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JP2017033839A - Positive electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery, and method for manufacturing positive electrode for lithium ion secondary battery - Google Patents

Positive electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery, and method for manufacturing positive electrode for lithium ion secondary battery Download PDF

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JP2017033839A
JP2017033839A JP2015154415A JP2015154415A JP2017033839A JP 2017033839 A JP2017033839 A JP 2017033839A JP 2015154415 A JP2015154415 A JP 2015154415A JP 2015154415 A JP2015154415 A JP 2015154415A JP 2017033839 A JP2017033839 A JP 2017033839A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a positive electrode for a lithium secondary battery, capable of reducing a deterioration with time in discharge capacity due to storage while suppressing internal resistance; a lithium secondary battery; a method for manufacturing a positive electrode for a lithium ion secondary battery.SOLUTION: A positive electrode 10 for a lithium secondary battery contains a composite oxide represented by formula (I): LiMnCoNiM1O[where, M1 represents at least one element selected from among Fe, Cu, Al, Mg and Mo, and 0≤x≤0.33, 0≤a≤1.0, 0≤b≤1.0, 0≤c≤1.0, 0≤y≤1.0 and a+b+c+y=1 are satisfied.]. In transition metals that are present in a surface layer of the composite oxide, average oxidation numbers in a non-charged state are higher than tetravalent for Mn, higher than trivalent for Co, and higher than divalent for Ni. A boron-containing compound is present on a surface of the composite oxide.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウム二次電池用正極、リチウム二次電池及びリチウムイオン二次電池用正極の製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, and a method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

リチウム二次電池は、携帯電話、携帯用パソコン等の携帯電子機器用電源、家庭用電気機器用電源、電力貯蔵装置、無停電電源装置等の定置用電源、船舶、鉄道、自動車等の駆動電源等の分野において広く実用化が進められている。リチウム二次電池に関しては、従来から電池の小型化、高出力化、長寿命化等の要求が高い。そのため、エネルギ密度が高く、耐用時間も長いリチウム二次電池を開発する目的で、電極や電解液をはじめとする電池材料の改良が進められている。   Lithium secondary batteries are power supplies for portable electronic devices such as mobile phones and portable PCs, power supplies for household electrical devices, power storage devices, stationary power supplies such as uninterruptible power supplies, and driving power supplies for ships, railways, automobiles, etc. Practical use is being promoted widely in such fields. With respect to lithium secondary batteries, there have been high demands for battery size reduction, higher output, longer life, and the like. Therefore, for the purpose of developing a lithium secondary battery having a high energy density and a long service life, improvement of battery materials such as electrodes and electrolytes is being promoted.

リチウム二次電池に封入される非水電解液については、電極との酸化還元反応による非水溶媒等の分解が特に問題となっている。非水電解液の成分である非水溶媒が分解して電解液組成に変化が生じたり、非水溶媒の分解物が電極表面に堆積したりすると、内部抵抗が上昇する等して電池性能は低下し、電池の寿命も短くなってしまうためである。そこで、非水電解液の分解を抑制する技術として、活物質の表面を改質する技術や、非水電解液に各種の添加剤を添加する技術等が多数提案されている。活物質の表面を改質する方法としては、活物質に異種元素置換を施す方法や、活物質の表面に被膜を形成する方法等がある。   With respect to the non-aqueous electrolyte solution enclosed in the lithium secondary battery, decomposition of the non-aqueous solvent or the like due to the oxidation-reduction reaction with the electrode is particularly problematic. If the non-aqueous solvent that is a component of the non-aqueous electrolyte decomposes and the composition of the electrolyte changes, or if the decomposition product of the non-aqueous solvent accumulates on the electrode surface, the battery performance increases due to an increase in internal resistance. This is because the battery life is shortened and the life of the battery is shortened. Therefore, as a technique for suppressing the decomposition of the non-aqueous electrolyte, a number of techniques for modifying the surface of the active material and techniques for adding various additives to the non-aqueous electrolyte have been proposed. As a method for modifying the surface of the active material, there are a method of substituting different elements in the active material, a method of forming a film on the surface of the active material, and the like.

例えば、特許文献1には、一般式LiNi1−x−yCo(ただし、Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素、0.10≦x≦0.21、0≦y≦0.08、0.97≦z≦1.10)で表されるリチウム金属複合酸化物からなる一次粒子の表面に、コバルト化合物からなる微粒子を付着させる工程と、300〜700℃で熱処理をすることにより、前記コバルト化合物からなる微粒子を、前記一次粒子の表面に、均一に分布した状態、かつ、密集した状態で付着するリチウムコバルト系複合酸化物からなる直径100nm以下の微粒子とする工程とを有する非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法について開示されている。また、非特許文献1には、LiCoOの表面にZrOの被膜を形成することによって、放電容量の低下を防止する技術について開示されている。 For example, Patent Document 1, the general formula Li z Ni 1-x-y Co x M y O 2 ( however, M is, Mn, V, Mg, Mo, Nb, at least one selected from Ti and Al Element, 0.10 ≦ x ≦ 0.21, 0 ≦ y ≦ 0.08, 0.97 ≦ z ≦ 1.10) on the surface of primary particles composed of a lithium metal composite oxide. Lithium cobalt that adheres the fine particles composed of the cobalt compound in a uniformly distributed and dense state on the surface of the primary particles by performing a heat treatment at 300 to 700 ° C. And a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which includes a step of forming fine particles having a diameter of 100 nm or less made of a composite oxide. Non-Patent Document 1 discloses a technique for preventing a decrease in discharge capacity by forming a ZrO 2 film on the surface of LiCoO 2 .

特許第5181455号公報Japanese Patent No. 5181455

Yong Jeong Kima et al., Journal of The Electrochemical Society, 150(12), A1723 (2003)Yong Jeong Kima et al., Journal of The Electrochemical Society, 150 (12), A1723 (2003)

特許文献1や非特許文献1に開示されるように、活物質の表面に被膜を形成することによって活物質の溶出を抑制することが可能である。また、被膜が形成されると、酸素や水分等による活物質の酸化劣化や、非水溶媒の分解も抑制されるようになる。したがって、このような技術によると、高温の保存条件において促進される非水電解液の組成変化や、非水溶媒分解物の活物質への堆積を抑制することができるため、充放電サイクルや、高温条件下の保存に伴う放電容量の低下を小さくすることが可能である。   As disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, it is possible to suppress elution of the active material by forming a film on the surface of the active material. In addition, when a film is formed, oxidative degradation of the active material due to oxygen, moisture, and the like, and decomposition of the non-aqueous solvent are also suppressed. Therefore, according to such a technique, the composition change of the non-aqueous electrolyte promoted under high temperature storage conditions and the deposition of the non-aqueous solvent decomposition product on the active material can be suppressed. It is possible to reduce the decrease in discharge capacity accompanying storage under high temperature conditions.

しかしながら、特許文献1や非特許文献1においては、活物質の表面の被膜が、金属酸化物によって形成されている。金属酸化物は、一般に、電子伝導性が低い傾向がある。また、リチウムイオンの伝導に対して大きな抵抗となり得る。そして、金属酸化物による被膜が過剰な厚さで形成されると、リチウム二次電池の内部抵抗が増大し、放電容量が低下してしまう。そのため、内部抵抗を大きく増大させることなく非水電解液の分解の抑制を実現することが可能であり、高温の保存条件において促進される非水電解液の組成変化や非水溶媒分解物の堆積や活物質の溶出に起因する放電容量の低下を、より適切に防止し得る技術が求められている。   However, in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, a film on the surface of the active material is formed of a metal oxide. Metal oxides generally tend to have low electronic conductivity. Also, it can be a great resistance to lithium ion conduction. And when the film by a metal oxide is formed with excess thickness, the internal resistance of a lithium secondary battery will increase and discharge capacity will fall. Therefore, it is possible to suppress the decomposition of the non-aqueous electrolyte without greatly increasing the internal resistance, and the composition change of the non-aqueous electrolyte and the deposition of the non-aqueous solvent decomposition product accelerated under high temperature storage conditions. There is a need for a technique that can more appropriately prevent a decrease in discharge capacity due to elution of active materials.

そこで、本発明は、内部抵抗を抑えつつも、保存に伴う放電容量の経時的な低下を低減することが可能なリチウム二次電池用正極、リチウム二次電池及びリチウムイオン二次電池用正極の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a positive electrode for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, and a positive electrode for a lithium ion secondary battery that can reduce a decrease in discharge capacity over time with storage while suppressing internal resistance. An object is to provide a manufacturing method.

前記課題を解決するために本発明に係るリチウム二次電池用正極は、次の一般式(I)Li1+xMnCoNiM1[但し、式中、M1は、Fe、Cu、Al、Mg、Mo、Zrからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、0≦x≦0.33、0≦a≦1.0、0≦b≦1.0、0≦c≦1.0、0≦y≦1.0、a+b+c+y=1を満たす。]で表される複合酸化物を含んでなり、前記複合酸化物の表層に存在する遷移金属は、非充電状態における平均酸化数が、Mnについては4価、Coについては3価、Niについては2価よりもそれぞれ高く、前記複合酸化物の表層には、含ホウ素化合物が存在していることを特徴とする。 The positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention in order to solve the above problems, the following general formula (I) Li 1 + x Mn a Co b Ni c M1 y O 2 [ In the formula, M1 is Fe, Cu , Al, Mg, Mo, Zr, at least one element selected from the group consisting of 0 ≦ x ≦ 0.33, 0 ≦ a ≦ 1.0, 0 ≦ b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 1.0, and a + b + c + y = 1 are satisfied. The transition metal present in the surface layer of the composite oxide has an average oxidation number in an uncharged state, tetravalent for Mn, trivalent for Co, and for Ni It is higher than divalent, and a boron-containing compound is present in the surface layer of the composite oxide.

また、本発明に係るリチウム二次電池は、正極と、負極と、非水電解液とを備え、前記正極は、次の一般式(I)Li1+xMnCoNiM1[但し、式中、M1は、Fe、Cu、Al、Mg、Mo、Zrからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、0≦x≦0.33、0≦a≦1.0、0≦b≦1.0、0≦c≦1.0、0≦y≦1.0、a+b+c+y=1を満たす。]で表される複合酸化物を含んでなり、前記複合酸化物の表層に存在する遷移金属は、非充電状態における平均酸化数が、Mnについては4価、Coについては3価、Niについては2価よりもそれぞれ高く、前記複合酸化物の表面には、含ホウ素化合物が存在していることを特徴とする。 Further, the lithium secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the positive electrode, the following general formula (I) Li 1 + x Mn a Co b Ni c M1 y O 2 [ In the formula, M1 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Cu, Al, Mg, Mo, and Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.33, 0 ≦ a ≦ 1.0, 0 ≦ b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 1.0, and a + b + c + y = 1 are satisfied. The transition metal present in the surface layer of the composite oxide has an average oxidation number in an uncharged state, tetravalent for Mn, trivalent for Co, and for Ni It is higher than divalent, and a boron-containing compound is present on the surface of the composite oxide.

また、本発明に係るリチウム二次電池用正極の製造方法は、Liと、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも一種の遷移金属とを含有する複合酸化物の粒子と、オキソフルオロリン化合物と、溶媒とを混合して、前記複合酸化物の表層に存在する前記遷移金属を高酸化状態にする工程と、前記複合酸化物の粒子を洗浄すると共に乾燥させる工程と、前記複合酸化物の粒子を含有する正極合材を正極集電体に塗工した後、成形する工程とを含んでなることを特徴とする。   The method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention includes a composite oxide particle containing Li and at least one transition metal selected from the group consisting of Mn, Co and Ni, and oxofluoro A step of mixing a phosphorus compound and a solvent to bring the transition metal present in a surface layer of the composite oxide into a highly oxidized state, a step of washing and drying the particles of the composite oxide, and the composite oxidation And a step of forming a positive electrode mixture containing particles of the product on the positive electrode current collector and then forming the positive electrode current collector.

本発明によれば、内部抵抗を抑えつつも、保存に伴う放電容量の経時的な低下を低減することが可能なリチウム二次電池用正極、リチウム二次電池及びリチウムイオン二次電池用正極の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a positive electrode for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, and a positive electrode for a lithium ion secondary battery capable of reducing a temporal decrease in discharge capacity accompanying storage while suppressing internal resistance. A manufacturing method can be provided.

本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. リチウム金属複合酸化物の表層のマンガンの酸化状態を示す図である。It is a figure which shows the oxidation state of manganese of the surface layer of lithium metal complex oxide. リチウム金属複合酸化物の表層のコバルトの酸化状態を示す図である。It is a figure which shows the oxidation state of cobalt of the surface layer of lithium metal complex oxide. リチウム金属複合酸化物の表層のニッケルの酸化状態を示す図である。It is a figure which shows the oxidation state of nickel of the surface layer of lithium metal complex oxide. リチウム金属複合酸化物の表面近傍の質量分析結果を示す図である。It is a figure which shows the mass spectrometry result of the surface vicinity of a lithium metal complex oxide.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応によって生成する反応生成物がリチウム二次電池の高温保存特性を改善し得ることを見出した。具体的には、ボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応によって生成するフッ化ボロキシン化合物は、正極活物質の表面に被膜状の介在物(含ホウ素化合物)を形成する一方で、副生成する一般式:POxFyで表されるオキソフルオロリン化合物は、正極活物質の表層を改質する作用を示すことを見出した。そして、含ホウ素化合物と正極活物質の表層の改質とによって、内部抵抗を大きく増大させることなく非水溶媒の分解や正極活物質の溶出の抑制を図ることにより、高温保存後の容量維持率が向上しており、放電容量の保存安定性が高い長寿命なリチウムイオン二次電池を実現するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that a reaction product produced by a reaction between a boroxine compound and lithium hexafluorophosphate can improve the high-temperature storage characteristics of a lithium secondary battery. Specifically, the fluorinated boroxine compound produced by the reaction between the boroxine compound and lithium hexafluorophosphate is formed as a by-product while forming a film-like inclusion (boron-containing compound) on the surface of the positive electrode active material. It has been found that the oxofluorophosphorus compound represented by the general formula: POxFy exhibits an action of modifying the surface layer of the positive electrode active material. And by maintaining the surface layer of the boron-containing compound and the positive electrode active material, the capacity retention ratio after high-temperature storage can be reduced by suppressing the decomposition of the nonaqueous solvent and the elution of the positive electrode active material without greatly increasing the internal resistance. As a result, a long-life lithium ion secondary battery having high discharge capacity storage stability has been realized.

以下、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用正極、リチウム二次電池及びリチウムイオン二次電池用正極の製造方法について詳細に説明する。なお、以下の説明は、本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明はこれらの説明に限定されるものではない。本発明は、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更及び修正が可能である。   Hereinafter, the manufacturing method of the positive electrode for lithium secondary batteries, the lithium secondary battery, and the positive electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated in detail. In addition, the following description shows the specific example of the content of this invention, and this invention is not limited to these description. The present invention can be variously changed and modified by those skilled in the art within the scope of the technical idea disclosed in the present specification.

図1は、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の構造を模式的に示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係るリチウム二次電池1は、正極10、セパレータ11、負極12、電池缶13、正極集電タブ14、負極集電タブ15、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18、正温度係数(Positive Temperature Coefficient;PTC)抵抗素子19、電池蓋20、軸心21とを備えている。電池蓋20は、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18及び抵抗素子19からなる一体化部品である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the lithium secondary battery 1 according to this embodiment includes a positive electrode 10, a separator 11, a negative electrode 12, a battery can 13, a positive electrode current collecting tab 14, a negative electrode current collecting tab 15, an inner lid 16, and an internal pressure release. A valve 17, a gasket 18, a positive temperature coefficient (PTC) resistance element 19, a battery lid 20, and an axis 21 are provided. The battery lid 20 is an integrated part composed of the inner lid 16, the internal pressure release valve 17, the gasket 18 and the resistance element 19.

正極10及び負極12は、シート状に設けられており、セパレータ11を挟んで互いに重ねられている。そして、正極10、セパレータ11及び負極12が軸心21の周りに捲回されることによって、円筒形状の電極群が形成されている。なお、電極群の形態は、図1に示される円筒形状の形態に代えて、扁平円形状に捲回した形態、短冊状の電極を積層した形態、電極が収納された袋状のセパレータを積層して多層構造とした形態等に例示される種々の形態とすることも可能である。   The positive electrode 10 and the negative electrode 12 are provided in a sheet shape, and are overlapped with each other with the separator 11 interposed therebetween. The positive electrode 10, the separator 11, and the negative electrode 12 are wound around the axis 21 to form a cylindrical electrode group. The form of the electrode group is not the cylindrical form shown in FIG. 1, but the form wound in a flat circular form, the form in which strip-shaped electrodes are laminated, and the bag-like separator in which the electrodes are stored is laminated. Thus, various forms exemplified by a multi-layered structure and the like are possible.

軸心21は、正極10、セパレータ11及び負極12の支持に適した任意の断面形状に設けることができる。断面形状としては、例えば、円筒形状、円柱形状、角筒形状、角形状等が挙げられる。また、軸心21は、絶縁性が良好な任意の材質で設けることができる。材質としては、例えば、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等が挙げられる。   The axis 21 can be provided in any cross-sectional shape suitable for supporting the positive electrode 10, the separator 11, and the negative electrode 12. Examples of the cross-sectional shape include a cylindrical shape, a columnar shape, a rectangular tube shape, and a square shape. Further, the shaft center 21 can be made of any material having good insulation. Examples of the material include polypropylene and polyphenylene sulfide.

電池缶13は、非水電解液に対して耐食性が良好な材料によって形成されることが好ましい。また、電池缶13は、非水電解液と接触する領域がリチウムとの間で合金化し難い材料によって形成されることが好ましい。電池缶13の材料としては、具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が好適である。ステンレス鋼は、表面に不動態皮膜が形成されるため耐食性が良好である点、及び、内圧の上昇に耐え得る強度を持つ点で有利である。また、アルミニウムやアルミニウム合金は、軽量であるため重量あたりのエネルギ密度を向上し得る点で有利である。   The battery can 13 is preferably formed of a material having good corrosion resistance with respect to the non-aqueous electrolyte. Moreover, it is preferable that the battery can 13 is formed of a material in which the region in contact with the non-aqueous electrolyte is difficult to be alloyed with lithium. Specifically, the material of the battery can 13 is preferably aluminum, an aluminum alloy, stainless steel, nickel-plated steel, or the like. Stainless steel is advantageous in that it has good corrosion resistance because a passive film is formed on the surface and has a strength that can withstand an increase in internal pressure. Aluminum and aluminum alloys are advantageous in that the energy density per weight can be improved because they are lightweight.

電池缶13は、電極群の形態に応じて、円筒形状、偏平長円形状、扁平楕円形状、角形状、コイン形状等の適宜の形状とすることができる。電池缶13の内面には、耐食性や密着性を向上させるための表面加工処理が施されていてもよい。   The battery can 13 can have an appropriate shape such as a cylindrical shape, a flat oval shape, a flat oval shape, a square shape, or a coin shape, depending on the form of the electrode group. The inner surface of the battery can 13 may be subjected to surface processing for improving corrosion resistance and adhesion.

正極10及び負極12には、電流引き出し用の正極集電タブ14、負極集電タブ15のそれぞれが、スポット溶接、超音波溶接等によって接続される。そして、正極集電タブ14と負極集電タブ15とが設けられた電極群は、電池缶13に収納される。このとき、正極集電タブ14は電池蓋20の底面、負極集電タブ15は電池缶13の内壁にそれぞれ電気的に接続される。正極集電タブ14や負極集電タブ15は、図1に示すように電極群に複数設けてもよい。複数設けることによって、例えば、リチウム二次電池1を自動車等の駆動電源等として適用する場合等に大電流への対応が可能となる。   The positive electrode current collecting tab 14 and the negative electrode current collecting tab 15 for drawing current are connected to the positive electrode 10 and the negative electrode 12 by spot welding, ultrasonic welding, or the like. The electrode group provided with the positive electrode current collecting tab 14 and the negative electrode current collecting tab 15 is housed in the battery can 13. At this time, the positive electrode current collecting tab 14 is electrically connected to the bottom surface of the battery lid 20, and the negative electrode current collecting tab 15 is electrically connected to the inner wall of the battery can 13. A plurality of the positive electrode current collecting tab 14 and the negative electrode current collecting tab 15 may be provided in the electrode group as shown in FIG. By providing a plurality, for example, when the lithium secondary battery 1 is applied as a drive power source for an automobile or the like, it is possible to cope with a large current.

電池缶13の内部には、非水溶媒及び支持塩を含んでなる非水電解液が注入されている。非水電解液の注入方法は、電池蓋20を開放した状態で直接注入する方法であってもよいし、電池蓋20を閉鎖した状態で電池蓋20に設けた注入口から注入する方法等であってもよい。電池缶13の開口は、電池蓋20を溶接、かしめ等により接合することによって密閉される。なお、電池蓋20には、逃がし弁が設けられており、電池缶13の内圧が過度に上昇した場合に開放されるようになっている。   A non-aqueous electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and a supporting salt is injected into the battery can 13. The method for injecting the non-aqueous electrolyte may be a method of injecting directly with the battery lid 20 opened, or a method of injecting from the inlet provided in the battery lid 20 with the battery lid 20 closed. There may be. The opening of the battery can 13 is sealed by joining the battery lid 20 by welding, caulking, or the like. The battery lid 20 is provided with a relief valve so that it is opened when the internal pressure of the battery can 13 rises excessively.

非水溶媒としては、例えば、鎖状カーボネート、環状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル、環状カルボン酸エステル、鎖状エーテル、環状エーテル、有機リン化合物、有機硫黄化合物等を用いることができる。これらの化合物は、非水溶媒として一種を単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。   As the non-aqueous solvent, for example, a chain carbonate, a cyclic carbonate, a chain carboxylic acid ester, a cyclic carboxylic acid ester, a chain ether, a cyclic ether, an organic phosphorus compound, an organic sulfur compound, or the like can be used. These compounds may be used alone as a nonaqueous solvent, or two or more kinds may be mixed and used.

鎖状カーボネートとしては、炭素数が1以上5以下の鎖状のアルキル基を有する化合物が好ましい。このような鎖状カーボネートの具体例としては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート等が挙げられる。また、環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート等が挙げられる。   As the chain carbonate, a compound having a chain alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferable. Specific examples of such a chain carbonate include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, and the like. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate.

鎖状カルボン酸エステルとしては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル等が挙げられる。また、環状カルボン酸エステルとしては、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等が挙げられる。   Examples of the chain carboxylic acid ester include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate. Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and δ-valerolactone.

鎖状エーテルとしては、例えば、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン等が挙げられる。また、環状エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチルテトラヒドロフラン等が挙げられる。   Examples of the chain ether include dimethoxymethane, diethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, 1-ethoxy-2-methoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, and the like. Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methyltetrahydrofuran and the like.

有機リン化合物としては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル等のリン酸エステルや、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル等の亜リン酸エステルや、トリメチルホスフィンオキシド等が挙げられる。また、有機硫黄化合物としては、例えば、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルフェニルスルホン、エチルフェニルスルホン等が挙げられる。   Examples of the organic phosphorus compound include phosphoric acid esters such as trimethyl phosphate, triethyl phosphate, and triphenyl phosphate, phosphorous acid esters such as trimethyl phosphite, triethyl phosphite, and triphenyl phosphite, And trimethylphosphine oxide. Examples of the organic sulfur compound include 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, methyl phenyl sulfone, and ethyl phenyl sulfone. .

非水溶媒として用い得るこれらの化合物は、置換基を有していてもよいし、酸素原子が硫黄原子で置換された化合物であってもよい。置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子が挙げられる。非水溶媒として二種以上の化合物を併用する場合は、特に、環状カーボネートや環状ラクトン等のように比誘電率が高く粘度が相対的に高い化合物と、鎖状カーボネート等の粘度が相対的に低い化合物とを組み合わせることが好ましい。例えば、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用する場合、環状カーボネートの割合は、40体積%以下とすることが好ましく、30体積%以下とすることがより好ましく、20体積%以下とすることがさらに好ましい。   These compounds that can be used as the non-aqueous solvent may have a substituent, or may be a compound in which an oxygen atom is substituted with a sulfur atom. As a substituent, halogen atoms, such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, are mentioned, for example. When two or more compounds are used in combination as a non-aqueous solvent, in particular, a compound having a high relative dielectric constant and a relatively high viscosity such as a cyclic carbonate or a cyclic lactone and a viscosity such as a chain carbonate are relatively It is preferable to combine with a low compound. For example, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are used in combination, the ratio of the cyclic carbonate is preferably 40% by volume or less, more preferably 30% by volume or less, and further preferably 20% by volume or less. preferable.

支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON、Li(FSON、LiF、LiCO、LiPF(CF、LiPF(CFSO、LiBF(CF)、LiBF(CFSO、リチウムビスオキサレートボレート、リチウムジフルオロオキサレートボレート等のリチウム塩を用いることができる。支持塩としては、これらのうちの一種を単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, Li (F 2 SO 2) 2 N, LiF, Li 2 CO 3, LiPF 4 (CF 3) 2, LiPF 4 (CF 3 SO 2) 2, LiBF 3 (CF 3), LiBF 2 (CF 3 SO 2) 2, lithium bis Lithium salts such as oxalate borate and lithium difluorooxalate borate can be used. As the supporting salt, one of these may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.

電解液としては、エチレンカーボネート又はプロピレンカーボネートと、ジメチルカーボネート又はエチルメチルカーボネートとを非水溶媒として含み、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を支持塩として含む電解液や、LiPFと、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON、及び、Li(FSONからなる群より選択される少なくとも一種とを支持塩として含む電解液が特に好適である。エチレンカーボネートやプロピレンカーボネートは誘電率が高く、エチレンカーボネートは、プロピレンカーボネート等と比較して黒鉛電極の剥離等が生じ難いという利点がある。また、ジメチルカーボネートやエチルメチルカーボネートは低粘度である。一方、ヘキサフルオロリン酸リチウムは、溶解性やイオン伝導性が特に良好であるため支持塩として特に好適である。このようなヘキサフルオロリン酸リチウムに加水分解され難いLiBF等を併用すると、電池の高温保存特性等を改善できる場合がある。 As an electrolytic solution, an electrolytic solution containing ethylene carbonate or propylene carbonate and dimethyl carbonate or ethyl methyl carbonate as a non-aqueous solvent and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt, LiPF 6 and LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, and Li (F 2 SO 2 ) 2 N An electrolyte containing at least one of the above as a supporting salt is particularly suitable. Ethylene carbonate and propylene carbonate have a high dielectric constant, and ethylene carbonate has an advantage that the graphite electrode is less likely to peel off than propylene carbonate or the like. Dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate have low viscosity. On the other hand, lithium hexafluorophosphate is particularly suitable as a supporting salt because of its particularly good solubility and ionic conductivity. When LiBF 4 or the like that is hardly hydrolyzed is used in combination with such lithium hexafluorophosphate, the high-temperature storage characteristics of the battery may be improved.

支持塩の濃度は、例えば、ヘキサフルオロリン酸リチウムについては、電解液あたり0.6mol/L以上1.8mol/L以下の範囲とすることが好ましい。支持塩の濃度が0.6mol/L以上であると、良好なイオン伝導度が実現され易くなるためである。また、支持塩の濃度が1.8mol/L以下であると、非水溶媒の割合が一定程度以上確保されることになるため、イオン伝導の抵抗が過大になることが少ない。   For example, for the lithium hexafluorophosphate, the concentration of the supporting salt is preferably in the range of 0.6 mol / L to 1.8 mol / L per electrolytic solution. This is because good ionic conductivity is easily realized when the concentration of the supporting salt is 0.6 mol / L or more. Further, when the concentration of the supporting salt is 1.8 mol / L or less, the ratio of the non-aqueous solvent is ensured to a certain level or more, so that the ion conduction resistance is rarely excessive.

非水電解液は、負極活物質表面に被膜を形成する被膜形成剤、電池の過充電を抑制する過充電抑制剤、非水電解液の難燃性(自己消火性)を向上させる難燃化剤、電極やセパレータの濡れ性を改善する濡れ性改善剤等をはじめとする各種の添加剤を含有していてもよい。なお、これらの添加剤は、非水溶媒や支持塩として使用可能な化合物についても、添加剤としての添加量で、他の非水溶媒や支持塩と共に用いることが可能である。   Non-aqueous electrolyte is a film-forming agent that forms a coating on the surface of the negative electrode active material, an overcharge inhibitor that suppresses overcharging of the battery, and a flame retardant that improves the flame retardancy (self-extinguishing) of the non-aqueous electrolyte. Various additives including a wettability improving agent for improving the wettability of the agent, the electrode and the separator may be contained. Note that these additives can be used together with other nonaqueous solvents and supporting salts in an amount added as an additive even for compounds that can be used as nonaqueous solvents and supporting salts.

被膜形成剤としては、例えば、溶媒としても用いられるビニレンカーボネート等のカルボン酸無水物、1,3−プロパンスルトン等の硫黄化合物、リチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)、ホウ酸トリメチル(TMB)等のホウ素化合物等が挙げられる。負極活物質の表面には非水電解液の分解物等によってSEI(Solid Electrolyte Interphase)膜が形成されることが知られている。SEI膜は、非水電解液の分解を抑制する作用を示すものの、過剰に形成されると内部抵抗の増大を招いたり、形成される際に多量の電荷を消費したりすることがある。非水電解液にビニレンカーボネート等の被膜形成剤を添加すると、このようなSEI膜を安定的に充放電可能な膜に改質することができるため、電池の長寿命化を図ることが可能である。   Examples of the film forming agent include carboxylic acid anhydrides such as vinylene carbonate used as a solvent, sulfur compounds such as 1,3-propane sultone, lithium bisoxalate borate (LiBOB), and trimethyl borate (TMB). A boron compound etc. are mentioned. It is known that a SEI (Solid Electrolyte Interphase) film is formed on the surface of the negative electrode active material by a decomposition product of a nonaqueous electrolytic solution. Although the SEI film has an effect of suppressing the decomposition of the non-aqueous electrolyte, if it is formed excessively, it may increase the internal resistance or consume a large amount of charge when formed. When a film-forming agent such as vinylene carbonate is added to the non-aqueous electrolyte, such a SEI film can be reformed into a film that can be stably charged and discharged, thereby extending the battery life. is there.

過充電抑制剤としては、例えば、ビフェニル、ビフェニルエーテル、ターフェニル、メチルターフェニル、ジメチルターフェニル、シクロヘキシルベンゼン、ジシクロヘキシルベンゼン、トリフェニルベンゼン、ヘキサフェニルベンゼン等が挙げられる。また、難燃化剤としては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等の有機リン化合物、ホウ酸エステル等をはじめとする前記の非水溶媒のフッ化物等を用いることができる。また、濡れ性改善剤としては、例えば、1,2−ジメトキシエタン等をはじめとする鎖状エーテル等を用いることができる。   Examples of the overcharge inhibitor include biphenyl, biphenyl ether, terphenyl, methyl terphenyl, dimethyl terphenyl, cyclohexylbenzene, dicyclohexylbenzene, triphenylbenzene, hexaphenylbenzene, and the like. As the flame retardant, for example, organic phosphorus compounds such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate, fluorides of the above non-aqueous solvents including borate esters, and the like can be used. As the wettability improver, for example, chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane can be used.

正極10(リチウム二次電池用正極)は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な正極活物質を含んでなる。詳細には、正極10は、例えば、正極活物質と、結着剤と、導電剤とが混合された正極合材によって形成される正極合材層と、正極合材層が片面又は両面に塗工された正極集電体とを備える構成とされる。   The positive electrode 10 (positive electrode for a lithium secondary battery) includes a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. Specifically, the positive electrode 10 includes, for example, a positive electrode mixture layer formed of a positive electrode mixture in which a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent are mixed, and a positive electrode mixture layer coated on one side or both sides. It is set as the structure provided with the processed positive electrode electrical power collector.

正極活物質としては、リチウム(Li)と、マンガン(Mn)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)からなる群より選択される少なくとも一種の遷移金属と、酸素(O)とを含有するリチウム金属複合酸化物(複合酸化物)が含まれる。正極活物質は、リチウム金属複合酸化物の一次粒子や二次粒子のみからなる集合であってもよいし、リチウム金属複合酸化物の一次粒子や二次粒子と、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な他の化合物の粒子とからなる集合であってもよい。   As the positive electrode active material, lithium metal containing lithium (Li), at least one transition metal selected from the group consisting of manganese (Mn), cobalt (Co), and nickel (Ni), and oxygen (O) A composite oxide (composite oxide) is included. The positive electrode active material may be an aggregate composed only of primary particles and secondary particles of a lithium metal composite oxide, or can absorb and release lithium ions from the primary particles and secondary particles of the lithium metal composite oxide. It may be an assembly of particles of other compounds.

正極10は、リチウム金属複合酸化物の表層に存在する遷移金属が、高酸化状態とされているという特徴を有する。詳細には、リチウム金属複合酸化物の各粒子の表層に存在する遷移金属は、リチウムイオンの吸蔵及び放出のいずれが行われる間にも、粒子内部に存在する遷移金属と比較して、平均酸化数がやや高価数側にシフトした状態で存在する。この高酸化状態は、例えば、後記するように、リチウム金属複合酸化物を、一般式:POxFyで表される化合物(オキソフルオロリン化合物)によって処理することで形成される。なお、本明細書において、化合物という用語には、イオンとして存在する原子団、例えば、フルオロリン酸アニオン等や、化合物一分子の一部を構成する原子団等が含まれるものとする。また、表層は、結晶粒子の表面から深さ30nmまでの領域として定義される。本実施形態においては、オキソフルオロリン化合物を用いて正極活物質であるリチウム金属複合酸化物を高酸化状態にしているが、リチウム金属複合酸化物を高酸化状態にする方法は、オキソフルオロリン化合物による処理に限定されず、他の方法により高酸化状態にされたリチウム金属複合酸化物を用いてもよい。   The positive electrode 10 is characterized in that the transition metal present in the surface layer of the lithium metal composite oxide is in a highly oxidized state. Specifically, the transition metal present in the surface layer of each particle of the lithium metal composite oxide is compared with the transition metal present in the particle during both the occlusion and release of lithium ions, and the average oxidation. The number exists in a state where it is shifted to a slightly expensive number side. This highly oxidized state is formed, for example, by treating a lithium metal composite oxide with a compound (oxofluorophosphorus compound) represented by the general formula: POxFy, as will be described later. In the present specification, the term “compound” includes an atomic group existing as an ion, for example, a fluorophosphate anion, an atomic group constituting a part of one compound molecule, or the like. The surface layer is defined as a region from the surface of the crystal grain to a depth of 30 nm. In this embodiment, the lithium metal composite oxide, which is the positive electrode active material, is brought into a highly oxidized state using an oxofluoroline compound. It is not limited to the process by this, You may use the lithium metal complex oxide made into the highly oxidized state by the other method.

リチウム金属複合酸化物としては、具体的には、次の一般式(I)
Li1+xMnCoNiM1・・・(I)
[但し、式中、M1は、Fe、Cu、Al、Mg、Mo、Zrからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、0≦x≦0.33、0≦a≦1.0、0≦b≦1.0、0≦c≦1.0、0≦y≦1.0、a+b+c+y=1を満たす。]で表され、層状岩塩型の結晶構造を有する層状酸化物を用いることができる。層状酸化物としては、特に、Mnを含み、a>0であるマンガン系層状酸化物が好ましい。マンガン系層状酸化物によると、材料費が安価でありながら理論容量や安全性を高くすることが可能であり、Mnと共にCoやNiを含む多元系の組成とすることにより、安定した結晶構造を得ることも可能となる。
Specifically, as the lithium metal composite oxide, the following general formula (I)
Li 1 + x Mn a Co b Ni c M1 y O 2 ··· (I)
[In the formula, M1 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Cu, Al, Mg, Mo, Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.33, 0 ≦ a ≦ 1.0, 0 ≦ b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 1.0, and a + b + c + y = 1 are satisfied. And a layered oxide having a layered rock salt type crystal structure can be used. As the layered oxide, a manganese-based layered oxide containing Mn and having a> 0 is particularly preferable. According to the manganese-based layered oxide, it is possible to increase the theoretical capacity and safety while the material cost is low. By adopting a multi-component composition containing Co and Ni together with Mn, a stable crystal structure can be obtained. It can also be obtained.

また、リチウム金属複合酸化物としては、具体的には、次の一般式(II)
Li1+xMn2−x−yM2・・・(II)
[但し、式中、M2は、Ni、Co、Fe、Cu、Al、Mg、Mo、Zrからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、0≦x≦0.33、0≦y≦1.0、2−x−y>0を満たす。]で表され、スピネル型の結晶構造を有するスピネル型酸化物を用いることができる。スピネル型酸化物によると、材料費が安価でありながら安全性が高く、高電圧域においても安定した結晶構造が実現される。
Further, as the lithium metal composite oxide, specifically, the following general formula (II)
Li 1 + x Mn 2-xy M2 y O 4 (II)
[Wherein, M2 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Cu, Al, Mg, Mo, Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.33, 0 ≦ y ≦ 1.0 and 2-xy> 0 are satisfied. And a spinel type oxide having a spinel type crystal structure can be used. According to the spinel type oxide, although the material cost is low, the safety is high and a stable crystal structure is realized even in a high voltage range.

リチウム金属複合酸化物に含まれる遷移金属の平均酸化数は、通常、リチウム二次電池の充放電に伴って変動する。例えば、層状酸化物の全体では、Mnについては約4価付近の微小な範囲、Coについては約3価から約4価までの範囲、Niについては約2価から約4価までの範囲で形式電荷が変化し得る。また、スピネル型酸化物の全体では、Mnについては約3価から約4価までの範囲で形式電荷が変化し得る。   The average oxidation number of the transition metal contained in the lithium metal composite oxide usually varies with charge / discharge of the lithium secondary battery. For example, in the case of the whole layered oxide, Mn is in a minute range near about 4 valence, Co is in a range from about 3 to about 4 valence, Ni is in a range from about 2 to about 4 valence. The charge can change. Further, in the spinel oxide as a whole, the formal charge of Mn can change in the range from about 3 to about 4.

これに対して、層状酸化物の表層に存在する遷移金属では、オキソフルオロリン化合物による処理によって、非充電状態における平均酸化数が、Mnについては4価、Coについては3価、Niについては2価よりも高くなる。また、スピネル型酸化物の表層に存在する遷移金属では、非充電状態における平均酸化数が、Mnについては3価よりも高くなる。あるいは、このオキソフロオロリン化合物による処理によって、リチウム金属複合酸化物を構成する遷移金属と電気陰性度の高いフッ素(F)とが結合し、遷移金属上の電荷密度が低下することによって生じる効果でも説明することができる。なお、非充電状態には、リチウム金属複合酸化物を合成した後、リチウム二次電池の初期充電を行っていない未充電の状態や、完全放電させた状態に加えて、SOC1%未満程度に充放電した状態が含まれる。このような非充電状態における平均酸化数のシフトは、リチウム二次電池を解体して回収した正極について、X線光電子分光測定(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)を行うことにより確認することが可能である。   On the other hand, in the transition metal existing in the surface layer of the layered oxide, the average oxidation number in an uncharged state is tetravalent for Mn, trivalent for Co, and 2 for Ni by treatment with an oxofluorophosphorus compound. Higher than the price. Moreover, in the transition metal which exists in the surface layer of a spinel type oxide, the average oxidation number in a non-charging state becomes higher than trivalence about Mn. Alternatively, by the treatment with the oxofluoroline compound, the transition metal constituting the lithium metal composite oxide is combined with fluorine (F) having a high electronegativity, and the effect caused by the decrease in charge density on the transition metal But it can be explained. In addition, in the non-charged state, after synthesizing the lithium metal composite oxide, in addition to the uncharged state in which the lithium secondary battery is not initially charged or the state in which the lithium secondary battery is completely discharged, the state is charged to less than about 1% SOC. The discharged state is included. Such a shift in the average oxidation number in the non-charged state can be confirmed by performing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) on the positive electrode recovered by disassembling the lithium secondary battery. It is.

平均酸化数のシフトは、具体的には、リチウム金属複合酸化物の表層に存在する遷移金属に対して、オキソフルオロリン化合物による処理に由来する他原子が結合していることを意味する。リチウム金属複合酸化物は、このように表層が改質されることによって、表面側の電気化学的活性が抑制されることになる。そして、リチウム金属複合酸化物に含まれる遷移金属が非水電解液に溶出したり、遷移金属に接触した非水溶媒が酸化分解されたりする事態が防止されるようになる。そのため、高充電状態等のリチウム二次電池においても、保存に伴う放電容量の経時的な低下の低減が図られる。   Specifically, the shift in the average oxidation number means that other atoms derived from the treatment with the oxofluorophosphorus compound are bonded to the transition metal present in the surface layer of the lithium metal composite oxide. In the lithium metal composite oxide, the surface layer is modified in this way, so that the electrochemical activity on the surface side is suppressed. And the situation where the transition metal contained in lithium metal complex oxide elutes in a non-aqueous electrolyte, or the non-aqueous solvent which contacted the transition metal is oxidatively decomposed is prevented. For this reason, even in a lithium secondary battery in a highly charged state or the like, it is possible to reduce a decrease in discharge capacity with time due to storage.

リチウム金属複合酸化物の表層に存在する遷移金属は、詳細には、オキソフルオロリン化合物による処理によって、フッ素原子等が結合している状態に改質される。フッ素原子等が結合している状態では、正極活物質の表面に金属酸化物等の被膜を形成する場合と比較して、リチウムイオンの伝導が大きく妨げられることは少ない。そのため、表層がこのように改質されていることによって、遷移金属の溶出や、非水溶媒の分解が、リチウム二次電池の内部抵抗を大きく増大させること無く抑制されることになる。   Specifically, the transition metal present in the surface layer of the lithium metal composite oxide is modified to a state in which fluorine atoms and the like are bonded by treatment with an oxofluorophosphorus compound. In a state in which fluorine atoms or the like are bonded, lithium ion conduction is hardly hindered compared to the case where a film of a metal oxide or the like is formed on the surface of the positive electrode active material. Therefore, by modifying the surface layer in this way, the elution of transition metals and the decomposition of the non-aqueous solvent are suppressed without greatly increasing the internal resistance of the lithium secondary battery.

オキソフルオロリン化合物としては、具体的には、POF 、PO 、PO2−等のフルオロリン酸アニオンや、これらの塩や、POF、PO、POF等で表される原子団を有する有機リン化合物が用いられる。これらのオキソフルオロリン化合物は、比較的高い電子吸引性を持ったリン原子を有している。例えば、POF 、PO 、PO2−等のアニオンが求核的に反応することによって生成する中間生成物や、POF、PO、POF等で表される原子団を有する有機リン化合物は、このようなリン原子の存在によって酸性的な作用を示す。また、オキソフルオロリン化合物は、微量に存在することがある水分によって次の各反応式で表されるように加水分解されてフッ化水素(HF)を生成する。
PO + HO ⇔ PO2− + HF + H・・・(1)
PO2− + HO ⇔ PO 3− + HF + H・・・(2)
そのため、これらの成分によって、リチウム金属複合酸化物の表層を改質することができる。
Specific examples of the oxofluoroline compound include fluorophosphate anions such as POF 2 , PO 2 F 2 , PO 3 F 2− , salts thereof, POF 2 , PO 2 F 2 , PO 3. An organophosphorus compound having an atomic group represented by F or the like is used. These oxofluorophosphorus compounds have a phosphorus atom having a relatively high electron withdrawing property. For example, it is represented by an intermediate product produced by nucleophilic reaction of anions such as POF 2 , PO 2 F 2 , PO 3 F 2− , POF 2 , PO 2 F 2 , PO 3 F and the like. The organophosphorus compound having an atomic group that is formed exhibits an acidic action due to the presence of such a phosphorus atom. In addition, the oxofluoroline compound is hydrolyzed with water that may be present in a minute amount as represented by the following reaction formulas to generate hydrogen fluoride (HF).
PO 2 F 2 - + H 2 O ⇔ PO 3 F 2- + HF + H + ··· (1)
PO 3 F 2 + H 2 O PO PO 4 3 + HF + H + (2)
Therefore, the surface layer of the lithium metal composite oxide can be modified by these components.

正極10は、リチウム二次電池に備えられた状態において、リチウム金属複合酸化物の表面にB−O結合を有する含ホウ素化合物が存在しているという特徴も有する。リチウム金属複合酸化物は、表層がオキソフルオロリン化合物の作用によって改質されることによって、非水電解液との界面に含ホウ素化合物によるSEI(Solid Electrolyte Interphase)膜様の被膜状の介在物が良好に形成されるようになっている。この含ホウ素化合物による介在物は、金属酸化物等の被膜と比較してリチウムイオンの伝導に対する抵抗になり難いため、リチウム二次電池の内部抵抗を大きく増大させること無く、非水溶媒の分解の抑制が図られている。   The positive electrode 10 also has a feature that a boron-containing compound having a B—O bond is present on the surface of the lithium metal composite oxide in a state provided in the lithium secondary battery. In the lithium metal composite oxide, the surface layer is modified by the action of the oxofluorophosphorus compound, so that a SEI (Solid Electrolyte Interphase) film-like inclusion by a boron-containing compound is present at the interface with the non-aqueous electrolyte. It is designed to be well formed. Inclusions of this boron-containing compound are unlikely to become resistance to lithium ion conduction compared to coatings such as metal oxides, so that the non-aqueous solvent can be decomposed without greatly increasing the internal resistance of the lithium secondary battery. Suppression is achieved.

含ホウ素化合物は、リチウム二次電池の非水電解液にホウ素化合物を添加しておくことで、リチウム金属複合酸化物の表面に生じさせることができる。ホウ素化合物としては、例えば、リチウムビスオキサレートボレート、リチウムジフルオロオキサレートボレート等のホウ酸リチウム塩や、ホウ酸トリメチル等のホウ酸エステルや、ボロキシン化合物等が挙げられる。   The boron-containing compound can be generated on the surface of the lithium metal composite oxide by adding a boron compound to the non-aqueous electrolyte of the lithium secondary battery. Examples of the boron compound include lithium borate salts such as lithium bisoxalate borate and lithium difluorooxalate borate, boric acid esters such as trimethyl borate, and boroxine compounds.

表層がオキソフルオロリン化合物によって改質されると共に、表面に含ホウ素化合物が介在しているリチウム金属複合酸化物を含む正極10(リチウム二次電池用正極)は、例えば、リチウム二次電池の非水電解液にボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとを添加する方法、リチウム二次電池の非水電解液にオキソフルオロリン化合物とホウ素化合物とを添加する方法、及び、リチウム金属複合酸化物を正極の製造時にあらかじめオキソフルオロリン化合物によって処理しておく方法のいずれによっても得ることが可能である。   A positive electrode 10 (a positive electrode for a lithium secondary battery) including a lithium metal composite oxide in which a surface layer is modified with an oxofluorophosphorus compound and a boron-containing compound is interposed on a surface thereof is, for example, a non-lithium secondary battery. A method of adding a boroxine compound and lithium hexafluorophosphate to an aqueous electrolyte, a method of adding an oxofluorophosphorus compound and a boron compound to a non-aqueous electrolyte of a lithium secondary battery, and a lithium metal composite oxide as a positive electrode It can be obtained by any of the methods of treating with an oxofluoroline compound in advance at the time of production.

リチウム二次電池の非水電解液にボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとを添加する方法では、具体的には、次の一般式(III):
(RO)(BO)・・・(III)
[式中、Rは、それぞれ独立して、炭素数が1〜6の有機基である。]
で表されるボロキシン化合物を用いることができる。このようなボロキシン化合物と支持塩としても添加されるヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)とを非水電解液中で反応させることによって、3価よりも高い価数のホウ素原子を有するボロキシン化合物と、次の一般式(IV):
POxFy・・・(IV)
[式中、xは、1以上3以下の数、yは、1以上5以下の数である。]で表される原子団又は当該原子団を有する化合物(オキソフルオロリン化合物)とを生成させることが可能である。なお、生成するオキソフルオロリン化合物におけるリン原子の酸化数は、3又は5である。
In the method of adding a boroxine compound and lithium hexafluorophosphate to the non-aqueous electrolyte of a lithium secondary battery, specifically, the following general formula (III):
(RO) 3 (BO) 3 (III)
[Wherein, each R is independently an organic group having 1 to 6 carbon atoms. ]
The boroxine compound represented by these can be used. By reacting such a boroxine compound and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which is also added as a supporting salt, in a non-aqueous electrolyte, a boroxine compound having a boron atom having a valence higher than 3 The following general formula (IV):
POxFy (IV)
[Wherein, x is a number from 1 to 3, and y is a number from 1 to 5. ] Or a compound having an atomic group (oxofluoroline compound) can be produced. In addition, the oxidation number of the phosphorus atom in the oxofluoro phosphorus compound to be generated is 3 or 5.

ボロキシン化合物の有機基(R)としては、炭素数が1〜6の直鎖状又は分枝状のアルキル基、シクロアルキル基等が挙げられる。このような有機基(R)の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。有機基(R)は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子に例示されるハロゲン原子、窒素原子、硫黄原子等を含有していてもよい。   Examples of the organic group (R) of the boroxine compound include linear or branched alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, cycloalkyl groups, and the like. Specific examples of such an organic group (R) include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, an isobutyl group, and a cyclohexyl group. The organic group (R) may contain a halogen atom, nitrogen atom, sulfur atom and the like exemplified by fluorine atom, chlorine atom and bromine atom.

ボロキシン化合物の有機基(R)としては、炭素数が1〜6の二価の有機基が好ましい。有機基(R)が一価であると、ボロキシン化合物の構造が安定しないためリチウム金属複合酸化物との反応が難しい傾向がある。また、有機基(R)が三価であると、ボロキシン化合物の不溶性が高くなり過ぎるためリチウム金属複合酸化物との反応が困難となる。これに対して、有機基(R)が二価であると、ボロキシン化合物が非水電解液中においてボロン酸に解離し難く、適度な溶解性も得られる点で有利である。ボロキシン化合物としては、これらの中でも安定性と溶解性とが比較的良好なトリイソプロポキシボロキシン(Tri-iso-Propoxy Boroxine;TiPBx)((CHCHO)(BO))が好ましい。 The organic group (R) of the boroxine compound is preferably a divalent organic group having 1 to 6 carbon atoms. When the organic group (R) is monovalent, the structure of the boroxine compound is not stable, so that the reaction with the lithium metal composite oxide tends to be difficult. In addition, when the organic group (R) is trivalent, the insolubility of the boroxine compound becomes too high, so that the reaction with the lithium metal composite oxide becomes difficult. On the other hand, when the organic group (R) is divalent, the boroxine compound is not easily dissociated into boronic acid in the nonaqueous electrolytic solution, and it is advantageous in that appropriate solubility can be obtained. Among these compounds, tri-iso-propoxy boroxine (TiPBx) ((CH 3 ) 2 CHO) 3 (BO) 3 ), which has relatively good stability and solubility, is preferable. .

一般式(III)で表されるボロキシン化合物は、例えば、B(OR)と無水ホウ酸(B)との縮合反応等によって合成することができる。また、B(OR)を構成するRをB(OR)(OR)(OR)といった3つ全てが異なるアルキル基を有する化合物を使用したり、2つのみ異なる化合物を使用したり、あるいは、それらのモル数を変えて反応させたりすることによって、一分子中に異なる有機基を有するボロキシン化合物を合成することが可能である。 The boroxine compound represented by the general formula (III) can be synthesized by, for example, a condensation reaction of B (OR) 3 and boric anhydride (B 2 O 3 ). Further, a compound having all three different alkyl groups such as B (OR 1 ) (OR 2 ) (OR 3 ) as R constituting B (OR) 3 is used, or only two different compounds are used. Alternatively, it is possible to synthesize boroxine compounds having different organic groups in one molecule by reacting them by changing the number of moles thereof.

ボロキシン化合物の添加量は、非水溶媒と支持塩の総量に対して0.1質量%以上とすることが好ましく、0.3質量%以上とすることがより好ましい。また、非水溶媒と支持塩の総量に対して2.0質量%以下とすることが好ましく、1.5質量%以下とすることがより好ましい。ボロキシン化合物が添加されると、支持塩として添加したヘキサフルオロリン酸リチウムがボロキシン化合物との反応によって失われてリチウムイオンの伝導性が損なわれる恐れがある。そのため、ヘキサフルオロリン酸リチウムの通常の添加量の範囲では、添加量の上限をこのように制限することが好ましい。   The addition amount of the boroxine compound is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, based on the total amount of the nonaqueous solvent and the supporting salt. Moreover, it is preferable to set it as 2.0 mass% or less with respect to the total amount of a nonaqueous solvent and a support salt, and it is more preferable to set it as 1.5 mass% or less. When a boroxine compound is added, lithium hexafluorophosphate added as a supporting salt may be lost due to the reaction with the boroxine compound and the conductivity of lithium ions may be impaired. Therefore, it is preferable to limit the upper limit of the addition amount in this way within the range of the normal addition amount of lithium hexafluorophosphate.

一般式(III)で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応は、溶媒中においてボロキシン化合物と、ヘキサフルオロリン酸リチウムとを混合すると常温常圧下において速やかに進行する。この反応によって、具体的には、PO 、PO2−等のアニオン(原子団に相当する。)や、(RnO)POF(式中、Rnは、有機基を示す。)等の有機リン化合物が生成される。そのため、リチウム二次電池の非水電解液にボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとを添加することによって、リチウム金属複合酸化物の表層をオキソフルオロリン化合物により改質させることができる。 The reaction between the boroxine compound represented by the general formula (III) and lithium hexafluorophosphate proceeds rapidly at room temperature and normal pressure when the boroxine compound and lithium hexafluorophosphate are mixed in a solvent. Specifically by this reaction, anions (corresponding to atomic groups) such as PO 2 F 2 and PO 3 F 2− and (RnO) POF 2 (wherein Rn represents an organic group). ) And the like are produced. Therefore, the surface layer of the lithium metal composite oxide can be modified with the oxofluorophosphorus compound by adding the boroxine compound and lithium hexafluorophosphate to the non-aqueous electrolyte of the lithium secondary battery.

また、一般式(III)で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応では、オキソフルオロリン化合物と共に、3価よりも高い価数のホウ素原子を有するボロキシン化合物が生成する。このボロキシン化合物は、具体的には、一般式(III)で表されるボロキシン化合物のフッ化物(フッ化ボロキシン化合物)を形成している。このフッ化ボロキシン化合物は、負電荷に荷電したホウ素原子を有するため、このホウ素原子とリチウムイオンとが相互作用することによって、支持塩の解離が安定化されることになる。また、フッ化ボロキシン化合物は、リチウム金属複合酸化物の表面に含ホウ素化合物による介在物を生じ得る。   Further, in the reaction of the boroxine compound represented by the general formula (III) and lithium hexafluorophosphate, a boroxine compound having a boron atom having a valence higher than trivalent is generated together with the oxofluorophosphorus compound. Specifically, this boroxine compound forms a fluoride of a boroxine compound represented by the general formula (III) (fluorinated boroxine compound). Since the fluorinated boroxine compound has a negatively charged boron atom, the dissociation of the supporting salt is stabilized by the interaction between the boron atom and the lithium ion. Further, the boroboroxine fluoride compound can generate inclusions due to the boron-containing compound on the surface of the lithium metal composite oxide.

図2Aは、リチウム金属複合酸化物の表層のマンガンの酸化状態を示す図である。また、図2Bは、リチウム金属複合酸化物の表層のコバルトの酸化状態を示す図である。また、図2Cは、リチウム金属複合酸化物の表層のニッケルの酸化状態を示す図である。
図2A、図2B及び図2Cにおいては、リチウム二次電池に含まれるリチウム金属複合酸化物についてX線光電子分光測定を行い、表層の各遷移金属の2p軌道の電子状態を解析した結果を示している。
FIG. 2A is a diagram showing an oxidation state of manganese on the surface layer of the lithium metal composite oxide. Moreover, FIG. 2B is a figure which shows the oxidation state of cobalt of the surface layer of lithium metal complex oxide. Moreover, FIG. 2C is a figure which shows the oxidation state of nickel of the surface layer of lithium metal complex oxide.
In FIG. 2A, FIG. 2B, and FIG. 2C, the X-ray photoelectron spectroscopy measurement was performed about the lithium metal complex oxide contained in a lithium secondary battery, and the result of having analyzed the electronic state of 2p orbital of each transition metal of surface layer is shown. Yes.

具体的には、リチウム二次電池は、リチウム金属複合酸化物(正極活物質)として、LiMnCoNiOで表される三元系層状酸化物、負極活物質として、天然黒鉛の表面に非晶質炭素を被覆した炭素材料、非水溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを1:2の体積比で混合した混合液、支持塩として、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.0mol/Lの量で含むものである。このリチウム二次電池の定格容量は、約1600mAhである。 Specifically, the lithium secondary battery includes a ternary layered oxide represented by LiMnCoNiO 2 as a lithium metal composite oxide (positive electrode active material) and an amorphous carbon on the surface of natural graphite as a negative electrode active material. A carbon material coated with bismuth, a mixed solution in which ethylene carbonate (EC) and ethylmethyl carbonate (EMC) are mixed at a volume ratio of 1: 2 as a nonaqueous solvent, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt In an amount of 1.0 mol / L. The rated capacity of this lithium secondary battery is about 1600 mAh.

図2A、図2B及び図2Cにおける太実線は、非水電解液に添加剤を添加することなく作製した後、未充電の状態のリチウム二次電池における結果(No.1)である。また、細破線は、非水電解液に負極側の被膜形成剤であるビニレンカーボネートを1質量部となるように添加して作製した後、僅かに充電したリチウム二次電池における結果(No.2)である。また、細実線は、非水電解液にビニレンカーボネートを1質量部、トリイソプロポキシボロキシンを1質量部となるようにそれぞれ添加して作製した後、僅かに充電したリチウム二次電池における結果(No.3)である。また、太破線は、非水電解液にビニレンカーボネートを1質量部、トリイソプロポキシボロキシンを5質量部となるようにそれぞれ添加して作製した後、僅かに充電したリチウム二次電池における結果(No.4)である。   2A, FIG. 2B, and FIG. 2C are the results (No. 1) in the lithium secondary battery in an uncharged state after being manufactured without adding an additive to the non-aqueous electrolyte. Further, the thin broken line shows the result (No. 2) in the lithium secondary battery that was prepared by adding vinylene carbonate, which is a negative electrode-side film-forming agent, to 1 part by mass to the non-aqueous electrolyte, and then slightly charged. ). In addition, the thin solid line is a result of the lithium secondary battery slightly charged after being prepared by adding 1 part by weight of vinylene carbonate and 1 part by weight of triisopropoxyboroxine to the nonaqueous electrolytic solution ( No. 3). The thick broken line shows the result of a lithium secondary battery that was prepared by adding 1 part by weight of vinylene carbonate and 5 parts by weight of triisopropoxyboroxine to the non-aqueous electrolyte solution, and then charging it slightly ( No. 4).

いずれの試験についても、X線光電子分光測定におけるビーム幅は1mm角以下、入射X線は1200eVの軟X線として測定を行い、リチウム金属複合酸化物の表層(深さ30nmまでの領域)で散乱したX線の選択的な検出を行っている。各測定結果のバックグラウンドについては、Shirley法によって差し引き、結合エネルギの測定値については、炭素(C1s)の285eVを参照として補正している。なお、リチウム二次電池(No.2〜No.4)の充電は、充電電圧4.2Vで6mAhまでの定電圧充電とし、測定は、充電後にリチウム二次電池を解体し、回収した正極について行っている。   In any test, the X-ray photoelectron spectroscopy measurement is performed with a beam width of 1 mm square or less, and incident X-rays are measured as 1200 eV soft X-rays, which are scattered on the surface layer of lithium metal composite oxide (up to 30 nm depth) The X-ray is selectively detected. The background of each measurement result is subtracted by the Shirley method, and the measurement value of the binding energy is corrected with reference to 285 eV of carbon (C1s). The charging of the lithium secondary batteries (No. 2 to No. 4) is constant voltage charging up to 6 mAh at a charging voltage of 4.2 V, and the measurement is performed on the positive electrode that is disassembled after the charging and recovered. Is going.

図2Aに示すように、リチウム金属複合酸化物の表層のマンガンについては、未充電の状態のリチウム二次電池(No.1)において、結合エネルギが642eV付近の領域及び654eV付近の領域のそれぞれに、平均酸化数が4価のマンガンを示す強いシグナルが検出されている。また、ビニレンカーボネートを添加して作製したリチウム二次電池(No.2)において、同様のシグナルが検出されている。これに対して、トリイソプロポキシボロキシンを添加して作製したリチウム二次電池(No.3、No.4)においては、これらのシグナルが、結合エネルギが644eV付近の領域及び656eV付近の領域を超えてシフトしている。これは、マンガンが4価よりも高い平均酸化数に酸化、あるいはマンガンと電気陰性度の高いフッ素とが結合し、マンガン上の電荷密度が低下し、高いエネルギ側にシフトしたことを示している。   As shown in FIG. 2A, regarding the manganese of the surface layer of the lithium metal composite oxide, in the uncharged lithium secondary battery (No. 1), the binding energy is in each of the region near 642 eV and the region near 654 eV. A strong signal indicating that the average oxidation number is tetravalent manganese has been detected. Moreover, the same signal is detected in the lithium secondary battery (No. 2) produced by adding vinylene carbonate. On the other hand, in the lithium secondary batteries (No. 3 and No. 4) prepared by adding triisopropoxyboroxine, these signals have a binding energy in a region around 644 eV and a region around 656 eV. It has shifted beyond. This indicates that manganese was oxidized to an average oxidation number higher than tetravalent, or manganese and fluorine with high electronegativity were combined, and the charge density on manganese decreased and shifted to a higher energy side. .

一方、図2Bに示すように、リチウム金属複合酸化物の表層のコバルトについては、未充電の状態のリチウム二次電池(No.1)において、結合エネルギが780eV付近の領域及び796eV付近の領域のそれぞれに、平均酸化数が3価のコバルトを示す強いシグナルが検出されている。また、ビニレンカーボネートを添加して作製したリチウム二次電池(No.2)において、同様のシグナルが検出されている。これに対して、トリイソプロポキシボロキシンを添加して作製したリチウム二次電池(No.3、No.4)においては、これらのシグナルが、結合エネルギが784eV付近の領域及び797eV付近の領域を超えてシフトしている。マンガンの場合と同様に、コバルトが3価よりも高い平均酸化数に酸化、あるいはコバルトと電気陰性度の高いフッ素とが結合し、コバルト上の電荷密度が低下し、高いエネルギ側にシフトしたことを示している。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, for the cobalt of the surface layer of the lithium metal composite oxide, in the uncharged lithium secondary battery (No. 1), the binding energy is in the region near 780 eV and in the region near 796 eV. In each case, a strong signal indicating that the average oxidation number is trivalent cobalt is detected. Moreover, the same signal is detected in the lithium secondary battery (No. 2) produced by adding vinylene carbonate. On the other hand, in the lithium secondary batteries (No. 3 and No. 4) prepared by adding triisopropoxyboroxine, these signals have a binding energy in a region around 784 eV and a region around 797 eV. It has shifted beyond. As in the case of manganese, cobalt was oxidized to an average oxidation number higher than trivalent, or cobalt and fluorine with high electronegativity were combined to reduce the charge density on cobalt and shifted to a higher energy side. Is shown.

他方、図2Cに示すように、リチウム金属複合酸化物の表層のニッケルについては、未充電の状態のリチウム二次電池(No.1)において、結合エネルギが856eV付近の領域及び873eV付近の領域のそれぞれに、平均酸化数が2価のニッケルを示す強いシグナルが検出されている。また、ビニレンカーボネートを添加して作製したリチウム二次電池(No.2)において、同様のシグナルが検出されている。これに対して、トリイソプロポキシボロキシンを添加して作製したリチウム二次電池(No.3、No.4)においては、これらのシグナルが、結合エネルギが859eV付近の領域及び878eV付近の領域を超えてシフトしている。マンガンやコバルトの場合と同様に、ニッケルが2価よりも高い平均酸化数に酸化、あるいはニッケルと電気陰性度の高いフッ素とが結合し、ニッケル上の電荷密度が低下し、高いエネルギ側にシフトしたことを示している。   On the other hand, as shown in FIG. 2C, regarding the nickel of the surface layer of the lithium metal composite oxide, in the uncharged lithium secondary battery (No. 1), the binding energy is in the region near 856 eV and in the region near 873 eV. In each case, a strong signal indicating that the average oxidation number is divalent nickel is detected. Moreover, the same signal is detected in the lithium secondary battery (No. 2) produced by adding vinylene carbonate. On the other hand, in the lithium secondary battery (No. 3, No. 4) produced by adding triisopropoxyboroxine, these signals have a binding energy in the region near 859 eV and the region near 878 eV. It has shifted beyond. As in the case of manganese and cobalt, nickel is oxidized to an average oxidation number higher than divalent, or nickel and fluorine with high electronegativity are combined to reduce the charge density on nickel and shift to a higher energy side. It shows that.

これらの結果が示すように、リチウム二次電池の非水電解液に、ボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとを添加すると、リチウム金属複合酸化物の表層に存在する遷移金属の平均酸化数を高価数側にシフトさせることができることが分かる。この作用は、ボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応により生成するオキソフルオロリン化合物によるものであり、ビニレンカーボネート等の被膜形成剤では得られない作用となっている。また、シグナル強度からは、トリイソプロポキシボロキシンを添加して作製したリチウム二次電池(No.3、No.4)においては、リチウム金属複合酸化物の表面に堆積している非水溶媒分解物の厚さが、ビニレンカーボネートを添加して作製したリチウム二次電池(No.2)よりも小さくなっていることが認められる。   As these results show, when a boroxine compound and lithium hexafluorophosphate are added to the non-aqueous electrolyte of a lithium secondary battery, the average oxidation number of transition metals present on the surface layer of the lithium metal composite oxide is expensive. It can be seen that it can be shifted to the several side. This action is due to the oxofluorophosphorus compound produced by the reaction between the boroxine compound and lithium hexafluorophosphate, and cannot be obtained with a film-forming agent such as vinylene carbonate. In addition, from the signal intensity, in the lithium secondary batteries (No. 3 and No. 4) prepared by adding triisopropoxyboroxine, the nonaqueous solvent decomposition deposited on the surface of the lithium metal composite oxide It is recognized that the thickness of the product is smaller than that of the lithium secondary battery (No. 2) produced by adding vinylene carbonate.

図3は、リチウム金属複合酸化物の表面近傍の質量分析結果を示す図である。図3(a)は、非水電解液に添加剤を添加することなく作製したリチウム二次電池における結果、図3(b)は、非水電解液にビニレンカーボネートを添加して作製したリチウム二次電池における結果、図3(c)は、非水電解液にトリイソプロポキシボロキシンを添加して作製したリチウム二次電池における結果、図3(d)は、非水電解液にビニレンカーボネートとトリイソプロポキシボロキシンとの両方を添加して作製したリチウム二次電池における結果を示す。
図3(a)〜(d)においては、リチウム二次電池に含まれるリチウム金属複合酸化物について、ネガティブモードで飛行時間型二次イオン質量分析(Time of Flight Secondary Mass Spectrometry;TOF−SIMS)を行い、リチウム金属複合酸化物(正極活物質)の表面近傍に介在する原子団の組成を解析した結果を示している。図3(a)〜(d)における縦軸は、0.0009amuあたりのカウントである。また、リチウム二次電池は、前記のリチウム二次電池と同様に、支持塩として、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を含むものである。
FIG. 3 is a diagram showing a mass analysis result in the vicinity of the surface of the lithium metal composite oxide. FIG. 3A shows the result of a lithium secondary battery produced without adding an additive to the non-aqueous electrolyte, and FIG. 3B shows the lithium secondary battery produced by adding vinylene carbonate to the non-aqueous electrolyte. As a result of the secondary battery, FIG. 3C shows a result of the lithium secondary battery prepared by adding triisopropoxyboroxine to the nonaqueous electrolytic solution. FIG. 3D shows a result of vinylene carbonate and nonaqueous electrolytic solution. The result in the lithium secondary battery produced by adding both triisopropoxyboroxine is shown.
3 (a) to 3 (d), time-of-flight secondary mass spectrometry (TOF-SIMS) is performed in a negative mode for a lithium metal composite oxide contained in a lithium secondary battery. The result of having conducted and analyzed the composition of the atomic group interposed in the surface vicinity of lithium metal complex oxide (positive electrode active material) is shown. The vertical axis in FIGS. 3A to 3D is a count per 0.0009 amu. Moreover, the lithium secondary battery contains lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt, like the lithium secondary battery.

図3(a)に示すように、非水電解液に添加剤を添加することなく作製したリチウム二次電池の正極表面では、質量数約43付近の領域に、非水溶媒に由来するCOイオンの強いシグナルが検出されている。また、図3(b)に示すように、非水電解液にビニレンカーボネートを添加して作製したリチウム二次電池の正極表面では、同様にして、質量数約43付近の領域に、COイオンの強いシグナルが検出されている。 As shown in FIG. 3A, on the positive electrode surface of the lithium secondary battery produced without adding an additive to the non-aqueous electrolyte, C 2 derived from the non-aqueous solvent is present in a region around a mass number of about 43. A strong signal of H 3 O ions has been detected. Further, as shown in FIG. 3B, on the positive electrode surface of the lithium secondary battery prepared by adding vinylene carbonate to the non-aqueous electrolyte, in the same manner, in the region around the mass number of about 43, C 2 H A strong signal of 3 O ions has been detected.

これに対して、図3(c)に示すように、非水電解液にトリイソプロポキシボロキシンを添加して作製したリチウム二次電池の正極表面では、質量数約43付近の領域に、COイオンよりも強い強度でメタホウ酸(BO)イオンのシグナルが検出されている。また、図3(d)に示すように、非水電解液にビニレンカーボネートとトリイソプロポキシボロキシンとの両方を添加して作製したリチウム二次電池の正極表面では、同様にして、質量数約43付近の領域に、COイオンよりも強い強度でメタホウ酸(BO)イオンのシグナルが検出されている。 On the other hand, as shown in FIG. 3C, on the positive electrode surface of the lithium secondary battery prepared by adding triisopropoxyboroxine to the nonaqueous electrolytic solution, C region has a mass of about 43. A signal of metaboric acid (BO 2 ) ions is detected with a stronger intensity than 2 H 3 O ions. In addition, as shown in FIG. 3 (d), on the positive electrode surface of the lithium secondary battery prepared by adding both vinylene carbonate and triisopropoxyboroxine to the nonaqueous electrolytic solution, the mass number is about the same. A signal of metaboric acid (BO 2 ) ions is detected in a region near 43 with a stronger intensity than that of C 2 H 3 O ions.

これらの結果が示すように、リチウム二次電池の非水電解液に、ボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとを添加すると、ボロキシン化合物に由来する含ホウ素化合物による介在物が形成されることが分かる。このとき、リチウム金属複合酸化物の表面に堆積している非水溶媒分解物は、相対的に減少しており、電解液の分解が抑制されていることが認められる。   As these results show, inclusion of a boron-containing compound derived from the boroxine compound is formed when a boroxine compound and lithium hexafluorophosphate are added to the non-aqueous electrolyte of the lithium secondary battery. . At this time, the non-aqueous solvent decomposition product deposited on the surface of the lithium metal composite oxide is relatively reduced, and it is recognized that the decomposition of the electrolytic solution is suppressed.

一方、リチウム二次電池の非水電解液にオキソフルオロリン化合物とホウ素化合物とを添加する方法では、オキソフルオロリン化合物として、POF 、PO 、PO2−等のフルオロリン酸アニオンや、これらの塩や、POF、PO、POF等で表される原子団を有する有機リン化合物を各別に添加する。添加するオキソフルオロリン化合物としては、フルオロリン酸アニオンや、その塩が特に好適である。オキソフルオロリン化合物は、単一種を用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。 On the other hand, in the method of adding an oxofluorophosphorus compound and a boron compound to a non-aqueous electrolyte of a lithium secondary battery, the oxofluorophosphorus compound is a fluoro such as POF 2 , PO 2 F 2 , PO 3 F 2−. An organophosphorus compound having an atomic group represented by phosphate anion, salts thereof, POF 2 , PO 2 F 2 , PO 3 F, or the like is added separately. As the oxofluorophosphorus compound to be added, a fluorophosphate anion or a salt thereof is particularly suitable. A single kind of oxofluoroline compound may be used, or a plurality of kinds may be used in combination.

フルオロリン酸アニオンを用いる場合は、フルオロリン酸アニオンを非プロトン性の非水溶媒にあらかじめ溶解させておいて用いればよい。非水溶媒は、非水電解液について用いられる前記の非水溶媒の群から選択して用いることができる。フルオロリン酸アニオンは、特に、非水電解液について用いる種類と同種の非水溶媒に溶解させておくことが好ましい。   When using a fluorophosphate anion, the fluorophosphate anion may be dissolved in an aprotic non-aqueous solvent in advance. The non-aqueous solvent can be selected from the group of non-aqueous solvents used for the non-aqueous electrolyte. In particular, the fluorophosphate anion is preferably dissolved in the same non-aqueous solvent as that used for the non-aqueous electrolyte.

また、フルオロリン酸アニオンの塩を用いる場合は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、土類金属等の塩を用いることが好ましい。アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム等が挙げられる。また、アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等が挙げられる。また、土類金属としては、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム等が挙げられる。なお、フルオロリン酸アニオンの塩としては、電荷の消費、活物質への挿入等を伴う不要な電気化学的反応を避ける観点からは、鉄、コバルト、ニッケル等の遷移金属塩類は用いないことが好ましく、価数が大きい金属塩を用いることが好ましい。   Moreover, when using the salt of a fluorophosphate anion, it is preferable to use salts, such as an alkali metal, an alkaline-earth metal, and an earth metal. Examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, cesium and the like. Examples of the alkaline earth metal include magnesium, calcium, strontium, barium and the like. In addition, examples of the earth metal include aluminum, gallium, indium, and thallium. As the salt of the fluorophosphate anion, transition metal salts such as iron, cobalt, and nickel may not be used from the viewpoint of avoiding unnecessary electrochemical reaction involving charge consumption, insertion into the active material, and the like. It is preferable to use a metal salt having a large valence.

ホウ素化合物としては、リチウムビスオキサレートボレート、リチウムジフルオロオキサレートボレート等のホウ酸リチウム塩や、ホウ酸トリメチル等のホウ酸エステルや、一般式(III)で表されるボロキシン化合物等を添加すればよい。ホウ素化合物は、単一種を用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。   As boron compounds, lithium borate salts such as lithium bisoxalate borate and lithium difluorooxalate borate, boric acid esters such as trimethyl borate, boroxine compounds represented by the general formula (III), etc. may be added. Good. A single type of boron compound may be used, or a plurality of types may be used in combination.

他方、リチウム金属複合酸化物を正極の製造時にあらかじめオキソフルオロリン化合物によって処理しておく方法では、調製したリチウム金属複合酸化物の粒子をオキソフルオロリン化合物で処理し、その粒子を含む正極合材を使用してリチウム二次電池用正極の製造を行う。このリチウム二次電池用正極の製造方法は、表層処理工程と、洗浄工程と、電極形成工程とを含む方法である。   On the other hand, in the method in which the lithium metal composite oxide is previously treated with the oxofluorophosphorus compound at the time of manufacturing the positive electrode, the prepared lithium metal composite oxide particles are treated with the oxofluorophosphorus compound, and the positive electrode mixture containing the particles Is used to manufacture a positive electrode for a lithium secondary battery. This manufacturing method of a positive electrode for a lithium secondary battery is a method including a surface layer treatment step, a cleaning step, and an electrode formation step.

表層処理工程では、Liと、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも一種の遷移金属とを含有するリチウム金属複合酸化物(複合酸化物)の粒子と、オキソフルオロリン化合物と、溶媒とを混合して、リチウム金属複合酸化物(複合酸化物)の表層に存在する遷移金属を高酸化状態にする。   In the surface layer treatment step, particles of lithium metal composite oxide (composite oxide) containing Li and at least one transition metal selected from the group consisting of Mn, Co, and Ni, an oxofluorophosphorus compound, and a solvent And the transition metal present in the surface layer of the lithium metal composite oxide (composite oxide) is brought into a highly oxidized state.

リチウム金属複合酸化物の粒子は、一般的な正極活物質の合成方法にしたがって調製することが可能である。例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、酢酸リチウム、硝酸リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム等のLiを含む化合物と、遷移金属を含む炭酸塩、水酸化物、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酸化物等とを所定の組成比となるように混合し、固相法、共沈法、ゾルゲル法、水熱法等を利用してリチウム金属複合酸化物を合成する。そして、合成生成物を適宜解砕してリチウム金属複合酸化物の粒子とする。   The lithium metal composite oxide particles can be prepared according to a general method for synthesizing a positive electrode active material. For example, compounds containing Li, such as lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium acetate, lithium nitrate, lithium chloride, lithium sulfate, and carbonates, hydroxides, acetates, nitrates, sulfates, oxides, etc. containing transition metals And a lithium metal composite oxide are synthesized using a solid phase method, a coprecipitation method, a sol-gel method, a hydrothermal method, or the like. Then, the synthesized product is appropriately crushed to form lithium metal composite oxide particles.

リチウム金属複合酸化物の粒子の処理に用いるオキソフルオロリン化合物としては、前記のPOF 、PO 、PO2−等のフルオロリン酸アニオンや、これらの塩や、POF、PO、POF等で表される原子団を有する有機リン化合物を用いてもよい。フルオロリン酸アニオンや、その塩等を用いる場合は、ボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応によってヘキサフルオロリン酸リチウムが消費されることが無いため、支持塩の濃度を別途調整する必要は無くなるという利点がある。フルオロリン酸アニオンや、その塩等としては、電池反応に影響を与えない観点から、モノフルオロリン酸リチウム又はジフルオロリン酸リチウムが好ましい。 Examples of the oxofluorophosphorus compound used for the treatment of lithium metal composite oxide particles include the fluorophosphate anions such as POF 2 , PO 2 F 2 , PO 3 F 2− , salts thereof, and POF 2. An organic phosphorus compound having an atomic group represented by PO 2 F 2 , PO 3 F, or the like may be used. When using a fluorophosphate anion, salt thereof, etc., the lithium hexafluorophosphate is not consumed by the reaction between the boroxine compound and lithium hexafluorophosphate. There is an advantage that it is lost. As the fluorophosphate anion and its salt, lithium monofluorophosphate or lithium difluorophosphate is preferable from the viewpoint of not affecting the battery reaction.

リチウム金属複合酸化物の粒子の処理に用いるオキソフルオロリン化合物としては、或いは、前記の一般式(III)で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応生成物を用いてもよい。ボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応生成物を用いる場合は、リチウム金属複合酸化物の表面に、フッ化ボロキシン化合物に由来する含ホウ素化合物を生じさせることができるため、リチウム二次電池の製造後に行うホウ素化合物の添加を省略することが可能である。ボロキシン化合物としては、安定性と溶解性とが比較的良好なトリイソプロポキシボロキシンが好ましい。   As an oxofluorophosphorus compound used for the treatment of lithium metal composite oxide particles, a reaction product of a boroxine compound represented by the above general formula (III) and lithium hexafluorophosphate may be used. When a reaction product of a boroxine compound and lithium hexafluorophosphate is used, a boron-containing compound derived from a fluorinated boroxine compound can be generated on the surface of the lithium metal composite oxide. It is possible to omit the addition of a boron compound performed after the production. As the boroxine compound, triisopropoxyboroxine having relatively good stability and solubility is preferable.

オキソフルオロリン化合物のリチウム金属複合酸化物に対する混合量は、4質量部以下とすることが好ましく、3質量部以下とすることがより好ましい。オキソフルオロリン化合物の混合量が4質量部以下であれば、リチウム二次電池において、保存に伴う放電容量の経時的な低下を良好に低減させることができる。一方、オキソフルオロリン化合物の混合量は、0.1質量部以上とすることが好ましく、0.25質量部以上とすることがより好ましく、1質量部以上とすることがさらに好ましい。リチウム金属複合酸化物の表層を改質するためのオキソフルオロリン化合物の混合量は、リチウム金属複合酸化物の量や比表面積を勘案して粒子表面に対する過剰量にすればよいが、通常、0.1質量部以上であれば有意な改質効果が得られる。   The mixing amount of the oxofluorophosphorus compound with respect to the lithium metal composite oxide is preferably 4 parts by mass or less, and more preferably 3 parts by mass or less. When the mixing amount of the oxofluorophosphorus compound is 4 parts by mass or less, in the lithium secondary battery, a decrease in discharge capacity with time due to storage can be satisfactorily reduced. On the other hand, the mixing amount of the oxofluoroline compound is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.25 parts by mass or more, and further preferably 1 part by mass or more. The mixing amount of the oxofluorophosphorus compound for modifying the surface layer of the lithium metal composite oxide may be excessive with respect to the particle surface in consideration of the amount of lithium metal composite oxide and the specific surface area. If it is 1 part by mass or more, a significant modification effect can be obtained.

リチウム金属複合酸化物の粒子とオキソフルオロリン化合物との混合を行う溶媒は、プロトン性の非水溶媒及び非プロトン性の非水溶媒のいずれであってもよい。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の適宜の非水溶媒を用いることができる。また、混合手段としては、例えば、プラネタリーミキサ、ディスパーミキサ、自転・公転ミキサ等の適宜の混合機を用いることができる。   The solvent for mixing the lithium metal composite oxide particles and the oxofluorophosphorus compound may be either a protic non-aqueous solvent or an aprotic non-aqueous solvent. For example, an appropriate nonaqueous solvent such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide or the like is used. be able to. As the mixing means, for example, an appropriate mixer such as a planetary mixer, a disper mixer, a rotation / revolution mixer, or the like can be used.

洗浄工程は、オキソフルオロリン化合物と反応させたリチウム金属複合酸化物(複合酸化物)の粒子を洗浄すると共に乾燥させる工程である。例えば、リチウム金属複合酸化物とオキソフルオロリン化合物との混合に使用した溶媒と同種の溶媒によってリチウム金属複合酸化物の粒子を洗浄し、未反応物等を除去する。その後、乾燥させて溶媒を除去して、表層が改質されたリチウム金属複合酸化物を得る。   The washing step is a step of washing and drying the lithium metal composite oxide (composite oxide) particles reacted with the oxofluorophosphorus compound. For example, the particles of the lithium metal composite oxide are washed with a solvent of the same type as the solvent used for mixing the lithium metal composite oxide and the oxofluorophosphorus compound, and unreacted substances and the like are removed. Thereafter, the solvent is removed by drying to obtain a lithium metal composite oxide having a modified surface layer.

電極形成工程は、オキソフルオロリン化合物と反応させたリチウム金属複合酸化物(複合酸化物)の粒子を含有する正極合材を正極集電体に塗工した後、成形する工程である。正極合材は、例えば、リチウム金属複合酸化物の粒子と、結着剤と、導電剤と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の適宜の溶媒とを混合することによって調製することができる。また、正極合材を塗布する方法としては、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等を用いることができる。正極合材を正極集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥させた後に、所定の電極密度に圧縮成形する等して正極が製造される。   The electrode forming step is a step in which a positive electrode mixture containing particles of a lithium metal composite oxide (composite oxide) reacted with an oxofluorophosphorus compound is applied to the positive electrode current collector and then molded. The positive electrode mixture can be prepared, for example, by mixing lithium metal composite oxide particles, a binder, a conductive agent, and an appropriate solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). it can. Moreover, as a method for applying the positive electrode mixture, for example, a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like can be used. A positive electrode mixture is applied to one or both sides of a positive electrode current collector, dried, and then compression molded to a predetermined electrode density to produce a positive electrode.

結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル系ポリマ等やこれらの共重合体等の適宜の材料を用いることができる。また、導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック等の炭素粒子や、炭素繊維等を用いることができる。導電剤の混合比は、正極活物質に対して5質量%以上20質量%以下とすることが好ましい。   As the binder, for example, an appropriate material such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, polypropylene, polyethylene, acrylic polymer, or a copolymer thereof can be used. . As the conductive agent, for example, carbon particles such as graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, and channel black, carbon fibers, and the like can be used. The mixing ratio of the conductive agent is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the positive electrode active material.

正極集電体としては、アルミニウム、ステンレス鋼等を材質とする金属箔、金属板、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を用いることができる。正極集電体の厚さは、15μm以上25μm以下とすることが好ましい。金属箔は、圧延法及び電解法のいずれで作製されたものであってもよい。また、正極集電体の表面は、耐酸化性を向上させるための表面処理がなされていてもよい。   As the positive electrode current collector, a metal foil, a metal plate, an expanded metal, a punching metal, or the like made of aluminum, stainless steel, or the like can be used. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 15 μm or more and 25 μm or less. The metal foil may be produced by either a rolling method or an electrolytic method. In addition, the surface of the positive electrode current collector may be subjected to a surface treatment for improving oxidation resistance.

圧縮成形によって形成する正極合材層の厚さは、リチウム金属複合酸化物の種類や粒径、電池に要求される性能等にもよるが、50μm以上250μm以下とすることが好ましい。また、正極合材層の密度は、使用する材料の種類や電池に要求される性能に応じて調整すればよい。一般的に、リチウム金属複合酸化物は、一次粒子同士が凝集した二次粒子を形成した状態で正極合材層に存在しているが、二次粒子の粒径は、一次粒子の粒径に依存する傾向がある。そのため、一次粒子の粒径や粒子形状を適化することによって、電極密度を向上させることが可能である。   The thickness of the positive electrode mixture layer formed by compression molding is preferably 50 μm or more and 250 μm or less, although it depends on the type and particle size of the lithium metal composite oxide, the performance required for the battery, and the like. Moreover, what is necessary is just to adjust the density of a positive mix layer according to the kind of material to be used, and the performance requested | required of a battery. In general, the lithium metal composite oxide is present in the positive electrode mixture layer in a state where secondary particles in which primary particles are aggregated are formed, but the particle size of the secondary particles is equal to the particle size of the primary particles. There is a tendency to depend. Therefore, the electrode density can be improved by optimizing the particle size and particle shape of the primary particles.

セパレータ11は、正極10と負極12とが直接接触して短絡が生じるのを防止するために設けられる。セパレータ11としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂等の微多孔質フィルムや、このような微多孔質フィルムの表面にアルミナ粒子等の耐熱性物質を被覆したフィルム等を用いることができる。   The separator 11 is provided to prevent the positive electrode 10 and the negative electrode 12 from being in direct contact with each other and causing a short circuit. As the separator 11, a microporous film such as polyethylene, polypropylene, and aramid resin, a film in which the surface of such a microporous film is coated with a heat resistant material such as alumina particles, and the like can be used.

負極12は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な一般的なリチウムイオン二次電池用負極によって形成することができる。負極12は、例えば、負極活物質と、結着剤と、負極集電体とを備える構成とされる。負極を構成する負極活物質は、例えば、炭素材料、金属材料、複合化合物材料等のいずれであってもよい。負極活物質は、これらの材料のうちの一種によって形成してもよいし、二種以上を併用して形成してもよい。   The negative electrode 12 can be formed of a general negative electrode for a lithium ion secondary battery capable of inserting and extracting lithium ions. For example, the negative electrode 12 includes a negative electrode active material, a binder, and a negative electrode current collector. The negative electrode active material constituting the negative electrode may be any of a carbon material, a metal material, a composite compound material, and the like, for example. The negative electrode active material may be formed of one of these materials, or two or more of them may be used in combination.

負極を構成する炭素材料としては、例えば、天然黒鉛や、石油、石炭若しくは木炭に由来するコークス又はピッチを2500℃以上程度で高温処理することによって得られる人造結晶質炭素材料や、このようなコークス又はピッチを低温処理することによって得られるメソフェーズカーボンや、ハードカーボン、活性炭等の非晶質炭素材料等が挙げられる。また、炭素材料は、結晶質炭素の表面に非晶質炭素を被覆した材料や、結晶質炭素の表面の結晶性を機械的処理によって低下させた材料や、結晶質炭素の表面に有機高分子、ホウ素、ケイ素等を担持させた材料や、炭素繊維等であってもよい。   Examples of the carbon material constituting the negative electrode include natural graphite, coke derived from petroleum, coal or charcoal, or artificial crystalline carbon material obtained by high-temperature treatment of pitch at about 2500 ° C. or higher, and such coke. Alternatively, mesophase carbon obtained by low-temperature treatment of pitch, amorphous carbon material such as hard carbon, activated carbon, and the like can be given. Carbon materials include materials in which amorphous carbon is coated on the surface of crystalline carbon, materials in which the crystallinity of the surface of crystalline carbon is reduced by mechanical treatment, and organic polymers on the surface of crystalline carbon. Further, a material carrying boron, silicon or the like, carbon fiber, or the like may be used.

負極を構成する金属材料としては、例えば、金属リチウムや、リチウムとアルミニウム、スズ、ケイ素、インジウム、ガリウム、マグネシウム等との合金等が挙げられる。金属材料は、炭素材料の表面にリチウム、アルミニウム、スズ、ケイ素、インジウム、ガリウム、マグネシウム等の金属やこれらの合金を担持させた材料であってもよい。また、負極を構成する複合化合物材料としては、例えば、リチウムと鉄、亜鉛、銅、ニッケル、コバルト、マンガン、チタン、ケイ素等との複合酸化物や、これらとの窒化物等が挙げられる。   Examples of the metal material constituting the negative electrode include metallic lithium and alloys of lithium and aluminum, tin, silicon, indium, gallium, magnesium, and the like. The metal material may be a material in which a metal such as lithium, aluminum, tin, silicon, indium, gallium, and magnesium or an alloy thereof is supported on the surface of the carbon material. In addition, examples of the composite compound material constituting the negative electrode include composite oxides of lithium and iron, zinc, copper, nickel, cobalt, manganese, titanium, silicon, and nitrides thereof.

負極12は、例えば、負極活物質を適宜の溶媒と共に結着剤と混合して負極合材とし、この負極合材を負極集電体に塗布した後、乾燥、圧縮成形することによって得ることができる。負極合材を塗布する方法としては、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等を用いることができる。   The negative electrode 12 can be obtained, for example, by mixing a negative electrode active material together with a binder with a binder to form a negative electrode mixture, applying the negative electrode mixture to a negative electrode current collector, and then drying and compression molding. it can. As a method for applying the negative electrode mixture, for example, a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like can be used.

圧縮成形によって形成する負極合材層の厚さは、負極活物質の種類や粒径、電池に要求される性能等にもよるが、50μm以上200μm以下とすることが好ましい。また、負極合材層の密度は、使用する材料の種類や電池に要求される性能に応じて調整すればよい。例えば、一般的な黒鉛電極を形成する場合には、1.3g/cc以上1.8g/cc以下とすることが好ましい。一方、結晶性が低い炭素材料によって電極を形成する場合には、1.0g/cc以上1.3g/cc以下とすることが好ましい。   The thickness of the negative electrode mixture layer formed by compression molding is preferably 50 μm or more and 200 μm or less, although it depends on the type and particle size of the negative electrode active material, the performance required for the battery, and the like. Moreover, what is necessary is just to adjust the density of a negative electrode compound-material layer according to the kind of material to be used, and the performance requested | required of a battery. For example, when a general graphite electrode is formed, it is preferably 1.3 g / cc or more and 1.8 g / cc or less. On the other hand, when the electrode is formed of a carbon material having low crystallinity, it is preferably 1.0 g / cc or more and 1.3 g / cc or less.

結着剤としては、カルボキシメチルセルロース、スチレン−ブタジエン共重合体等の水系の結着剤や、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の有機系の結着剤等の適宜の材料を用いることができる。水系の結着剤の量は、負極合材の固形分あたり0.8質量%以上1.5質量%以下とすることが好ましい。一方、有機系の結着剤の量は、負極合材の固形分あたり3質量%以上6質量%以下とすることが好ましい。   As the binder, an appropriate material such as an aqueous binder such as carboxymethyl cellulose and a styrene-butadiene copolymer, or an organic binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used. The amount of the aqueous binder is preferably 0.8% by mass or more and 1.5% by mass or less per solid content of the negative electrode mixture. On the other hand, the amount of the organic binder is preferably 3% by mass or more and 6% by mass or less per solid content of the negative electrode mixture.

負極集電体としては、銅、銅を主成分とする銅合金等を材質とする金属箔、金属板、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を用いることができる。負極集電体の厚さは、7μm以上20μm以下とすることが好ましい。金属箔は、圧延法及び電解法のいずれで作製されたものであってもよい。また、負極集電体の表面は、耐酸化性を向上させるための表面処理がなされていてもよい。   As the negative electrode current collector, a metal foil, a metal plate, an expanded metal, a punching metal, or the like made of copper, a copper alloy containing copper as a main component, or the like can be used. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 7 μm or more and 20 μm or less. The metal foil may be produced by either a rolling method or an electrolytic method. Further, the surface of the negative electrode current collector may be subjected to a surface treatment for improving oxidation resistance.

以上のリチウム二次電池1によると、リチウム金属複合酸化物の表層に存在する遷移金属が高酸化状態とされるため、正極活物質(リチウム金属複合酸化物)の溶出や、正極と非水電解液との界面において生じる非水溶媒の酸化分解の発生が低減される。また、正極活物質(リチウム金属複合酸化物)の表面に含ホウ素化合物が介在するようになるため、正極と非水電解液との接触が防止され、非水溶媒の酸化分解の発生が一層良好に低減されるようになる。加えて、介在する含ホウ素化合物は、金属酸化物等と比較してリチウムイオンの伝導を大きく阻害することが無く、非水溶媒の分解物等のように充放電に伴って過剰に堆積し続けることも少ない。したがって、リチウム二次電池について内部抵抗を抑えつつも、高充電深度の状態や高温化した状態や高温環境において保存に伴う放電容量の経時的な低下を低減することが可能となる。   According to the lithium secondary battery 1 described above, since the transition metal present in the surface layer of the lithium metal composite oxide is in a highly oxidized state, the elution of the positive electrode active material (lithium metal composite oxide) and the positive electrode and non-aqueous electrolysis are performed. Occurrence of oxidative decomposition of the nonaqueous solvent occurring at the interface with the liquid is reduced. In addition, since a boron-containing compound is present on the surface of the positive electrode active material (lithium metal composite oxide), contact between the positive electrode and the non-aqueous electrolyte is prevented, and the occurrence of oxidative decomposition of the non-aqueous solvent is even better. To be reduced. In addition, the intervening boron-containing compound does not significantly inhibit the conduction of lithium ions compared to metal oxides and the like, and continues to accumulate excessively with charge and discharge, such as decomposition products of nonaqueous solvents. There are few things. Therefore, it is possible to reduce a decrease in discharge capacity over time associated with storage in a high charge depth state, a high temperature state, or a high temperature environment while suppressing internal resistance of the lithium secondary battery.

以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated concretely, the technical scope of this invention is not limited to this.

本発明の実施例として、オキソフルオロリン化合物により処理したリチウム金属複合酸化物を正極活物質として含むリチウム二次電池を作製し、リチウム二次電池の高温保存特性について評価を行った。   As an example of the present invention, a lithium secondary battery including a lithium metal composite oxide treated with an oxofluorophosphorus compound as a positive electrode active material was produced, and the high-temperature storage characteristics of the lithium secondary battery were evaluated.

リチウム二次電池の正極は、正極活物質として、LiMn0.33Co0.33Ni0.33で表されるリチウム金属複合酸化物(層状酸化物)を使用して作製した。使用した正極活物質の平均粒径は10μm、比表面積は0.8m/gである。導電剤としては、塊状黒鉛とアセチレンブラックとを9:2の質量比で混合した混合物を使用した。また、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を使用した。PVDFは、5質量%の濃度となるようにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)にあらかじめ溶解させて用いた。正極集電体としては、厚さ20μmのアルミニウム箔を使用した。 The positive electrode of the lithium secondary battery was produced using a lithium metal composite oxide (layered oxide) represented by LiMn 0.33 Co 0.33 Ni 0.33 O 2 as a positive electrode active material. The positive electrode active material used has an average particle diameter of 10 μm and a specific surface area of 0.8 m 2 / g. As the conductive agent, a mixture in which massive graphite and acetylene black were mixed at a mass ratio of 9: 2 was used. As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF) was used. PVDF was used by dissolving in advance in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to a concentration of 5% by mass. As the positive electrode current collector, an aluminum foil having a thickness of 20 μm was used.

正極は、次の手順にしたがって作製した。はじめに、合成したリチウム金属複合酸化物の粒子と、オキソフルオロリン化合物と、溶媒とを混合して、リチウム金属複合酸化物の表層を高酸化状態にした。溶媒としては、メタノールを使用した。また、オキソフルオロリン化合物としては、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO)を使用した。リチウム金属複合酸化物とオキソフルオロリン化合物とは、一昼夜攪拌し続けることによって反応させた。そして、反応後の溶液を濾過し、回収したリチウム金属複合酸化物をメタノールを用いて洗浄した後、乾燥させて正極活物質とした。 The positive electrode was produced according to the following procedure. First, the synthesized lithium metal composite oxide particles, an oxofluorophosphorus compound, and a solvent were mixed to bring the surface layer of the lithium metal composite oxide into a highly oxidized state. Methanol was used as the solvent. As the oxofluorophosphorus compound, lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ) was used. The lithium metal composite oxide and the oxofluorophosphorus compound were reacted by continuing to stir all day and night. Then, the solution after the reaction was filtered, and the recovered lithium metal composite oxide was washed with methanol and then dried to obtain a positive electrode active material.

続いて、正極活物質と導電剤とPVDFとを85:10:5の質量比で混合して、スラリー状の正極合材を得た。次いで、得られた正極合材を正極集電体に均一に塗布して80℃で乾燥した。なお、正極集電体には、同様の手順で両面に正極合材を塗工した。そして、正極集電体の両面に塗工された正極合材をロールプレス機によって圧縮成形し、正極合材の塗布幅が5.4cm、塗布長さが50cmとなるように断裁した。その後、断裁された正極集電体にアルミニウム箔の正極集電タブを溶接してリチウム二次電池用正極とした。   Subsequently, a positive electrode active material, a conductive agent, and PVDF were mixed at a mass ratio of 85: 10: 5 to obtain a slurry-like positive electrode mixture. Next, the obtained positive electrode mixture was uniformly applied to the positive electrode current collector and dried at 80 ° C. The positive electrode current collector was coated with a positive electrode mixture on both sides in the same procedure. Then, the positive electrode mixture coated on both surfaces of the positive electrode current collector was compression-molded by a roll press and cut so that the application width of the positive electrode mixture was 5.4 cm and the application length was 50 cm. Thereafter, a positive electrode current collector tab made of aluminum foil was welded to the cut positive electrode current collector to obtain a positive electrode for a lithium secondary battery.

リチウム二次電池の負極は、負極活物質として、天然黒鉛を使用して作製した。使用した天然黒鉛の平均粒径は20μm、比表面積は5.0m/g、面間隔は0.368nmである。結着剤としては、カルボキシメチルセルロースと、スチレン−ブタジエン共重合体とを使用した。カルボキシメチルセルロースとスチレン−ブタジエン共重合体は、あらかじめ水に分散させて用いた。負極集電体としては、厚さ10μmの圧延銅箔を使用した。 The negative electrode of the lithium secondary battery was produced using natural graphite as the negative electrode active material. The natural graphite used had an average particle size of 20 μm, a specific surface area of 5.0 m 2 / g, and a surface spacing of 0.368 nm. As the binder, carboxymethyl cellulose and a styrene-butadiene copolymer were used. The carboxymethyl cellulose and styrene-butadiene copolymer were used by being dispersed in water in advance. As the negative electrode current collector, a rolled copper foil having a thickness of 10 μm was used.

負極は、次の手順にしたがって作製した。はじめに、負極活物質とカルボキシメチルセルロースとスチレン−ブタジエン共重合体とを98:1:1の質量比で混合して、スラリー状の負極合材を得た。次いで、得られた負極合材を負極集電体に均一に塗布して乾燥した。なお、負極集電体には、同様の手順で両面に負極合材を塗工した。そして、負極集電体の両面に塗工された負極合材をロールプレス機によって圧縮成形し、負極合材の塗布幅が5.6cm、塗布長さが54cmとなるように断裁した。その後、断裁された負極集電体に銅箔の負極集電タブを溶接してリチウム二次電池用負極とした。   The negative electrode was produced according to the following procedure. First, a negative electrode active material, carboxymethyl cellulose, and a styrene-butadiene copolymer were mixed at a mass ratio of 98: 1: 1 to obtain a slurry-like negative electrode mixture. Next, the obtained negative electrode mixture was uniformly applied to a negative electrode current collector and dried. The negative electrode current collector was coated with a negative electrode mixture on both sides in the same procedure. Then, the negative electrode mixture coated on both surfaces of the negative electrode current collector was compression-molded by a roll press, and cut so that the application width of the negative electrode mixture was 5.6 cm and the application length was 54 cm. Thereafter, a negative electrode current collector tab of copper foil was welded to the cut negative electrode current collector to obtain a negative electrode for a lithium secondary battery.

リチウム二次電池は、図1に示す円筒型の形態とした。具体的には、作製した正極と負極とをポリエチレン製のセパレータを挟んで重ねて螺旋状に捲回し、径18mm、長さ650mmの円筒型の電池缶に収納した後、電池缶の内部に非水電解液を注入し、電池蓋をかしめることによって作製した。なお、リチウム二次電池としては、オキソフルオロリン化合物の混合量と、非水電解液の組成とが異なる複数の供試電池(供試電池1〜14)をそれぞれ作製した。   The lithium secondary battery was in the form of a cylinder shown in FIG. Specifically, the produced positive electrode and negative electrode are overlapped with a polyethylene separator interposed between them and wound in a spiral shape, and stored in a cylindrical battery can having a diameter of 18 mm and a length of 650 mm. It was prepared by pouring a water electrolyte and caulking the battery lid. In addition, as the lithium secondary battery, a plurality of test batteries (test batteries 1 to 14) in which the mixed amount of the oxofluorophosphorus compound and the composition of the non-aqueous electrolyte were different were prepared.

非水電解液は、非水溶媒及び支持塩に対して、複数の供試電池(供試電池1〜14)毎に、異なる量のオキソフルオロリン化合物を添加して作製した。非水溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを1:2の体積比で混合した混合液を使用した。また、支持塩としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.0mol/Lの量で使用した。各非水電解液には、添加剤として、ホウ酸トリメチル、或いはビニレンカーボネートを次に示す組み合わせで添加した。 The non-aqueous electrolyte was prepared by adding different amounts of oxofluorophosphorus compound to each of the plurality of test batteries (test batteries 1 to 14) with respect to the non-aqueous solvent and the supporting salt. As the non-aqueous solvent, a mixed solution in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 2 was used. As the supporting salt, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was used in an amount of 1.0 mol / L. To each non-aqueous electrolyte, trimethyl borate or vinylene carbonate was added as an additive in the following combinations.

[供試電池1]
供試電池1としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して1質量部とし、非水電解液に添加剤を添加していないリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 1]
As the test battery 1, a lithium secondary battery in which the mixed amount of the oxofluorophosphorus compound was 1 part by mass with respect to the lithium metal composite oxide and no additive was added to the nonaqueous electrolytic solution was produced.

[供試電池2]
供試電池2としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して3質量部とし、非水電解液に添加剤を添加していないリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 2]
As the test battery 2, a lithium secondary battery in which the mixed amount of the oxofluorophosphorus compound was 3 parts by mass with respect to the lithium metal composite oxide and no additive was added to the nonaqueous electrolytic solution was produced.

[供試電池3]
供試電池3としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して0.5質量部とし、非水電解液に添加剤を添加していないリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 3]
As the test battery 3, a lithium secondary battery in which the mixed amount of the oxofluorophosphorus compound was 0.5 parts by mass with respect to the lithium metal composite oxide and no additive was added to the nonaqueous electrolytic solution was produced.

[供試電池4]
供試電池4としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して0.25質量部とし、非水電解液に添加剤を添加していないリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 4]
As the test battery 4, a lithium secondary battery in which the amount of oxofluorophosphorus compound mixed was 0.25 parts by mass with respect to the lithium metal composite oxide and no additive was added to the non-aqueous electrolyte was produced.

[供試電池5]
供試電池5としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して1質量部とし、非水電解液にビニレンカーボネートを1質量部の量で添加したリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 5]
As the test battery 5, a lithium secondary battery in which the mixed amount of the oxofluorophosphorus compound is 1 part by mass with respect to the lithium metal composite oxide and vinylene carbonate is added to the non-aqueous electrolyte in an amount of 1 part by mass is produced. did.

[供試電池6]
供試電池6としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して1質量部とし、非水電解液にビニレンカーボネートを2質量部の量で添加したリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 6]
As the test battery 6, a lithium secondary battery in which the mixed amount of the oxofluorophosphorus compound is 1 part by mass with respect to the lithium metal composite oxide and vinylene carbonate is added in an amount of 2 parts by mass to the non-aqueous electrolyte is produced. did.

[供試電池7]
供試電池7としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して1質量部とし、非水電解液にホウ酸エステルを1質量部の量で添加したリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 7]
As the test battery 7, a lithium secondary battery in which the mixed amount of the oxofluorophosphorus compound is 1 part by mass with respect to the lithium metal composite oxide and the boric acid ester is added in an amount of 1 part by mass to the nonaqueous electrolyte Produced.

[供試電池8]
供試電池8としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して1質量部とし、非水電解液にホウ酸エステルを2質量部の量で添加したリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 8]
As the test battery 8, a lithium secondary battery in which the mixed amount of the oxofluorophosphorus compound is 1 part by mass with respect to the lithium metal composite oxide and the boric acid ester is added in an amount of 2 parts by mass to the non-aqueous electrolyte. Produced.

[供試電池9]
供試電池9としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して1質量部とし、非水電解液にホウ酸エステルを1質量部の量、ビニレンカーボネートを1質量部の量でそれぞれ添加したリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 9]
As the test battery 9, the mixing amount of the oxofluorophosphorus compound is 1 part by mass with respect to the lithium metal composite oxide, the boric acid ester is 1 part by mass in the non-aqueous electrolyte, and the vinylene carbonate is 1 part by mass. Lithium secondary batteries added in respective amounts were prepared.

[供試電池10]
供試電池10としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して1質量部とし、非水電解液にホウ酸エステルを1質量部の量、ビニレンカーボネートを2質量部の量でそれぞれ添加したリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 10]
In the test battery 10, the mixing amount of the oxofluorophosphorus compound is 1 part by mass with respect to the lithium metal composite oxide, the non-aqueous electrolyte is 1 part by mass of boric acid ester, and 2 parts by mass of vinylene carbonate. Lithium secondary batteries added in respective amounts were prepared.

[供試電池11]
供試電池11としては、オキソフルオロリン化合物によって処理されていないリチウム金属複合酸化物を用いて、非水電解液に添加剤を添加していないリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 11]
As the test battery 11, a lithium secondary battery in which no additive was added to the non-aqueous electrolyte was produced using a lithium metal composite oxide that was not treated with an oxofluorophosphorus compound.

[供試電池12]
供試電池12としては、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して5質量部とし、非水電解液に添加剤を添加していないリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 12]
As the test battery 12, a lithium secondary battery in which the mixed amount of the oxofluorophosphorus compound was 5 parts by mass with respect to the lithium metal composite oxide and no additive was added to the nonaqueous electrolytic solution was produced.

[供試電池13]
供試電池13としては、オキソフルオロリン化合物によって処理されていないリチウム金属複合酸化物を用いて、非水電解液にビニレンカーボネートを1質量部の量で添加したリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 13]
As the test battery 13, a lithium secondary battery in which vinylene carbonate was added in an amount of 1 part by mass to a non-aqueous electrolyte using a lithium metal composite oxide not treated with an oxofluorophosphorus compound was produced.

[供試電池14]
供試電池14としては、オキソフルオロリン化合物によって処理されていないリチウム金属複合酸化物を用いて、非水電解液にホウ酸エステルを1質量部の量で添加したリチウム二次電池を作製した。
[Test battery 14]
As the test battery 14, a lithium secondary battery in which a boric acid ester was added in an amount of 1 part by mass to a non-aqueous electrolyte using a lithium metal composite oxide that was not treated with an oxofluorophosphorus compound was produced.

次に、作製した各リチウム二次電池について、高温保存特性の評価を行った。高温保存特性は、次の手順にしたがって高温保存前の初期放電容量と高温保存後の放電容量とをそれぞれ計測し、初期放電容量に対する保存後の放電容量の分率(容量維持率)を算出することにより評価した。   Next, the high-temperature storage characteristics of each manufactured lithium secondary battery were evaluated. For high-temperature storage characteristics, measure the initial discharge capacity before high-temperature storage and the discharge capacity after high-temperature storage according to the following procedure, and calculate the ratio of the discharge capacity after storage to the initial discharge capacity (capacity maintenance ratio). It was evaluated by.

詳細には、はじめに、リチウム二次電池を、25℃に保温した恒温槽内で、充電電流1500mA、充電電圧4.2Vで、5時間にわたって定電流低電圧充電した。次いで、放電電流1500mAで、終止電圧3.0Vまで定電流放電した。そして、この充放電条件と同様の条件で、合計3サイクルの充放電を繰り返した。このとき、3回目のサイクルにおいて計測された放電電流1500mAにおける放電容量を初期放電容量とした。   Specifically, first, the lithium secondary battery was charged at a constant current and low voltage for 5 hours at a charging current of 1500 mA and a charging voltage of 4.2 V in a thermostatic chamber kept at 25 ° C. Next, a constant current was discharged to a final voltage of 3.0 V at a discharge current of 1500 mA. And charging / discharging of a total of 3 cycles was repeated on the conditions similar to this charging / discharging conditions. At this time, the discharge capacity at a discharge current of 1500 mA measured in the third cycle was defined as the initial discharge capacity.

続いて、初期放電容量を計測したリチウム二次電池を高温保存した。保存条件は、いずれも電池電圧4.2V、環境温度50℃、保存時間60日とした。そして、60日間経過時に、リチウム二次電池を25℃に保温した恒温槽内に移し、10時間以上静置することによって除熱した後、同様の充放電条件で高温保存後の放電容量の計測を行った。   Subsequently, the lithium secondary battery whose initial discharge capacity was measured was stored at a high temperature. All of the storage conditions were a battery voltage of 4.2 V, an environmental temperature of 50 ° C., and a storage time of 60 days. After 60 days, the lithium secondary battery was transferred to a thermostat kept at 25 ° C. and left to stand for 10 hours or more to remove heat, and then measured for discharge capacity after high-temperature storage under the same charge / discharge conditions. Went.

高温保存後の放電容量の初期放電容量に対する容量維持率(%)を算出した結果を表1に示す。なお、表1におけるPOxFyは、リチウム金属複合酸化物に混合したオキソフルオロリン化合物(POxFy)の混合量(wt%)、「−」は、各成分が添加されていないことをそれぞれ示している。   Table 1 shows the results of calculating the capacity retention rate (%) of the discharge capacity after high-temperature storage with respect to the initial discharge capacity. In Table 1, POxFy is the amount (wt%) of the oxofluorophosphorus compound (POxFy) mixed in the lithium metal composite oxide, and “-” indicates that each component is not added.

Figure 2017033839
Figure 2017033839

オキソフルオロリン化合物によって処理したリチウム金属複合酸化物を含む供試電池1〜10では、リチウム金属複合酸化物に含まれる遷移金属の非充電状態における平均酸化数が、Mnについて4価よりも高く、Coについては3価よりも高く、Niについては2価よりも高かった。一方、オキソフルオロリン化合物によって処理されていないリチウム金属複合酸化物を含む供試電池11では、リチウム金属複合酸化物に含まれる遷移金属の非充電状態における平均酸化数が、Mn、Co、Niのいずれについても供試電池1〜10と比較して低かった。表1に示すように供試電池11と比較して、供試電池1〜10では、高温保存後の容量維持率が向上することが確認できる。この結果は、高酸化状態のリチウム金属複合酸化物を正極活物質として用いることにより、遷移金属の溶出や非水溶媒の分解が抑制されることを示しているといえる。   In the test cells 1 to 10 including the lithium metal composite oxide treated with the oxofluorophosphorus compound, the average oxidation number in the non-charged state of the transition metal contained in the lithium metal composite oxide is higher than tetravalent for Mn, Co was higher than trivalent, and Ni was higher than divalent. On the other hand, in the test battery 11 including the lithium metal composite oxide not treated with the oxofluorophosphorus compound, the average oxidation number of the transition metal contained in the lithium metal composite oxide in the non-charged state is Mn, Co, or Ni. All were low compared with the test batteries 1-10. As shown in Table 1, it can be confirmed that the capacity retention rate after high-temperature storage is improved in the test batteries 1 to 10 as compared with the test battery 11. It can be said that this result shows that the elution of transition metals and the decomposition of the nonaqueous solvent are suppressed by using a highly oxidized lithium metal composite oxide as the positive electrode active material.

また、オキソフルオロリン化合物によって処理したリチウム金属複合酸化物を含む供試電池1〜供試電池10のそれぞれにおいては、高温保存後に計測された交流内部抵抗が1Hz近傍の周波数領域で特に低減されていることが認められた。この結果は、オキソフルオロリン化合物が、正極側の界面における電荷移動抵抗の低減に寄与している可能性を示すものといえる。よって、リチウム金属複合酸化物を正極の製造時にあらかじめオキソフルオロリン化合物によって処理しておくことによって、オキソフルオロリン化合物を非水電解液に添加した場合のように、リチウム金属複合酸化物の表層が改質されていると判断できる。   In each of the test batteries 1 to 10 including the lithium metal composite oxide treated with the oxofluorophosphorus compound, the AC internal resistance measured after high-temperature storage is particularly reduced in the frequency region near 1 Hz. It was recognized that This result indicates that the oxofluorophosphorus compound may contribute to the reduction of charge transfer resistance at the positive electrode side interface. Therefore, by treating the lithium metal composite oxide with the oxofluorophosphorus compound in advance during the production of the positive electrode, the surface layer of the lithium metal composite oxide can be reduced as in the case where the oxofluorophosphorus compound is added to the non-aqueous electrolyte. It can be judged that it has been modified.

また、供試電池1〜供試電池4及び供試電池11が示すように、オキソフルオロリン化合物のリチウム金属複合酸化物に対する混合量が増加するにしたがって、容量維持率が高くなる傾向が認められる。これに対して、供試電池12が示すように、オキソフルオロリン化合物の混合量をリチウム金属複合酸化物に対して5質量部とすると、オキソフルオロリン化合物を混合していない供試電池11と比較して容量維持率は低くなっている。この結果は、オキソフルオロリン化合物の混合量には適切な範囲が存在し、オキソフルオロリン化合物が過剰となると、電極反応におけるリチウムイオンの反応性等が損なわれ、高酸化状態を有するリチウム金属複合酸化物が得られない可能性があることを示している。したがって、オキソフルオロリン化合物のリチウム金属複合酸化物に対する混合量は、4質量部程度以下とすることが好ましく、3質量部以下とすることがより好ましいといえる。   In addition, as shown in Test Battery 1 to Test Battery 4 and Test Battery 11, the capacity retention rate tends to increase as the mixing amount of the oxofluorophosphorus compound with respect to the lithium metal composite oxide increases. . On the other hand, as shown in the test battery 12, when the mixing amount of the oxofluorophosphorus compound is 5 parts by mass with respect to the lithium metal composite oxide, In comparison, the capacity maintenance rate is low. As a result, there is an appropriate range for the mixing amount of the oxofluorophosphorus compound. When the oxofluorophosphorus compound is excessive, the lithium ion reactivity in the electrode reaction is impaired, and the lithium metal composite having a high oxidation state is lost. This indicates that oxide may not be obtained. Therefore, the mixing amount of the oxofluoroline compound with respect to the lithium metal composite oxide is preferably about 4 parts by mass or less, and more preferably 3 parts by mass or less.

また、供試電池5〜供試電池6及び供試電池13が示すように、非水電解液にビニレンカーボネートを添加したリチウム二次電池では、容量維持率が高くなる傾向が認められる。この結果は、負極側で生じる非水溶媒の還元分解がビニレンカーボネートによって抑制されたことを示しており、オキソフルオロリン化合物による処理によってもたらされる正極側における作用と、ビニレンカーボネートによる負極側における作用とによって、電解液の分解が良好に抑制されることを示している。供試電池5や供試電池6における抑制の度合いは、供試電池1や供試電池13と比較すると大きく、相乗効果が奏されていると分かる。   Moreover, as the test battery 5 to the test battery 6 and the test battery 13 show, the capacity | capacitance maintenance factor tends to become high in the lithium secondary battery which added vinylene carbonate to the nonaqueous electrolyte. This result shows that the reductive decomposition of the non-aqueous solvent generated on the negative electrode side is suppressed by vinylene carbonate. The action on the positive electrode side caused by the treatment with the oxofluorophosphorus compound and the action on the negative electrode side by vinylene carbonate This shows that the decomposition of the electrolyte is satisfactorily suppressed. The degree of suppression in the test battery 5 and the test battery 6 is larger than that of the test battery 1 and the test battery 13, and it can be seen that a synergistic effect is achieved.

また、供試電池7〜供試電池8及び供試電池14が示すように、非水電解液にホウ酸トリメチルを添加したリチウム二次電池では、容量維持率が高くなる傾向が認められる。この結果は、オキソフルオロリン化合物によって処理したリチウム金属複合酸化物が、ホウ酸トリメチルと反応し、非水溶媒の分解を抑制する介在物をリチウム金属複合酸化物の表層に生成した可能性を示している。したがって、オキソフルオロリン化合物と、ホウ素化合物や各種の被膜形成剤等とを併用することによって、放電容量の経時的な低下をより低減することが可能になるといえる。   Moreover, as the test battery 7 to the test battery 8 and the test battery 14 show, the capacity | capacitance maintenance factor tends to become high in the lithium secondary battery which added the trimethyl borate to the non-aqueous electrolyte. This result indicates the possibility that the lithium metal composite oxide treated with the oxofluorophosphorus compound reacted with trimethyl borate to form inclusions on the surface of the lithium metal composite oxide that suppress the decomposition of the non-aqueous solvent. ing. Therefore, it can be said that by using an oxofluorophosphorus compound in combination with a boron compound, various film forming agents, and the like, it is possible to further reduce a decrease in discharge capacity with time.

1 リチウム二次電池
10 正極
11 セパレータ
12 負極
13 電池缶
14 正極集電タブ
15 負極集電タブ
16 内蓋
17 内圧開放弁
18 ガスケット
19 正温度係数抵抗素子
20 電池蓋
21 軸心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium secondary battery 10 Positive electrode 11 Separator 12 Negative electrode 13 Battery can 14 Positive electrode current collection tab 15 Negative electrode current collection tab 16 Inner cover 17 Internal pressure release valve 18 Gasket 19 Positive temperature coefficient resistance element 20 Battery cover 21 Axis center

Claims (14)

次の一般式(I)
Li1+xMnCoNiM1・・・(I)
[但し、式中、M1は、Fe、Cu、Al、Mg、Mo、Zrからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、0≦x≦0.33、0≦a≦1.0、0≦b≦1.0、0≦c≦1.0、0≦y≦1.0、a+b+c+y=1を満たす。]で表される複合酸化物を含んでなり、
前記複合酸化物の表層に存在する遷移金属は、非充電状態における平均酸化数が、Mnについては4価、Coについては3価、Niについては2価よりもそれぞれ高く、
前記複合酸化物の表面には、含ホウ素化合物が存在していることを特徴とするリチウム二次電池用正極。
The following general formula (I)
Li 1 + x Mn a Co b Ni c M1 y O 2 ··· (I)
[In the formula, M1 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Cu, Al, Mg, Mo, Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.33, 0 ≦ a ≦ 1.0, 0 ≦ b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 1.0, and a + b + c + y = 1 are satisfied. A composite oxide represented by
The transition metal present in the surface layer of the composite oxide has an average oxidation number in a non-charged state, tetravalent for Mn, trivalent for Co, and higher than divalent for Ni,
A positive electrode for a lithium secondary battery, wherein a boron-containing compound is present on the surface of the composite oxide.
Liと、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも一種の遷移金属とを含有する複合酸化物を含んでなり、
前記複合酸化物の表層に存在する前記遷移金属は、フッ素原子を結合しており、
前記複合酸化物の表面には、含ホウ素化合物が存在していることを特徴とするリチウム二次電池用正極。
Comprising a composite oxide containing Li and at least one transition metal selected from the group consisting of Mn, Co and Ni;
The transition metal present in the surface layer of the composite oxide has bonded a fluorine atom,
A positive electrode for a lithium secondary battery, wherein a boron-containing compound is present on the surface of the composite oxide.
前記複合酸化物が、Mnを含んでなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリチウム二次電池用正極。   The positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the composite oxide contains Mn. 正極と、負極と、非水電解液とを備え、
前記正極は、次の一般式(I)
Li1+xMnCoNiM1・・・(I)
[但し、式中、M1は、Fe、Cu、Al、Mg、Mo、Zrからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、0≦x≦0.33、0≦a≦1.0、0≦b≦1.0、0≦c≦1.0、0≦y≦1.0、a+b+c+y=1を満たす。]で表される複合酸化物を含んでなり、
前記複合酸化物の表層に存在する遷移金属は、非充電状態における平均酸化数が、Mnについては4価、Coについては3価、Niについては2価よりもそれぞれ高く、
前記複合酸化物の表面には、含ホウ素化合物が存在していることを特徴とするリチウム二次電池。
A positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode has the following general formula (I)
Li 1 + x Mn a Co b Ni c M1 y O 2 ··· (I)
[In the formula, M1 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Cu, Al, Mg, Mo, Zr, and 0 ≦ x ≦ 0.33, 0 ≦ a ≦ 1.0, 0 ≦ b ≦ 1.0, 0 ≦ c ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 1.0, and a + b + c + y = 1 are satisfied. A composite oxide represented by
The transition metal present in the surface layer of the composite oxide has an average oxidation number in a non-charged state, tetravalent for Mn, trivalent for Co, and higher than divalent for Ni,
A lithium secondary battery, wherein a boron-containing compound is present on the surface of the composite oxide.
正極と、負極と、非水電解液とを備え、
前記正極は、Liと、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも一種の遷移金属とを含有する複合酸化物を含んでなり、
前記複合酸化物の表層に存在する前記遷移金属は、フッ素原子を結合しており、
前記複合酸化物の表面には、含ホウ素化合物が存在していることを特徴とするリチウム二次電池。
A positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode comprises a composite oxide containing Li and at least one transition metal selected from the group consisting of Mn, Co and Ni;
The transition metal present in the surface layer of the composite oxide has bonded a fluorine atom,
A lithium secondary battery, wherein a boron-containing compound is present on the surface of the composite oxide.
前記複合酸化物が、Mnを含んでなることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 4, wherein the composite oxide contains Mn. 前記非水電解液に、次の一般式(III):
(RO)(BO)・・・(III)
[式中、Rは、それぞれ独立して、炭素数が1〜6の有機基である。]
で表されるボロキシン化合物が添加されていることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のリチウム二次電池。
In the non-aqueous electrolyte, the following general formula (III):
(RO) 3 (BO) 3 (III)
[Wherein, each R is independently an organic group having 1 to 6 carbon atoms. ]
The lithium secondary battery according to claim 4, wherein a boroxine compound represented by the formula:
前記非水電解液に、ホウ酸エステルが添加されていることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 4, wherein a boric acid ester is added to the nonaqueous electrolytic solution. 前記非水電解液に、ビニレンカーボネートが添加されていることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 4 or 5, wherein vinylene carbonate is added to the non-aqueous electrolyte. Liと、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも一種の遷移金属とを含有する複合酸化物の粒子と、オキソフルオロリン化合物と、溶媒とを混合して、前記複合酸化物の表層に存在する前記遷移金属を高酸化状態にする工程と、
前記複合酸化物の粒子を洗浄すると共に乾燥させる工程と、
前記複合酸化物の粒子を含有する正極合材を正極集電体に塗工した後、成形する工程とを含んでなることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極の製造方法。
A composite oxide particle containing Li and at least one transition metal selected from the group consisting of Mn, Co, and Ni, an oxofluorophosphorus compound, and a solvent are mixed to form a surface layer of the composite oxide. Bringing the transition metal present in the substrate into a highly oxidized state;
Washing and drying the composite oxide particles;
A method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery, comprising: applying a positive electrode mixture containing particles of the composite oxide to a positive electrode current collector and then forming the positive electrode current collector.
前記オキソフルオロリン化合物が、POF 又はその塩、及び、PO 若しくはその塩又はPO2−若しくはその塩であることを特徴とする請求項10に記載のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法。 11. The lithium ion secondary according to claim 10, wherein the oxofluoroline compound is POF 2 or a salt thereof, and PO 2 F 2 or a salt thereof, or PO 3 F 2 or a salt thereof. A method for producing a positive electrode for a battery. 前記オキソフルオロリン化合物が、モノフルオロリン酸リチウム又はジフルオロリン酸リチウムであることを特徴とする請求項11に記載のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法。   The method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 11, wherein the oxofluorophosphorus compound is lithium monofluorophosphate or lithium difluorophosphate. 前記オキソフルオロリン化合物が、次の一般式(III):
(RO)(BO)・・・(III)
[式中、Rは、それぞれ独立して、炭素数が1〜6の有機基である。]
で表されるボロキシン化合物とヘキサフルオロリン酸リチウムとの反応生成物であることを特徴とする請求項10又は請求項11に記載のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法。
The oxofluoroline compound has the following general formula (III):
(RO) 3 (BO) 3 (III)
[Wherein, each R is independently an organic group having 1 to 6 carbon atoms. ]
The method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 10 or 11, wherein the reaction product is a reaction product of a boroxine compound represented by the formula (1) and lithium hexafluorophosphate.
前記オキソフルオロリン化合物が、トリイソプロポキシボロキシンであることを特徴とする請求項13に記載のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法。   The method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 13, wherein the oxofluorophosphorus compound is triisopropoxyboroxine.
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