JPH08162114A - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
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- JPH08162114A JPH08162114A JP6329643A JP32964394A JPH08162114A JP H08162114 A JPH08162114 A JP H08162114A JP 6329643 A JP6329643 A JP 6329643A JP 32964394 A JP32964394 A JP 32964394A JP H08162114 A JPH08162114 A JP H08162114A
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- JP
- Japan
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- positive electrode
- active material
- electrode active
- battery
- limn
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電池の充放電に伴う正極活物質と導電剤との
接触抵抗の増大を抑制でき、且つ容量を低下させること
なくサイクル特性を向上させたリチウム二次電池を提供
する。 【構成】 リチウム二次電池の正極1に用いる正極活物
質を、LixMnyO2粉末の表面にLiaMbO2(ここで
はMはCr,Fe,Co,Niなどの遷移金属元素の中
から選ばれた1種または2種以上の元素である)層が形
成された複合体粉末で構成する。
接触抵抗の増大を抑制でき、且つ容量を低下させること
なくサイクル特性を向上させたリチウム二次電池を提供
する。 【構成】 リチウム二次電池の正極1に用いる正極活物
質を、LixMnyO2粉末の表面にLiaMbO2(ここで
はMはCr,Fe,Co,Niなどの遷移金属元素の中
から選ばれた1種または2種以上の元素である)層が形
成された複合体粉末で構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリチウム二次電池に関す
るもので、さらに詳しくはその正極活物質に関するもの
である。
るもので、さらに詳しくはその正極活物質に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、リチウム二次電池の正極活物質と
して高エネルギー密度化の観点から一般式LiAO2で
表すことのできるリチウムコバルト酸化物やリチウムニ
ッケル酸化物などの層状化合物や、LiMn2O4および
LiMnO2を含む一連のリチウムマンガン酸化物が正
極材料として使用されている。
して高エネルギー密度化の観点から一般式LiAO2で
表すことのできるリチウムコバルト酸化物やリチウムニ
ッケル酸化物などの層状化合物や、LiMn2O4および
LiMnO2を含む一連のリチウムマンガン酸化物が正
極材料として使用されている。
【0003】しかし、リチウムコバルト酸化物やリチウ
ムニッケル酸化物は、その主要元素であるコバルトが高
価で且つ資源的な問題があったり、リチウムニッケル酸
化物は合成方法の困難さから材料のコストメリットがな
いなどの問題があり、低コスト化への要望からマンガン
酸化物系の開発が強く要求されている。
ムニッケル酸化物は、その主要元素であるコバルトが高
価で且つ資源的な問題があったり、リチウムニッケル酸
化物は合成方法の困難さから材料のコストメリットがな
いなどの問題があり、低コスト化への要望からマンガン
酸化物系の開発が強く要求されている。
【0004】しかし、一般的なLiMnO2およびLi
Mn2O4を含む一連のリチウムマンガン複合酸化物は、
電子抵抗が大きいことや、充放電に伴う粒子の膨脹収縮
による粒子破壊から電子伝導を担う導電剤との接触が不
十分となることなどの問題から十分な電子伝導を確保す
る必要があり、電極構成において導電剤量および導電剤
の種類に規制が生じるためエネルギー密度が低下する。
あるいは充放電の繰り返しに伴い結晶格子の歪みや、粒
子破壊による粒子間での電子伝導およびリチウムイオン
の拡散が遮断される部位が生じるなどの要因で、サイク
ル特性も良くないという問題があった。
Mn2O4を含む一連のリチウムマンガン複合酸化物は、
電子抵抗が大きいことや、充放電に伴う粒子の膨脹収縮
による粒子破壊から電子伝導を担う導電剤との接触が不
十分となることなどの問題から十分な電子伝導を確保す
る必要があり、電極構成において導電剤量および導電剤
の種類に規制が生じるためエネルギー密度が低下する。
あるいは充放電の繰り返しに伴い結晶格子の歪みや、粒
子破壊による粒子間での電子伝導およびリチウムイオン
の拡散が遮断される部位が生じるなどの要因で、サイク
ル特性も良くないという問題があった。
【0005】これらの問題に対する方策としてLixM
nyO2中のマンガンを他元素により置換することによ
り、活物質自身の電子伝導性および充放電に伴う粒子歪
みの低減を試みる検討が盛んに行われており、実際に活
物質自身の性能向上に効果があることが知られている
(特開平4−141954号公報)。
nyO2中のマンガンを他元素により置換することによ
り、活物質自身の電子伝導性および充放電に伴う粒子歪
みの低減を試みる検討が盛んに行われており、実際に活
物質自身の性能向上に効果があることが知られている
(特開平4−141954号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、例えばスピネ
ル構造を有するLiMn2O4はマンガンの一部を他元素
に置換することによりサイクル特性が向上するが、一方
では粒子の電子抵抗が十分に低減できないことで正極電
極中の導電剤が多量に必要になる。あるいは他元素置換
することによりスピネル構造において4V付近の電位で
充放電に関与する価数変化を行う元素種がないため、そ
の分充放電反応に関与しないリチウムイオンが生じ、逆
効果として容量が低下するなどといった問題が依然残さ
れている。
ル構造を有するLiMn2O4はマンガンの一部を他元素
に置換することによりサイクル特性が向上するが、一方
では粒子の電子抵抗が十分に低減できないことで正極電
極中の導電剤が多量に必要になる。あるいは他元素置換
することによりスピネル構造において4V付近の電位で
充放電に関与する価数変化を行う元素種がないため、そ
の分充放電反応に関与しないリチウムイオンが生じ、逆
効果として容量が低下するなどといった問題が依然残さ
れている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
手段として本発明は、リチウム二次電池の正極活物質を
LixMnyO2とLiaMbO2(ここでMはCr,Fe,
Co,Niなどの遷移金属元素の中から選ばれた1種ま
たは2種以上の元素である)との複合体粉末で構成した
ものである。
手段として本発明は、リチウム二次電池の正極活物質を
LixMnyO2とLiaMbO2(ここでMはCr,Fe,
Co,Niなどの遷移金属元素の中から選ばれた1種ま
たは2種以上の元素である)との複合体粉末で構成した
ものである。
【0008】前記複合体粉末は、LixMnyO2(ここ
でx,yはそれぞれ0<x≦1.15,0.85≦y≦
1.30である)粉末の表面にLiaMbO2(ここで
a,bはそれぞれ0<a≦1.15,0.85≦b≦
1.30である)層が形成されたものである。
でx,yはそれぞれ0<x≦1.15,0.85≦y≦
1.30である)粉末の表面にLiaMbO2(ここで
a,bはそれぞれ0<a≦1.15,0.85≦b≦
1.30である)層が形成されたものである。
【0009】上記正極活物質中、LixMnyO2のx,
y値は0<x≦1.15,0.85≦y≦1.30の範
囲であり、一連のリチウムマンガン複合酸化物に対して
有効であり、また、LiaMbO2中の他元素Mは4V付
近の電位で充放電反応に関与するCr,Fe,Co,N
iのリチウム複合酸化物が良く、特にLiCoO2,L
iNiO2が良い。
y値は0<x≦1.15,0.85≦y≦1.30の範
囲であり、一連のリチウムマンガン複合酸化物に対して
有効であり、また、LiaMbO2中の他元素Mは4V付
近の電位で充放電反応に関与するCr,Fe,Co,N
iのリチウム複合酸化物が良く、特にLiCoO2,L
iNiO2が良い。
【0010】本発明の複合体粉末を得るためには、例え
ばスピネル構造を有するLiMn2O4粒子の表面にLi
CoO2層を有する複合体を例にとると、一般的な方法
(例えば炭酸リチウムLi2CO3と三酸化二マンガンM
n2O3をモル比1+x:2で混合し、800℃程度で焼
成する)で合成されたLi1+xMn2O4を用い、これを
粉砕した粉体をxモルのコバルトを含有する硝酸コバル
トCo(NO3)2水溶液中に分散させ十分攪拌した後、水
を蒸発させる。この粉末を300〜400℃程度の比較
的低温で再度焼成することによりLiMn2O4結晶構造
中にコバルトが拡散することなくLiMn2O4粒子表面
にLiCoO2の表面層を形成することができる。
ばスピネル構造を有するLiMn2O4粒子の表面にLi
CoO2層を有する複合体を例にとると、一般的な方法
(例えば炭酸リチウムLi2CO3と三酸化二マンガンM
n2O3をモル比1+x:2で混合し、800℃程度で焼
成する)で合成されたLi1+xMn2O4を用い、これを
粉砕した粉体をxモルのコバルトを含有する硝酸コバル
トCo(NO3)2水溶液中に分散させ十分攪拌した後、水
を蒸発させる。この粉末を300〜400℃程度の比較
的低温で再度焼成することによりLiMn2O4結晶構造
中にコバルトが拡散することなくLiMn2O4粒子表面
にLiCoO2の表面層を形成することができる。
【0011】
【作用】本発明による正極活物質を使用したリチウム二
次電池は、一連のリチウムマンガン複合酸化物、あるい
はリチウムマンガン複合酸化物中マンガンの一部を異種
元素置換した正極活物質を使用したものに比較して、粒
子表面がLiaMbO2で被覆されており、電子伝導性が
良好で、且つ電池の充放電に伴う粒子の膨脹収縮による
粒子破壊が抑制されることや、表面層を形成しているL
iCoO2などが電池の反応に寄与するため他元素で置
換したものと比較して容量の低下が起こらないため著し
く電池の性能が向上する。
次電池は、一連のリチウムマンガン複合酸化物、あるい
はリチウムマンガン複合酸化物中マンガンの一部を異種
元素置換した正極活物質を使用したものに比較して、粒
子表面がLiaMbO2で被覆されており、電子伝導性が
良好で、且つ電池の充放電に伴う粒子の膨脹収縮による
粒子破壊が抑制されることや、表面層を形成しているL
iCoO2などが電池の反応に寄与するため他元素で置
換したものと比較して容量の低下が起こらないため著し
く電池の性能が向上する。
【0012】
【実施例】以下、本発明をスピネル構造LiMn2O4を
例にとり、複合元素としてコバルトを使用した実施例に
基づいて説明する。
例にとり、複合元素としてコバルトを使用した実施例に
基づいて説明する。
【0013】実施例1 炭酸リチウムLi2CO3と三酸化二マンガンMn2O3を
Li:Mn=1.0+x:2.0のモル比となるよう混
合し、800℃で熱処理することにより合成したLi
1+xMn2O4をxモルのコバルトを有するコバルト塩水
溶液に拡散し十分攪拌し、水を蒸発させた後、粒子を3
00〜400℃程度の比較的低温で再度焼成することに
よりLiMn2O4−LiCoO2複合体粉末を得た。
Li:Mn=1.0+x:2.0のモル比となるよう混
合し、800℃で熱処理することにより合成したLi
1+xMn2O4をxモルのコバルトを有するコバルト塩水
溶液に拡散し十分攪拌し、水を蒸発させた後、粒子を3
00〜400℃程度の比較的低温で再度焼成することに
よりLiMn2O4−LiCoO2複合体粉末を得た。
【0014】上記の方法で得られた複合体粉末を正極活
物質に使用し、図1の断面図で示すコイン型リチウム二
次電池を作製した。
物質に使用し、図1の断面図で示すコイン型リチウム二
次電池を作製した。
【0015】まず、正極1は、上記正極活物質粉末を使
用し、これに導電剤としてアセチレンブラック、粘着剤
としてポリテトラフルオロエチレン粉末を80:16:
4の重量比で混練し、これをローラープレスにより厚み
0.5mmのシート状に成形した後、直径16mmの円
形に打ち抜いたものを正極集電体6を介して正極缶4に
圧着して用いた。
用し、これに導電剤としてアセチレンブラック、粘着剤
としてポリテトラフルオロエチレン粉末を80:16:
4の重量比で混練し、これをローラープレスにより厚み
0.5mmのシート状に成形した後、直径16mmの円
形に打ち抜いたものを正極集電体6を介して正極缶4に
圧着して用いた。
【0016】負極2は、厚み0.3mmのリチウム箔を
直径15mmの円形に打ち抜き、負極集電体7を介して
負極缶5に圧着して用いた。
直径15mmの円形に打ち抜き、負極集電体7を介して
負極缶5に圧着して用いた。
【0017】一方、セパレータ3にはポリプロピレン製
微多孔膜を用い、電解液にはプロピレンカーボネートと
ジエチルカーボネートの混合溶媒(体積比1:1)にL
iClO4を1mol/l溶解したものを使用した。
微多孔膜を用い、電解液にはプロピレンカーボネートと
ジエチルカーボネートの混合溶媒(体積比1:1)にL
iClO4を1mol/l溶解したものを使用した。
【0018】上記正極1、負極2、セパレータ3、電解
液、および絶縁パッキング8を用いて直径20mm、厚
さ1.6mmのコイン型リチウム電池を作製した。この
電池をA1とする。
液、および絶縁パッキング8を用いて直径20mm、厚
さ1.6mmのコイン型リチウム電池を作製した。この
電池をA1とする。
【0019】実施例2 上記実施例1にて合成した正極活物質を使用し、正極電
極として正極活物質:導電剤:結着剤の重量比率を9
0:6:4とした以外は、実施例1と全く同様にして本
発明電池A2を作製した。
極として正極活物質:導電剤:結着剤の重量比率を9
0:6:4とした以外は、実施例1と全く同様にして本
発明電池A2を作製した。
【0020】比較例1 炭酸リチウムLi2CO3と三酸化二マンガンMn2O3を
Li:Mn=1.0:2.0のモル比となるよう秤量、
混合し、800℃程度で熱処理することによりLiMn
2O4正極活物質を得た。この正極活物質を使用する以外
は、実施例1と全く同様にして比較例電池B1を作製し
た。
Li:Mn=1.0:2.0のモル比となるよう秤量、
混合し、800℃程度で熱処理することによりLiMn
2O4正極活物質を得た。この正極活物質を使用する以外
は、実施例1と全く同様にして比較例電池B1を作製し
た。
【0021】比較例2 比較例1で合成されたLiMn2O4正極活物質を使用
し、正極電極として正極活物質:導電剤:結着剤の重量
比率を90:6:4とした以外は、実施例1と全く同様
にして比較例電池B2を作製した。
し、正極電極として正極活物質:導電剤:結着剤の重量
比率を90:6:4とした以外は、実施例1と全く同様
にして比較例電池B2を作製した。
【0022】比較例3 炭酸リチウムLi2CO3と三酸化二マンガンMn2O3お
よび水酸化コバルトCo(OH)2をLi:Mn:Co=
1.0:1.9:0.1のモル比となるよう秤量、混合
し、800℃程度で熱処理することによりLiMn1.9
Co0.1O4正極活物質を得た。この正極活物質を使用す
る以外は、実施例1と全く同様にして比較例電池B3を
製作した。
よび水酸化コバルトCo(OH)2をLi:Mn:Co=
1.0:1.9:0.1のモル比となるよう秤量、混合
し、800℃程度で熱処理することによりLiMn1.9
Co0.1O4正極活物質を得た。この正極活物質を使用す
る以外は、実施例1と全く同様にして比較例電池B3を
製作した。
【0023】比較例4 比較例3で合成されたLiMn1.9Co0.1O4正極活物
質を使用し、正極活物質:導電剤:結着剤の重量比率を
90:6:4とした以外は、実施例1と全く同様にして
比較例電池B4を作製した。
質を使用し、正極活物質:導電剤:結着剤の重量比率を
90:6:4とした以外は、実施例1と全く同様にして
比較例電池B4を作製した。
【0024】この様にして作製した電池A1,A2,B
1,B2,B3,B4についての容量−サイクル特性を
図2,3示す。
1,B2,B3,B4についての容量−サイクル特性を
図2,3示す。
【0025】図2から本発明電池A1は比較例電池B
1,B3に比較して初期容量が高く、サイクル特性が向
上していることが分かる。
1,B3に比較して初期容量が高く、サイクル特性が向
上していることが分かる。
【0026】また、図3から本発明電池A2は比較例電
池B2,B4に比較してサイクル初期からの容量低下は
観測されず、サイクル特性は良好であることが分かる。
池B2,B4に比較してサイクル初期からの容量低下は
観測されず、サイクル特性は良好であることが分かる。
【0027】図2からLiMn2O4中のマンガンの一部
をコバルトで置換することにより、サイクル特性が向上
していることが明らかであるが、初期容量がコバルトに
よる置換量により低下していることが分かる。一方、本
発明にあるようにLiMn2O4の粒子表面をLiCoO
2層で被覆したLiMn2O4−LiCoO2複合酸化物
は、初期容量を低下させることなくサイクル特性を向上
することができる。このことは、LiMn2O4粒子表面
に被覆されたLiCoO2が電池の充放電反応に関与す
る為であると推察される。
をコバルトで置換することにより、サイクル特性が向上
していることが明らかであるが、初期容量がコバルトに
よる置換量により低下していることが分かる。一方、本
発明にあるようにLiMn2O4の粒子表面をLiCoO
2層で被覆したLiMn2O4−LiCoO2複合酸化物
は、初期容量を低下させることなくサイクル特性を向上
することができる。このことは、LiMn2O4粒子表面
に被覆されたLiCoO2が電池の充放電反応に関与す
る為であると推察される。
【0028】また、図3から本発明の正極活物質は、正
極電極中の導電剤の重量分率が実用電池に近いレベルに
おいて容量−サイクル特性が良好であり、LiMn2O4
やマンガンをコバルトで一部置換したLiMn2-xCox
O4の比較電池B2,B4と比較すると明らかである。
このことは、LiMn2O4の粒子表面をLiCoO2で
被膜しているため、LiMn2O4の本質にあるような導
電剤との接触抵抗が低減されたためと考えられる。ま
た、粒子表面を被覆したLiCoO2中を電子がスムー
ズに流れると考えられ、よって活物質粒子の電気化学的
反応が速やかに行われるものと推測される。
極電極中の導電剤の重量分率が実用電池に近いレベルに
おいて容量−サイクル特性が良好であり、LiMn2O4
やマンガンをコバルトで一部置換したLiMn2-xCox
O4の比較電池B2,B4と比較すると明らかである。
このことは、LiMn2O4の粒子表面をLiCoO2で
被膜しているため、LiMn2O4の本質にあるような導
電剤との接触抵抗が低減されたためと考えられる。ま
た、粒子表面を被覆したLiCoO2中を電子がスムー
ズに流れると考えられ、よって活物質粒子の電気化学的
反応が速やかに行われるものと推測される。
【0029】以上、本発明についてスピネル構造を有す
るLiMn2O4を例にとり、複合元素としてコバルトを
使用し説明したが、本発明はLixMnyO2(ここで
x,yはそれぞれ0<x≦1.15,0.85≦y≦
1.30である)で表わすことができる一連のリチウム
マンガン複合酸化物に対して有効であり、さらに複合元
素としてはCr,Fe,Niなどの遷移金属元素に対し
ても有効である。
るLiMn2O4を例にとり、複合元素としてコバルトを
使用し説明したが、本発明はLixMnyO2(ここで
x,yはそれぞれ0<x≦1.15,0.85≦y≦
1.30である)で表わすことができる一連のリチウム
マンガン複合酸化物に対して有効であり、さらに複合元
素としてはCr,Fe,Niなどの遷移金属元素に対し
ても有効である。
【0030】
【発明の効果】本発明の電池において、正極活物質であ
るリチウムマンガン複合酸化物の粒子表面にLiaMbO
2層が形成されているため、電池の充放電に伴う正極活
物質と導電剤との接触抵抗の増大を抑制でき、且つ容量
を低下させることなくサイクル特性を向上させることが
可能となり、全体として電池のエネルギー密度を向上す
ることができる。
るリチウムマンガン複合酸化物の粒子表面にLiaMbO
2層が形成されているため、電池の充放電に伴う正極活
物質と導電剤との接触抵抗の増大を抑制でき、且つ容量
を低下させることなくサイクル特性を向上させることが
可能となり、全体として電池のエネルギー密度を向上す
ることができる。
【図1】本発明の実施例電池に係るコイン型リチウム二
次電池の断面図である。
次電池の断面図である。
【図2】実施例A1、比較例B1,B3電池の容量−サ
イクル特性を示す図である。
イクル特性を示す図である。
【図3】実施例A2、比較例B2,B4電池の容量−サ
イクル特性を示す図である。
イクル特性を示す図である。
1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 正極缶 5 負極缶 6 正極集電体 7 負極集電体 8 絶縁パッキング
Claims (2)
- 【請求項1】 正極活物質がLixMnyO2とLiaMb
O2(ここでMはCr,Fe,Co,Niなどの遷移金
属元素の中から選ばれた1種または2種以上の元素であ
る)との複合体粉末からなるリチウム二次電池。 - 【請求項2】 前記複合体粉末は、LixMnyO2(こ
こでx,yはそれぞれ0<x≦1.15,0.85≦y
≦1.30である)粉末の表面にLiaMbO2(ここで
a,bはそれぞれ0<a≦1.15,0.85≦b≦
1.30である)層が形成してなるものである請求項1
記載のリチウム二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6329643A JPH08162114A (ja) | 1994-12-02 | 1994-12-02 | リチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6329643A JPH08162114A (ja) | 1994-12-02 | 1994-12-02 | リチウム二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162114A true JPH08162114A (ja) | 1996-06-21 |
Family
ID=18223639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6329643A Pending JPH08162114A (ja) | 1994-12-02 | 1994-12-02 | リチウム二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08162114A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO1999005734A1 (en) * | 1997-07-25 | 1999-02-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Positive active material and non-aqueous secondary cell made by using the same |
| JP2000030709A (ja) * | 1998-07-15 | 2000-01-28 | Nissan Motor Co Ltd | マンガン系リチウムイオン電池 |
| JP2001135314A (ja) * | 1999-11-05 | 2001-05-18 | Mitsubishi Chemicals Corp | リチウム二次電池用正極材料並びにこれを用いた正極及びリチウム二次電池 |
| KR100303540B1 (ko) * | 1998-10-30 | 2001-12-01 | 김순택 | 리튬이차전지용양극활물질및그제조방법 |
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