JP2002128526A - リチウム二次電池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化物およびそれを用いたリチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化物およびそれを用いたリチウム二次電池Info
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Abstract
の少ないリチウム遷移金属複合酸化物を提供し、また、
そのリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質に用いる
ことで、サイクル特性の良好なリチウム二次電池を提供
する。 【解決手段】 リチウム遷移金属複合酸化物を、遷移金
属の一部をアルミニウムで置換しかつ酸素の一部をフッ
素で置換し、組成式Li1+xM1-x-yAlyO2-zF z(M
はCo、Ni、Mnから選ばれる1種以上;0≦x≦
0.2;0.05≦y≦0.2;0.01≦z≦0.
3)で表され、結晶構造が層状岩塩構造をなし、CuK
α線を用いたX線回折分析による(003)面の回折ピ
ークの強度I00 3と(104)面の回折ピークの強度I
104との強度比I003/I104が1.7以上となるような
ものする。また、そのリチウム遷移金属複合酸化物を正
極活物質に用いてリチウム二次電池を構成する。
Description
脱離現象を利用したリチウム二次電池の正極活物質とし
て好適なリチウム遷移金属複合酸化物に関し、また、そ
れを用いたリチウム二次電池に関する。
小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、こ
れらの機器に用いる電源として、高エネルギー密度であ
るという理由から、リチウム二次電池が実用化され広く
普及するに至っている。また一方で、自動車の分野にお
いても、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が急
がれており、この電気自動車用の電源としても、リチウ
ム二次電池が検討されている。
とから、他の電池にも増して長寿命であることが要求さ
れる。つまり、充放電を繰り返してもその容量が減少し
ないといったサイクル特性が良好であることが要求され
る。特に、電池反応が活性化する高温下では一層劣化が
進むことから、例えば屋外放置される可能性のある電気
自動車用電源等の用途にリチウム二次電池を使用するこ
とを想定した場合には、高温下でのサイクル特性につい
ても良好であることが、そのリチウム二次電池に求めら
れる重要な特性の一つとなる。
解液等から構成され、それぞれの構成要素について、サ
イクル劣化の原因が存在する。現在のリチウム二次電池
は、酸化還元電位が高く4V級のリチウム二次電池を構
成できること等を理由に、正極活物質としてLiCoO
2、LiNiO2等の層状岩塩構造リチウム遷移金属複合
酸化物が好んで用いられており、これらリチウム遷移金
属複合酸化物を正極活物質とするリチウム二次電池にお
いては、このリチウム遷移金属複合酸化物の構造変化に
起因するサイクル劣化が、リチウム二次電池のサイクル
劣化の主要因となっている。
は六方晶系の結晶構造を持ち、遷移金属からなる層、O
からなる層、Liからなる層、Oからなる層がこの順に
繰り返し積層した構造となっている。正極活物質に起因
するサイクル劣化を抑制するため、上記リチウム遷移金
属複合酸化物において、遷移金属の層に存在する遷移金
属元素の一部を他元素によって置換するといった技術が
多数存在している。
により、理由は定かではないが、本発明者は、遷移金属
層に存在する一部の元素を他元素で置換することに代え
あるいはそれとともに、O層に存在するOの一部を電気
陰性度の高いF(フッ素)によって置換することで、そ
のリチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造の安定化が図
れるとの知見を得た。
の一部を置換するものを製造しようとした場合、結晶性
の良好なリチウム遷移金属複合酸化物、つまり結晶構造
の安定化したリチウム複合酸化物になり得ないとの知見
をも同時に得た。
究により、O層によって挟まれる遷移金属層に存在する
遷移金属元素の一部をその遷移金属元素より小さな原子
半径を持つAlで置換することで、O層に存在するOの
一部をFで置換した場合であっても、結晶性の良好なリ
チウム複合酸化物を得ることができるという新たな知見
を得た。
されたものであり遷移金属の一部をAlで置換し、か
つ、Oの一部をFで置換することにより、結晶構造の安
定化したすなわちサイクル劣化の少ないリチウム遷移金
属複合酸化物を提供することを課題としている。そして
また、そのリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質に
用いることで、サイクル特性の良好なリチウム二次電池
を提供することを課題としている。
池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化物は、組成式
Li1+xM1-x-yAlyO2-zFz(MはCo、Ni、Mn
から選ばれる1種以上;0≦x≦0.2;0.05≦y
≦0.2;0.01≦z≦0.3)で表され、結晶構造
が層状岩塩構造をなし、CuKα線を用いたX線回折分
析による(003)面の回折ピークの強度I003と(1
04)面の回折ピークの強度I104との強度比I003/I
104が1.7以上となることを特徴とする。
は、層状岩塩構造における遷移金属M層に存在するM原
子の一部をAl原子で置換し、かつ、O層に存在するO
原子の一部をF原子で置換したものであり、結晶性の高
いリチウム遷移金属複合酸化物である。
部がより電気陰性度の高いFで置換されていることで、
極めて結晶構造が安定したリチウム遷移金属複合酸化物
となる。単にFによる置換では、Oとの原子半径の違い
等により、その結晶性は悪化する。しかし、本リチウム
遷移金属複合酸化物では、O層に挟まれる遷移金属M層
においても、原子半径の小さなAlで置換していること
で、良好な結晶性を担保している。
は、良好な結晶性と極めて安定した結晶構造により、充
放電の繰り返しに伴うLiの吸蔵・脱離による結晶構造
の崩壊が抑制され、サイクル劣化の小さなリチウム二次
電池用正極活物質となる。なお、置換元素であるAl
は、リチウム遷移金属複合酸化物の熱的安定性を良好に
するという機能をも果たすことから、本リチウム遷移金
属複合酸化物は熱的安定性に優れた正極活物質ともな
る。
本発明のリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質に用
いることを特徴とする。サイクル劣化の少ない正極活物
質となる上記リチウム遷移金属複合酸化物を用いること
で、本リチウム二次電池は、サイクル特性の良好なリチ
ウム二次電池となる。上記リチウム遷移金属複合酸化物
は、その優れた結晶構造の安定性と上述したAlの熱的
安定性向上作用とから、電池反応が活性化する高温にお
ける電池反応にも充分耐え得るものとなり、高温サイク
ル特性についても良好なリチウム二次電池となる。
池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化物および本発
明のリチウム二次電池の実施の形態について、その組
成、その結晶構造と結晶性、その製造方法、リチウム二
次電池の構成の項目に分けて詳しく説明する。
発明のリチウム遷移金属複合酸化物は、その組成をLi
1+xM1-x-yAlyO2 -zFz(MはCo、Ni、Mnから
選ばれる1種以上;0≦x≦0.2;0.05≦y≦
0.2;0.01≦z≦0.3)とする。
Co1-x-yAlyO2-zFzで表されるリチウムコバルト複
合酸化物、組成式Li1+xNi1-x-yAlyO2-zFzで表
されるリチウムニッケル複合酸化物、組成式Li1+xM
n1-x-yAlyO2-zFzで表されるリチウムマンガン複合
酸化物が存在し、また、遷移金属元素Mが2種以上の元
素から構成されるそれぞれ組成式Li1+x(Co,N
i)1-x-yAlyO2-zFz、Li1+x(Ni,Mn)1-x-y
AlyO2-zFz、Li1+x(Mn,Co)1-x-yAlyO
2-zFz、Li1+x(Co,Ni,Mn)1-x-yAlyO2-z
Fzで表されるものが存在する。なお、MにおけるC
o、Ni、Mnの配合比は、任意に設定できる。
中心的な元素としてNiが含まれ、組成式Li1+xNi
1-x-y-wM'wAlyO2-zFz(M'はCo、Mnから選ば
れる1種以上;0≦w≦0.3)で表されるリチウムニ
ッケル複合酸化物は、組成式LiNiO2で表されるリ
チウムニッケル複合酸化物の特徴を維持するもので、高
価なCoを多く含まないことで比較的安価であり、ま
た、理論容量が比較的大きいことから、これらのメリッ
トを考慮する場合には、上記組成式で表されるリチウム
ニッケル複合酸化物を正極活物質とすることが望まし
い。なお、リチウムニッケル複合酸化物は、熱的安定性
が比較的低いことから、Alで置換することによる熱的
安定性向上効果が大きく発揮される。その点でも、上記
組成式で表されるリチウムニッケル複合酸化物は、効果
的なものとなる。
Fzで表されるリチウムニッケル複合酸化物の場合も、
同様に、それぞれ組成式Li1+xNi1-x-yAlyO2-zF
z、Li1+xNi1-x-y-wCowAlyO2-zFz、Li1+xN
i1-x-y-wMnwAlyO2-zFz、Li1+xNi
1-x-y-w(Co,Mn)wAlyO2-zFzで表されるもの
が含まれる。なお、この場合にも、M'におけるCo、
Mnの配合比は、同様に、任意に設定できる。
2-zFzは、遷移金属Mの一部をLiで置換するLi1+x
M1-x-yAlyO2-zFz(x>0)および遷移金属Mの一
部をLiで置換しないLiM1-yAlyO2-zFzの両者を
含むことを意味している。さらに、製造過程で生じる不
純物元素の混入、各構成元素の過剰、欠損といった不可
避の非化学量論組成のものを排除するものではない。
Fzにおけるそれぞれの構成元素の組成比について説明
する。まず、Liの組成比である1+x、つまり、遷移
金属Mの一部をLiで置換する割合xは、x≦0.2と
する。x>0.2の場合は、遷移金属Mの層に1価のL
iが多く存在することで、充放電にともなって吸蔵・脱
離するLiが少なくなりすぎ、活物質としての容量が減
少しすぎることになるからである。実用的な範囲とし
て、x≦0.1であることがより望ましい。
換するAlの割合、言い換えれば組成式中のyの値は、
0.05≦y≦0.2とする。y<0.05の場合は、
置換による効果が小さく、熱的安定性に劣るばかりでな
く、Oの一部をFで置換することによる結晶性の低下が
著しくなる。逆に、y>0.2の場合は、活物質として
の容量が減少しすぎることになる。実用的な範囲とし
て、y≦0.1であることがより望ましい。
言い換えれば組成式中のzの値は、0.01≦z≦0.
3とする。z<0.01の場合は、置換の効果が小さ
く、結晶構造の安定化が図れない。逆に、z>0.3の
場合は、結晶性の良好なリチウム遷移金属複合酸化物を
得難いという問題がある。なお、結晶構造の安定化によ
るサイクル特性の向上という理由からすれば、z≧0.
1であることがより望ましく、また、良好な結晶性維持
による大容量の確保という理由からすれば、z≦0.2
であることがより望ましい。
と結晶性〉本発明のリチウム遷移金属複合酸化物は、そ
の結晶構造が層状岩塩構造をなしている。層状岩塩構造
とは、六方晶系に属する結晶構造であり、組成式LiM
O 2で表される正規組成のものでは、遷移金属Mからな
る層、Oからなる層、Liからなる層、Oからなる層の
4層がこの順に繰り返し積層された結晶構造となってい
る。ただし、上述したように、本発明のリチウム遷移金
属複合酸化物は、Mからなる層に存在するM原子の一部
がAl原子、場合によってはLi原子で置換され、Oか
らなる層に存在するO原子の一部がF原子で置換された
構造となっている。
る場合、粉末状のものを用いればよく、その粉末粒子の
構造は特に限定するものではない。一般には、単結晶に
近い微細な一次粒子が凝集して二次粒子を構成し、この
二次粒子が粉末粒子となっている。したがって、本発明
のリチウム遷移金属複合酸化物の場合も、そのような粒
子構造を有するものを用いればよい。
はM3+という3価で存在する。ところが、特にNiの場
合にそうであるが、M2+という2価の状態でLiのサイ
トに混入する場合がある。この場合、その領域はミクロ
的に立方岩塩構造とみなせ、この領域を一般に「岩塩ド
メイン」と呼んでいる。単にO層に存在するO原子の一
部を原子半径のより大きなF原子で置換した場合、原子
の整列状態の乱れにより、O層に挟まれる遷移金属Mの
層に存在するはずのM原子が、M2+となってLi層に混
入しやすく、岩塩ドメインが多くなってしまう。岩塩ド
メインはそれ自体が電気化学的に不活性であることに加
え、Li層の二次元固相拡散を阻害し、さらには、結晶
構造の安定性を損なう。そこで、この岩塩ドメインのな
い良好な結晶性を有するリチウム遷移金属複合酸化物で
あることが要求される。
の結晶性を示すパラメータとして、本技術では、CuK
α線を用いたX線回折分析による(003)面の回折ピ
ークの強度I003と(104)面の回折ピークの強度I
104との強度比I003/I104を採用する。(003)面
の回折ピークは、層状岩塩構造固有のものであるのに対
し、(104)面の回折ピークは層状岩塩構造のみなら
ず立方岩塩構造からも選られる。したがって、その強度
比I003/I104が大きい程、岩塩ドメインが少なく、層
状岩塩構造の単一相に近づく。つまり結晶性が良好とな
る。本発明のリチウム遷移金属複合酸化物の場合、この
パラメータを用いれば、I003/I104が1.7以上とな
ることを必要とする。1.7未満の場合は、結晶性が低
く、正極活物質として用いたリチウム二次電池のサイク
ル特性等の電池性能を悪化させることとなる。
法〉本発明のリチウム遷移金属複合酸化物は、その製造
方法を特に限定するものではない。既に公知の方法、例
えば、固相反応法、溶融塩法、水溶液からの析出法、噴
霧燃焼法等、種々方法によって製造することができる。
であれば、リチウム源、遷移金属M源、アルミニウム
源、フッ素源となるそれぞれの原料を混合して混合物を
得、その混合物を焼成すればよい。
は、LiOH・H2O、Li2CO3、LiNO3等を、遷
移金属M源となる原料としては、CoCO3、CoO、
Co3O4、Ni(OH)2、NiCO3、Ni(NO3)2
・6H2O、Mn2O3、MnCO3、Mn(NO3)2・6
H2O等を、アルミニウム源となる原料としては、Al
(OH)3、Al2O3等を、フッ素源となる原料として
は、LiF、AlF3等を、それぞれ用いることができ
る。なお、LiFを用いる場合にはフッ素源のみならず
リチウム源をも兼ねることになる。
製造しようとするリチウム遷移金属複合酸化物の組成に
応じた比となるような割合とすればよい。混合の方法に
ついても特に限定するものではなく、ボールミル等の混
合装置を用いて、均一になるように行えばよい。また、
混合物の焼成は、大気中あるいは酸素雰囲気中にて行え
ばよく、焼成温度が、700〜1000℃、焼成時間が
5〜50時間となるような条件で焼成すればよい。
ウム二次電池は、上記本発明のリチウム遷移金属複合酸
化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池であ
り、正極活物質を除く他の構成については、特に限定す
るものではなく、既に公知のリチウム二次電池の構成に
従えばよい。また、本発明のリチウム遷移金属複合酸化
物は、その組成の違い等により種々のリチウム遷移金属
複合酸化物が存在する。本発明のリチウム二次電池にお
いては、それらの1種を正極活物質として用いるもので
あってもよく、また、2種以上を混合して用いるもので
あってもよい。
を正極活物質とする場合、正極は、例えば、そのリチウ
ム遷移金属複合酸化物を結着剤で結着して形成すること
ができる。その構成および製造方法は、特に限定するも
のではなく。既に公知の構成および製造方法に従えばよ
い。より具体的に説明すれば、まず、本発明のリチウム
遷移金属複合酸化物と、導電材と、結着剤とを混合し、
これらを分散させるための溶剤を添加して、ペースト状
の正極合材を調製する。次に、この正極合材をアルミニ
ウム箔等の正極集電体の表面に塗工機等により塗布し、
乾燥して固形分のみの正極合材を層状に形成すればよ
い。そしてこの後に、必要に応じ、ロールプレス等の圧
縮機により圧縮を行い、活物質密度を高めるものであっ
てもよい。この形態の正極はシート状であり、作製しよ
うとする電池に適合する大きさに裁断等して電池の作製
に供すればよい。
するためのものであり、カーボンブラック、アセチレン
ブラック、黒鉛等の炭素物質粉状体の1種又は2種以上
を混合したものを用いることができる。結着剤は、活物
質粒子および導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすもの
でポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデ
ン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポ
リエチレン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。ま
た、分散させるための溶剤としては、N−メチル−2−
ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。なお、
正極合材中の活物質、導電材、結着剤(固形分のみ)の
混合比は、重量比において、正極活物質100重量部に
対して、導電材2〜20重量部、正極結着剤1〜20重
量部とすればよく、溶剤の添加量は、塗工機等の特性に
応じ適量とすればよい。
ム、リチウム合金等を、シート状若しくは薄板状にし
て、あるいはシート状若しくは薄板状にしたものをニッ
ケル、ステンレス等の集電体網に圧着して形成するもの
であってもよい。しかしデンドライトの析出等を考慮
し、安全性に優れたリチウム二次電池とするために、リ
チウムを吸蔵・脱離できる炭素物質を活物質とする負極
を用いることができる。使用できる炭素物質としては、
天然あるいは人造の黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合
物焼成体、コークス等の粉状体が挙げられる。この場合
は、負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶媒を加えて
ペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表
面に塗布乾燥して形成する。なお、炭素物質を負極活物
質とした場合、正極同様、負極結着剤としてはポリフッ
化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を、溶剤としてはN−
メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることがで
きる。
チウム二次電池と同様、正極および負極の他に、正極と
負極の間に挟装されるセパレータ、非水電解液等をも構
成要素とする。セパレータは、正極と負極とを分離し電
解液を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピ
レン等の薄い微多孔膜を用いることができる。また非水
電解液は、有機溶媒に電解質であるリチウム塩を溶解さ
せたもので、有機溶媒としては、非プロトン性有機溶
媒、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、
エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセ
トニトリル、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロ
フラン、ジオキソラン、塩化メチレン等の1種またはこ
れらの2種以上の混合溶媒を用いることができる。ま
た、溶解させる電解質としては、LiI、LiCl
O4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、LiN(C
F3SO2) 2等のリチウム塩を用いることができる。
いう構成に代えて、ポリエチレンオキシド等の高分子量
ポリマーとLiClO4やLiN(CF3SO2)2等のリ
チウム塩を使用した高分子固体電解質を用いることもで
き、また、上記非水電解液をポリアクリロニトリル(P
AN)等の固体高分子マトリクスにトラップさせたゲル
電解質を用いることもできる。
二次電池であるが、その形状は円筒型、積層型、コイン
型等、種々のものとすることができる。いずれの形状を
採る場合であっても、正極および負極にセパレータを挟
装させて積層することにより電極体とし、それぞれの電
極から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を
集電用リード等を用いて接続し、この電極体を非水電解
液とともに電池ケースに密閉して電池を完成することが
できる。
チウム二次電池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化
物および本発明のリチウム二次電池の実施形態について
説明したが、上述した実施形態は一実施形態にすぎず、
本発明のリチウム二次電池正極活物質用リチウム遷移金
属複合酸化物および本発明のリチウム二次電池は、上記
実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の
変更、改良を施した種々の形態で実施することができ
る。
チウム遷移金属複合酸化物を製造し、また、組成が本発
明のリチウム遷移金属複合酸化物の範囲から外れるもの
をも製造した。そしてこれらを比較し、また、これらを
正極活物質に用いたリチウム二次電池を比較すること
で、本発明のリチウム遷移金属複合酸化物および本発明
のリチウム二次電池の優秀性を確認した。以下に、説明
する。
本リチウム遷移金属複合酸化物は、その組成がLi1.1
Ni0.75Mn0.1Al0. 05O1.8F0.2となるリチウムニ
ッケル複合酸化物であり、固相反応法で製造したもので
ある。リチウム源としてLiOH・H2Oを、ニッケル
源としてNi(OH)2を、マンガン源としてMn2O3
を、アルミニウム源としてAl(OH)3を、フッ素源
としてLiF(リチウム源を兼ねる)を用い、それぞれ
をモル比で0.9:0.75:0.05:0.05:
0.2となるような割合で混合して混合物を得、この混
合物を酸素気流中において900℃の温度で12時間焼
成して製造した。
物〉本リチウム遷移金属複合酸化物は、フッ素置換して
いないリチウム遷移金属複合酸化物である。その組成が
Li1.1Ni0.75Mn0.1Al0.05O2となるリチウムニ
ッケル複合酸化物であり、固相反応法で製造したもので
ある。リチウム源としてLiOH・H2Oを、ニッケル
源としてNi(OH)2を、マンガン源としてMn2O3
を、アルミニウム源としてAl(OH)3を用い、それ
ぞれをモル比で1.1:0.75:0.05:0.05
となるような割合で混合して混合物を得、この混合物を
酸素気流中において900℃の温度で12時間焼成して
製造した。
物〉本リチウム遷移金属複合酸化物は、フッ素置換して
いるが、遷移金属層をアルミニウム置換していないリチ
ウム遷移金属複合酸化物である。その組成がLi1. 1N
i0.75Mn0.15O1.8F0.2となるリチウムニッケル複合
酸化物であり、固相反応法で製造したものである。リチ
ウム源としてLiOH・H2Oを、ニッケル源としてN
i(OH)2を、Mn源としてMn2O3を、フッ素源と
してLiF(リチウム源を兼ねる)を用い、それぞれを
モル比で0.9:0.75:0.075:0.2となる
ような割合で混合して混合物を得、この混合物を酸素気
流中において900℃の温度で12時間焼成して製造し
た。
物〉本リチウム遷移金属複合酸化物は、フッ素置換もア
ルミニウム置換もしていないリチウム遷移金属複合酸化
物である。その組成がLi1.1Ni0.75Mn0.15O2とな
るリチウムニッケル複合酸化物であり、固相反応法で製
造したものである。リチウム源としてLiOH・H2O
を、ニッケル源としてNi(OH)2を、マンガン源と
してMn2O3を用い、それぞれをモル比で1.1:0.
75:0.075となるような割合で混合して混合物を
得、この混合物を酸素気流中において900℃の温度で
12時間焼成して製造した。
実施例および比較例のそれぞれのリチウム遷移金属複合
酸化物に対して、CuKα線を用いた粉末法によるX線
回折分析を行った。この結果として、実施例および比較
例1のリチウム遷移金属複合酸化物のXRDスペクトル
を図1に、比較例2および比較例3のリチウム遷移金属
複合酸化物のXRDスペクトルを図2に示す。
れのリチウム遷移金属複合酸化物も層状岩塩構造である
ことが確認できる。XRDスペクトルにおいて、2θ≒
19°(θは回折角)にあるピークが(003)面のピ
ークであり、2θ≒44°にあるピークが(104)面
のピークである。下記表1に、これらのスペクトルから
算出したそれぞれのリチウム遷移金属複合酸化物の(0
03)面の回折ピークの強度I003と(104)面の回
折ピークの強度I104との強度比I003/I104を示す。
していない比較例1および比較例3のリチウム遷移金属
複合酸化物は、強度比I003/I104がそれぞれ2.2
8、 2.18と高い値を示し、結晶性が良好であること
が伺える。また、アルミニウム置換をせずにフッ素置換
を行った比較例2のリチウム遷移金属複合酸化物は、強
度比I003/I104が1.33と低く、結晶性が悪いこと
を示している。これに対し、アルミニウム置換を行った
上でフッ素置換を行った実施例のリチウム遷移金属複合
酸化物は、その強度比I003/I104が1.72と比較的
高い値を示している。このことからすれば、アルミニウ
ム置換を行えば、フッ素置換を行ったとしても、高い結
晶性を維持できることが確認できる。
施例および比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物を実
際に正極活物質として用いたリチウム二次電池を作製し
た。正極は、まず、正極活物質となるそれぞれのリチウ
ム遷移金属複合酸化物70重量部に、導電材としてのカ
ーボンブラックを25重量部、結着剤としてのポリフッ
化ビニリデンを5重量部混合し、溶剤として適量のN−
メチル−2−ピロリドンを添加して、ペースト状の正極
合材を調製した。次いで、このペースト状の正極合材を
アルミニウム箔集電体に塗工して加圧し、正極合材の厚
さを65μmとした後、直径15mmφの円盤状に打ち
抜いて正極とした。
として用いた。金属リチウムを厚さ400μmのシート
状にしてニッケル集電体網に圧着し、これを直径17m
mφの円盤状に打ち抜いたものを負極とした。
を用い、セパレータに含浸させる非水電解液は、エチレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比3:
7に混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解
したものを用いた。 上記正極および負極を、セパレー
タを介して対向させ、上記非水電解液を適量注入して含
浸させた後、コイン型電池ケースに収納することにより
リチウム二次電池を作製した。なお、実施例のリチウム
遷移金属複合酸化物を正極活物質に用いたリチウム二次
電池を実施例のリチウム二次電池とし、同様に比較例1
のリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質に用いたリ
チウム二次電池を比較例1のリチウム二次電池とした。
比較例1のリチウム二次電池に対して充放電サイクル試
験を行った。充放電サイクル試験はリチウム二次電池の
実使用最高温度と目される60℃という高温環境下で行
い、その条件は、まずコンディショニングを兼ねて、
0.2mAの定電流で充電終止電圧4.3Vまで充電を
行った後0.2mAの定電流で放電終止電圧3.0Vま
で放電を行うサイクルを5サイクル行い、次いで、6サ
イクル目からは充放電電流を0.4mAに上げ、合計5
0サイクルの充放電を行うものとした。この充放電サイ
クル試験の結果として、実施例および比較例1のリチウ
ム二次電池の各サイクルにおける正極活物質単位重量あ
たりの放電容量(活物質放電容量)を、図3に示す。
ように、比較例1のリチウム二次電池は、コンディショ
ニングの後も放電容量が大きく低下し続け、50サイク
ル目の放電容量は、6サイクル目の放電容量に対して8
3%にまで低下した。これに対して、フッ素置換がなさ
れているリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質に用
いた実施例のリチウム二次電池では、コンディショニン
グの後の充放電サイクルにおいて放電容量の低下は少な
く、6サイクル目の放電容量に対する50サイクル目の
放電容量は93%と高い値を示した。
つフッ素置換を施した結晶性の高いリチウム遷移金属複
合酸化物は、繰り返される充放電によってもその劣化が
小さく、フッ素置換による効果が充分に発揮されている
ことが確認できる。したがって、本発明のリチウム遷移
金属複合酸化物を正極活物質に用いた本発明のリチウム
二次電池は、サイクル特性の良好な、また、高温サイク
ル特性についても良好なリチウム二次電池となることが
確認できる。
属複合酸化物を、遷移金属の一部をアルミニウムで置換
しかつ酸素の一部をフッ素で置換し、高い結晶性を維持
するように構成するものである。このような構成をもつ
本発明のリチウム遷移金属複合酸化物は、結晶構造が安
定化しており、リチウム二次電池の正極活物質として用
いた場合に、繰り返される充放電によっても劣化の小さ
なものとなる。
本発明のリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質に用
いて構成するものである。このような構成をもつ本発明
のリチウム二次電池は、サイクル特性の良好なリチウム
二次電池となる。
あるいはフッ素置換していないリチウムニッケル複合酸
化物について行ったX線回折分析の結果として、実施例
および比較例1のリチウム遷移金属複合酸化物のXRD
スペクトルを示す。
たあるいはフッ素置換していないリチウムニッケル複合
酸化物について行ったX線回折分析の結果として、比較
例2および比較例3のリチウム遷移金属複合酸化物のX
RDスペクトルを示す。
放電サイクル試験の結果として、実施例および比較例1
のリチウム二次電池の各サイクルにおける活物質放電容
量を示す。
Claims (3)
- 【請求項1】 組成式Li1+xM1-x-yAlyO2-zF
z(MはCo、Ni、Mnから選ばれる1種以上;0≦
x≦0.2;0.05≦y≦0.2;0.01≦z≦
0.3)で表され、結晶構造が層状岩塩構造をなし、C
uKα線を用いたX線回折分析による(003)面の回
折ピークの強度I003と(104)面の回折ピークの強
度I104との強度比I003/I104が1.7以上となるリ
チウム二次電池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化
物。 - 【請求項2】 前記Mにはその中心的な元素としてNi
が含まれ、組成式Li 1+xNi1-x-y-wM'wAlyO2-zF
z(M'はCo、Mnから選ばれる1種以上;0≦w≦
0.3)で表される請求項1に記載のリチウム二次電池
正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化物。 - 【請求項3】 組成式Li1+xM1-x-yAlyO2-zF
z(MはCo、Ni、Mnから選ばれる1種以上;0≦
x≦0.2;0.05≦y≦0.2;0.01≦z≦
0.3)で表され、結晶構造が層状岩塩構造をなし、C
uKα線を用いたX線回折分析による(003)面の回
折ピークの強度I003と(104)面の回折ピークの強
度I104との強度比I003/I104が1.7以上となるリ
チウム遷移金属複合酸化物を正極活物質に用いたリチウ
ム二次電池。
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