the charge / discharge cycle characteristics.
[0132]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, by using a positive electrode active material containing a mixture of a first positive electrode material having a high capacity and a second positive electrode material having a stable crystal structure. In addition, the capacity of the initial capacity is increased and the energy density is improved, and a nonaqueous electrolyte secondary battery having a good charge / discharge cycle capacity maintenance rate can be obtained not only at room temperature but also in a high temperature environment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte secondary battery, 2 Positive electrode, 3 Negative electrode, 4 Separator, 5 Battery can, 6 Insulation board, 7 Positive electrode lead, 8 Thin plate for current interruption, 9 Battery cover, 10 Negative electrode lead, 11 Insulation sealing gasket, 12 Center Pin, 13 Safety valve, 14 PTC element
Claims (6)
式2で示される層状構造の第2のリチウム遷移金属複合酸化物からなる第2の正極材料との混合物を有することを特徴とする正極活物質。
A positive electrode active material comprising a mixture with a second positive electrode material made of a second lithium transition metal composite oxide having a layered structure represented by Formula 2 .
負極集電体上に負極活物質を含有する負極合剤層が形成されてなる負極と、A negative electrode in which a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material is formed on a negative electrode current collector;
非水電解質とを備え、With a non-aqueous electrolyte,
上記正極活物質が、式1で示される層状構造の第1のリチウム遷移金属複合酸化物からなる第1の正極材料と、式2で示される層状構造の第2のリチウム遷移金属複合酸化物からなる第2の正極材料との混合物を有することを特徴とする非水電解質二次電池。The positive electrode active material includes a first positive electrode material composed of a first lithium transition metal composite oxide having a layered structure represented by Formula 1 and a second lithium transition metal composite oxide having a layered structure represented by Formula 2. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a mixture with a second positive electrode material.
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