JPH0992285A - 非水電解質リチウム二次電池 - Google Patents

非水電解質リチウム二次電池

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JPH0992285A
JPH0992285A JP8127274A JP12727496A JPH0992285A JP H0992285 A JPH0992285 A JP H0992285A JP 8127274 A JP8127274 A JP 8127274A JP 12727496 A JP12727496 A JP 12727496A JP H0992285 A JPH0992285 A JP H0992285A
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linio
lithium
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secondary battery
capacity
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Toshihide Murata
年秀 村田
Yasuhiko Mifuji
靖彦 美藤
Masaki Hasegawa
正樹 長谷川
Shuji Ito
修二 伊藤
Yoshinori Toyoguchi
▲吉▼徳 豊口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 LiNiO2を正極活物質とする電池の高温
作動時の特性劣化を抑制し、低コストで高エネルギー密
度を有し、かつサイクル特性の優れた非水電解質リチウ
ム二次電池を提供する。 【解決手段】 非水電解質リチウム二次電池の正極活物
質材料として、NiO2のニッケルの一部を他の元素で
置換した化合物、式LiXNi1-YY2+Z(MはMg,
Ca,Sr,およびBaからなる群より選ばれる少なく
とも1種の元素、0.05≦X≦1.1、0.01≦Y
≦0.3、−0.3≦Z≦0.1)、式LiXNi1-Y
Y2+Z(MはAlおよびCrからなる群より選ばれる少
なくとも1種の元素、0.05≦X≦1.1、0.00
3≦Y<0.1、−0.3≦Z≦0.1)、または式L
XNi1-Y(AlabCocMgdY2+Z(ただし、
0.05≦X≦1.1、0.01≦Y≦0.3、−0.
3≦z≦0.1、(a+b+c+d)≦1であり、a、
b、cおよびdは3種以上が同時に0とならない。)で
表される化合物を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質リチウ
ム二次電池、特にその正極活物質に関するものである。
【0002】
【従来の技術】リチウムまたはリチウム化合物を負極と
する非水電解質二次電池は、高電圧で高エネルギー密度
が得られ、コードレス機器の駆動用電源としての期待が
大きく、盛んに研究が行われている。これまで非水電解
質二次電池の正極活物質として、LiCoO2、LiM
24、LiFeO2、LiNiO2、V25、Cr
25、MnO2、TiS2、MoS2などの遷移金属の酸
化物およびカルコゲン化合物が提案されている。これら
の化合物は、層状もしくはトンネル構造を有し、リチウ
ムイオンが出入りできる結晶構造を持っている。特に、
LiCoO2やLiNiO2は4V級の非水電解質リチウ
ム二次電池用正極活物質として注目されている。
【0003】これらの中でLiCoO2は、整った層状
構造を有しており、高電圧、高容量が得られるため実用
化が進められている。しかし、コバルトが高価な元素で
あり、高コストとなってしまうことや、世界情勢の変化
による供給不足、価格の高騰等の原料の供給面での不安
も考えられる。そこで、比較的低コストであり、なおか
つLiCoO2を上回る高容量の得られるLiNiO2
注目され、実用化に向けた研究開発が盛んに行われてい
る。LiNiO2は、LiCoO2と同様の組成、構造を
有しており、高容量、高電圧のリチウム二次電池用正極
活物質として期待される材料である。そして、これまで
の研究開発で合成方法に改良が加えられ、高容量な材料
を容易に得ることが可能になった。
【0004】このようにLiNiO2は、初期容量につ
いてはLiCoO2を上回る高容量を得られるようにな
ったが、他の諸特性にはまだ課題が残されている。特
に、大きな容量を得るために、深い深度で充放電を行っ
た場合、充電時に格子定数の大幅な減少が起こり、結晶
格子体積の激しい収縮が起こる。その結果、活物質粒子
の割れ等が生じ、集電不良となり、容量低下の原因とな
る。また、大幅な結晶格子の変化が起こるため、結晶構
造的にも乱れが生じ、活物質自身の容量の劣化を引き起
こすことになる。すなわち、充電時に多量のリチウムイ
オンが結晶中から抜き取られた際に、結晶格子が不安定
になってイオンの再配列が起こり、層状構造の乱れが生
じ、リチウムイオンの拡散が妨げられ特性が劣化すると
考えられる。従って、LiNiO2のリチウム二次電池
の正極活物質としての特性は、初期容量は非常に優れて
いるが、サイクル特性が好ましくない。充電深度を浅く
して小さな容量で充放電を繰り返した場合には、サイク
ル劣化を抑制することができる。しかし、LiCoO2
を上回る高容量の正極活物質として用いる場合には、そ
の結晶構造を制御し、深い深度での充電時に起こる結晶
格子の収縮やイオン配列の乱れを抑制する必要がある。
【0005】このような結晶構造の制御の方法として、
ニッケルの一部を他元素で置換する方法がある。これま
でに、ソリッド ステイト アイオニクス53−56
(1992年)第370頁から第375頁(Solid
State Ionics53−56(1992)3
70−375)に記載されているようなニッケルの一部
をCoで置換したものなど、Niの一部を他の元素で置
換することによりサイクル特性などの改善をはかった研
究例が報告されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、LiNiO2
は、上述のサイクル特性以外にも高率での充放電特性や
高温でのサイクル特性などの点で十分な性能が得られて
いない。また、Niの一部をCoなどで置換した場合に
も、常温でのサイクル性は改善されているが、高温での
サイクル特性は不十分である。コードレス機器の電源と
して用いた場合、用途によっては急速充電や大電流を取
り出すことが必要となり、高率での充放電特性が悪く、
高率の充放電で容量が低下するのは、実用上大きな問題
である。また、リチウム二次電池は、大電流を取り出す
ことにより電池内部の温度が上昇するため、高温時の特
性が良くないと、高率放電直後に充電できないなど、使
用条件に制約が加わる。そのため、高温時の特性劣化を
抑えることも重要である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、正極、リチウ
ムを可逆的に吸蔵・放出することのできる負極、および
非水電解質を具備する非水電解質リチウム二次電池にお
いて、正極活物質としてLiNiO2のニッケルの一部
を他の元素で置換した、特定の化合物を用いることによ
り、高率充放電特性や高温での充放電特性を大幅に改善
できることを見いだしたことに基づくものである。
【0008】すなわち、本発明の非水電解質リチウム二
次電池は、正極活物質として、LiNiO2のニッケル
の一部を他の元素で置換した化合物、式LiXNi1-Y
Y2+ Z(MはMg,Ca,Sr,およびBaからなる群
より選ばれる少なくとも1種の元素、0.05≦X≦
1.1、0.01≦Y≦0.3、−0.3≦Z≦0.
1)、式LiXNi1-YY2+Z(MはAlおよびCrか
らなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、0.05
≦X≦1.1、0.003≦Y<0.1、−0.3≦Z
≦0.1)、または式LiXNi1-Y(AlabCoc
dY2+Z(ただし、0.05≦X≦1.1、0.0
1≦Y≦0.3、−0.3≦z≦0.1、(a+b+c
+d)≦1であり、a、b、cおよびdは3種以上が同
時に0とならない。)で表される化合物を含む正極を備
えるものである。
【0009】本発明者らは、LiNiO2のニッケルの
一部を、2価のイオンとなるアルカリ土類金属であるM
g,Ca,Sr,およびBaより選ばれる元素で置換す
ることにより、結晶骨格が安定化されサイクル特性が改
善されるだけでなく、高率充放電特性についても大幅に
改善できることを見いだした。さらに、3価のイオンに
ついて詳細に検討したところ、Alや第一系列の遷移元
素の一つであるCrを用いた場合でも、少量であれば高
率充放電特性も改善されることを見いだした。従って、
Mg,Ca,Sr,Baもしくは少量のAl,CrをL
iNiO2の結晶構造中に導入することにより、高容量
でサイクル特性が優れており、なおかつ高率充放電特性
を大幅に改善することができる。さらに、高温での特性
について検討した結果、上記元素で置換した化合物、さ
らには、置換元素としてAlとMgを組み合わせて用い
たもので、大きな効果を得ることができた。そこで、A
l,Mg以外の元素との組合せについても検討し、A
l,Mg,B,Coの4種類の元素を組み合わせること
により、同様に各々の元素単一で用いるよりも大きな効
果が得られることがわかった。
【0010】高温における充放電時の特性劣化は、活物
質の化学的な反応性が大きく影響していると考えられ
る。前記の元素が結晶構造中に入ることにより、特に化
学的に活性となる4V以上の電位の深い充電時の反応性
が低下し、電解液との反応などが抑制される。その結
果、高温で充放電を行った場合の特性劣化が抑制される
と考えられる。以上に示した元素を置換元素に用いるこ
とにより、LiNiO2では大きな効果が得られる。一
方、LiNiO2と同様の結晶構造をとるLiCoO2
おいては、前記の元素による置換では好ましい効果は得
られない。LiCoO2においても、結晶構造中に他の
元素を導入することによる初期容量やサイクル特性、高
率充放電特性等の特性改善の検討がなされ、効果が得ら
れている。しかし、LiNiO2の場合ほど大きな効果
は得られない。また、高温では逆に他元素の導入により
特性が劣化してしまう。これは、元素置換を行わない場
合の各々の合成条件の違い(LiNiO2は合成条件に
より生成物の特性が大きく異なり条件の管理が重要であ
るが、LiCoO2では比較的容易に合成でき、安定し
た特性が得られる)や種々の特性の違いからも推察され
るように、LiNiO2とLiCoO2では結晶の安定性
や化学的な特性などが異なり、他元素導入による効果も
異なるためであると考えられる。すなわち、上記元素置
換による効果はLiNiO2に特有のものである。ニッ
ケルとこれの一部を置換する元素の価数が異なる場合
は、ニッケルの価数変化および/または上記Zの範囲で
酸素量が変わることによって価数のバランスがとられ
る。また、酸素量は焼成雰囲気の他、出発原料や焼成温
度によっても変化する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例により詳細に説明する。本発明は、これら実施例に限
定されるものではないことはいうまでのない。
【0012】
【実施例】
《実施例1》LiNiO2のニッケルの一部を置換する
元素としてMg,Ca,Sr,Baを用いた場合につい
て説明する。Mgを用いた場合は、LiNO3、Ni
(OH)2、およびMg(NO32を原料とし、酸素気
流中において、700℃で焼成した。原料の混合比は、
Li/(Mg+Ni)のモル比を1.05のリチウム過
剰とし、Mg/(Mg+Ni)のモル比が0.005、
0.01、0.1、0.2、0.3、0.35となるよ
うにした。同様に、Caを用いる場合にはCa(N
32、Baを用いる場合にはBa(NO32、Srを
用いる場合にはSr(NO32をそれぞれ出発原料とし
て活物質を合成した。また、前記硝酸塩の代わりにそれ
ぞれMg(OH)2、Ca(OH)2、Ba(OH)2
Sr(OH)2等の水酸化物を用いても同様に活物質を
合成することができる。
【0013】合成した試料のX線回折測定を行ったとこ
ろ、ジョイント コミティー オンパウダー ディフラ
クション スタンダーズ(Joint committee on powder
diffraction standards、以下JCPDSで表す。)の
9−0063に登録されたパターンと類似しており、そ
れと同様の結晶構造であることが解った。また、面指数
(104)で示されるピークに対する面指数(003)
で示されるピークの強度比は、いずれも1.25以上で
あった。LiNiO2は、六方晶の層状構造を取り、酸
素の層にリチウム層とニッケル層が交互に挟まれた構造
である。リチウムとニッケルが入れ替わり、構造に乱れ
が生じると、このピーク強度比は減少する。このピーク
強度比が1.2以下になると、ニッケルによりリチウム
イオンの拡散が妨げられるため、特性の低下が起こる。
本実施例の場合には、前記ピーク強度比は1.25以上
と好ましい値である。
【0014】次に、正極を作製した。正極の作製はま
ず、活物質と導電剤であるアセチレンブラックと結着剤
としてのポリ4フッ化エチレン樹脂を重量比で7:2:
1となるように混合し、充分に乾燥したものを正極合剤
とした。この正極合剤0.15gを2トン/cm2で直
径17.5mmのペレット状に加圧成型し正極とした。
以上のように作製した電極を用いて製造した電池の断面
図を図1に示す。正極1は金属製ケース3の中央に配置
された集電体2に圧着されている。この正極1上に、セ
パレータとしての多孔性ポリプロピレンフィルム7が配
されている。負極4は、厚さ0.8mm、直径17.5
mmのリチウム板からなり、これはポリプロピレン製ガ
スケット8及び負極集電体5を付けた封口板6に圧着さ
れている。非水電解質として、1mol/lの過塩素酸
リチウムを溶解したプロピレンカーボネートを用いた。
これをセパレータ7上、正極1上及び負極4上に加えた
後、電池を封口した。
【0015】以上の様にして作製した電池について、電
圧範囲3.0V〜4.3Vの電圧規制として、0.5m
A/cm2の電流密度で充放電試験を行った。初期放電
容量と20サイクル目の放電容量を測定し、20サイク
ル目の放電容量の初期放電容量に対する割合、容量維持
率を求めた。また、21サイクル目に電流密度を2.5
mA/cm2として放電容量を測定し、20サイクル目
の容量に対する割合、容量維持率を求めた。これらを表
1に示す。表に示した値は、各試料につき10個の電池
の平均値であり、以下の実施例および比較例においても
同様とする。なお、表1において、容量維持率(1)
は、電流密度0.5mA/cm2における20サイクル
目の容量維持率を表し、容量維持率(2)は21サイク
ル目の電流密度2.5mA/cm2における容量の20
サイクル目容量に対する維持率を示す(以下の表におい
ても同じ。)。
【0016】
【表1】
【0017】《実施例2》ニッケルの一部を置換する元
素にAl,Crを用いた場合について説明する。置換元
素にAlを用いた場合は、LiNO3、Ni(OH)2
およびAl(NO33を原料とし、酸素気流中におい
て、700℃で焼成した。原料の混合比は、Li/(A
l+Ni)のモル比を1.05のリチウム過剰とし、A
l/(Al+Ni)のモル比が0.002、0.00
3、0.05、0.09、0.095となるようにし
た。同様に、Crを用いる場合には出発原料としてCr
(NO33を用いて活物質を合成した。また、前記硝酸
塩の代わりにそれぞれAl(OH)3、Cr(OH)3
の水酸化物を用いても同様に活物質を合成することがで
きる。合成したLiNiO2のX線回折測定を行ったと
ころ、JCPDSの9−0063に登録されたパターン
と類似しており、それと同様の結晶構造であることが解
った。また、面指数(104)で示されるピークに対す
る面指数(003)で示されるピークの強度比は、いず
れも1.25以上であった。次に、実施例1と同様の方
法で電池を作製し、同じ条件で充放電試験を行った。そ
の結果を表2に示す。
【0018】
【表2】
【0019】以上の実施例1、2、および後述の比較例
1、2の比較から次のことが明かである。表1、2に示
すように、Mg,Ca,Ba,Srを0.01≦Y≦
0.3の範囲で、またAl,Crを0.003≦Y<
0.1の範囲でそれぞれ用いることにより、表10に示
したLiNiO2と比較してサイクル特性および高率充
放電特性が改善される。また、比較例2の表11からわ
かるように、Al,Crを用いた場合、Y≧0.1では
サイクル特性は改善されるが、高率充放電特性について
はLiNiO2と比較し大きな改善は得られない。従っ
て、Al,Crを用いる場合にはY<0.1でなければ
ならない。
【0020】《実施例3》次に実施例1の化合物の高温
での特性について説明する。合成した正極活物質、およ
び評価に用いた電池は実施例1と同様である。電圧範囲
3.0V〜4.3Vの電圧規制とし、0.5mA/cm
2の電流密度で充放電を行った場合の初期放電容量と2
0サイクル目の容量維持率を、25℃および60℃のそ
れぞれれの温度で評価した結果を表3〜6に示す。
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】
【表5】
【0024】
【表6】
【0025】表3〜6に示すように、Niの置換元素と
してMg,Ca,Sr,Baを用いた場合、0.01≦
Y≦0.3の範囲で比較例3のLiNiO2と比べて、
高温でのサイクル特性が改善される。Y<0.01では
置換量が少なく好ましい効果は得られず、また、Y>
0.3では置換量が多すぎるために初期容量の低下を招
くことになる。比較例4ではLiCo1-YMgY2、す
なわち、LiCoO2のCoの一部をMgで置換した例
について説明している。比較例4によれば、LiCoO
2のCoの一部をMgで置換しても好ましい効果は得ら
れず、逆に特性が低下した。従って、特にニッケル酸化
物において本発明による元素置換により大きな効果が得
られることがわかる。
【0026】《実施例4》実施例2の化合物の高温での
特性について説明する。合成した正極活物質、および評
価に用いた電池は実施例2と同様である。実施例3と同
条件で充放電試験をした結果を表7、8に示す。
【0027】
【表7】
【0028】
【表8】
【0029】表7に示すように、Niの置換元素として
Alを0.003≦Y<0.1の範囲で用いることによ
り、比較例3のLiNiO2と比べて、高温でのサイク
ル特性が改善される。比較例9で示すように、Y≧0.
1であると、常温でのサイクル特性は改善されるが、高
温ではLiNiO2と比べて大きな改善は得られない。
従って、Alを単独で用いる場合にはY<0.1でなけ
ればならない。比較例5では、LiCo1-YAlY2
ついて説明している。比較例5によれば、LiCoO2
のCoの一部をAlで置換しても好ましい効果は得られ
ず、逆に特性が低下している。従って、特にニッケル酸
化物において本発明による置換により大きな効果が得ら
れることがわかる。表8に示すように、Niの一部をC
rを置換した場合もAlの場合と同様の結果が得られ、
置換量0.003≦Y<0.1の範囲で高温でのサイク
ル性が改善される。
【0030】《実施例5》ニッケルの一部を置換する元
素にAl,B,Co,Mgから選ばれる2種以上の元素
を用いた場合について説明する。Al源としてAl(N
33、B源としてH3BO3、Co源としてCo34
Mg源としてMg(NO32をそれぞれ用いた。これら
をLiNO3、およびNi(OH)2と混合し、酸素気流
中において、650℃で焼成した。原料の混合比はLi
/(Ni+(Al,B,Co,Mgから選ばれる2種以
上の元素の組合せ))のモル比を1.05のリチウム過
剰とし、Al,B,Co,Mgが目的の組成となるよう
に混合した。焼成物のX線回折測定を行ったところ、J
CPDSの9−0063に登録されたパターンと類似し
ており、そのLiNiO2と同様の結晶構造であること
が解った。また、面指数(104)で示されるピークに
対する面指数(003)で示されるピークの強度比は、
いずれも1.25以上であった。LiNiO2と類似の
ピーク以外に不純物ピークは見られず、焼成物は表9に
示す化合物になっていると考えられる。上記の化合物を
用いて実施例1と同様の方法で電池を作製し、0.5m
A/cm2の電流密度で電圧範囲3.0V〜4.3Vの
電圧規制として、充放電試験をした。25℃および60
℃のそれぞれれの温度における初期放電容量と20サイ
クル目の容量維持率を表9に示す。
【0031】
【表9】
【0032】表9に示すように、Niの置換元素とし
て、Al,B,Co,およびMgから選ばれる2種以上
を用いることにより、比較例3のLiNiO2と比較し
て高温でのサイクル特性が改善される。また、比較例
6,7および実施例3,4の各元素を単一で用いた場合
に比べて、より好ましい特性を得ることができる。ま
た、後述の比較例8で示す表15との比較からも明かな
ように、Al,B,Co,Mgを組み合わせて用いる場
合には、0.01≦Y≦0.3、(a+b+c+d)≦
1の範囲内であることが望ましい。Y<0.01である
と、元素置換の効果が小さく、Y>0.3では置換量が
多すぎるため特性の劣化を招くことになる。また、(a
+b+c+d)>1では結晶構造に乱れが生じ、特性劣
化を招く。
【0033】《比較例1》LiNiO2を活物質に用い
た。原料にはLiNO3とNi(OH)2を用いた。両者
の混合物を酸素気流中において、700℃で焼成した。
原料の混合比はLi/Niのモル比を1.05のリチウ
ム過剰とした。合成した化合物のX線回折測定を行った
ところ、JCPDSの9−0063に登録されたLiN
iO2のパターンと一致した。また、面指数(104)
で示されるピークに対する面指数(003)で示される
ピークの強度比は1.3であった。このピーク強度比が
1.20以下であると、LiNiO2の層状の結晶構造
に乱れがあり、リチウムイオンの拡散が妨げられるた
め、特性が低下する。本比較例の化合物は1.3と好ま
しい値である。次に、実施例1と同様の方法で電池を作
製し、実施例1と同条件で充放電試験をした。その結果
を表10に示す。
【0034】
【表10】
【0035】《比較例2》LiNiO2のNiの一部を
置換する元素としてAl,Crを用いた場合について説
明する。Alを用いた場合はLiNO3、Ni(O
H)2、およびAl(NO33の混合物を酸素気流中に
おいて、700℃で焼成した。原料の混合比は、Li/
(Al+Ni)のモル比を1.05のリチウム過剰と
し、Al/(Al+Ni)のモル比が0.1、0.2、
0.3、0.4、0.5となるようにした。同様に、C
rを用いた場合には、Cr源としてCr(NO33を用
いて活物質を合成した。合成した試料のX線回折測定を
行ったところ、JCPDSの9−0063に登録された
LiNiO2のパターンと類似しており、それと同様の
結晶構造であることが解った。また、面指数(104)
で示されるピークに対する面指数(003)で示される
ピークの強度比は、いずれも1.25以上であった。次
に、実施例1と同様の方法で電池を作製し、実施例1と
同条件で充放電試験をした。その結果を表11に示す。
【0036】
【表11】
【0037】《比較例3》LiNiO2を用いた場合に
ついて説明する。LiNO3とNi(OH)2の混合物を
酸素気流中において、650℃で焼成した。混合比はL
i/Niのモル比を1.05のリチウム過剰とした。合
成したLiNiO2のX線回折測定を行ったところ、J
CPDSの9−0063に登録されたパターンと一致し
た。また、面指数(104)で示されるピークに対する
面指数(003)で示されるピークの強度比は1.3で
あった。次に、実施例1と同様の方法で電池を作製し、
実施例3と同条件で充放電試験をした。その結果を表1
2に示す。
【0038】
【表12】
【0039】《比較例4》LiCoO2、およびLiC
oO2にMgを導入した化合物について説明する。Li
CoO2は、Li2CO3、およびCo34の混合物を大
気中、900℃で焼成して合成した。原料の混合比はL
i/Coのモル比を1.00とした。Mgを導入する場
合は、Li2CO3、Co34、およびMg(NO32
原料に用いた。これらの混合比は、Li/(Mg+C
o)のモル比が1.00、Mg/(Mg+Co)のモル
比が0.1となるようにした。得られた焼成物のX線回
折測定を行ったところ、いずれもJCPDSの16−0
427に登録されたLiCoO2のパターンと類似して
おり、それと同様の結晶構造であることが解った。Li
CoO2と類似のピーク以外に不純物ピークは見られ
ず、焼成物はLiCoO2およびLiCo1-YMgY
2(Y=0.1)であると考えられる。次に、実施例1
と同様の方法で電池を作製し、実施例3と同条件で充放
電試験をした。その結果を後記表13に示す。
【0040】《比較例5》LiCoO2にAlを導入し
た場合について説明する。Li2CO3、Co34、およ
びAl(NO33の混合物を大気中、900℃で焼成し
た。これらの原料の混合比は、Li/(Al+Co)の
モル比を1.00、Al/(Al+Co)のモル比を
0.05とした。得られた焼成物のX線回折測定を行っ
たところ、JCPDSの16−0427に登録されたL
iCoO2のパターンと類似しており、LiCoO2と同
様の結晶構造を有することが解った。LiCoO2と類
似のピーク以外に不純物ピークは見られず、焼成物はL
iCo1-YAlY2(Y=0.05)であると考えられ
る。次に、実施例1と同様の方法で電池を作製し、実施
例3と同条件で充放電試験を行った。その結果を表13
に示す。
【0041】
【表13】
【0042】《比較例6》LiNiO2のNiの一部を
Bで置換した場合について説明する。LiNO3、Ni
(OH)2、およびH3BO3の混合物を酸素気流中にお
いて、650℃で焼成した。原料の混合比は、Li/
(B+Ni)のモル比を1.05のリチウム過剰とし、
B/(B+Ni)のモル比を0.05とした。焼成物の
X線回折測定を行ったところ、JCPDSの9−006
3に登録されたLiNiO2のパターンと類似してお
り、LiNiO2と同様の結晶構造を有することが解っ
た。LiNiO2と類似のピーク以外に不純物ピークは
見られず、焼成物はLiNi1-YY2(Y=0.0
5)であると考えられる。次に、実施例1と同様の方法
で電池を作製し、実施例3と同条件で充放電試験を行っ
た。その結果を後記表14に示す。
【0043】《比較例7》LiNiO2のNiの一部を
Coで置換した場合について説明する。LiNO3、N
i(OH)2、およびCo34の混合物を酸素気流中に
おいて、650℃で焼成した。原料の混合比は、Li/
(Co+Ni)のモル比を1.05のリチウム過剰と
し、Co/(Co+Ni)のモル比を0.10とした。
得られた焼成物のX線回折測定を行ったところ、JCP
DSの9−0063に登録されたパターンと類似してお
り、LiNiO2と同様の結晶構造であることが解っ
た。LiNiO2と類似のピーク以外に不純物ピークは
見られず、焼成物はLiNi1 -YCoY2(Y=0.1
0)であると考えられる。次に、実施例1と同様の方法
で電池を作製し、実施例3と同条件で充放電試験を行っ
た。その結果を表14に示す。
【0044】
【表14】
【0045】《比較例8》LiNiO2におけるNiを
Al,B,Co,Mgから選ばれる2種以上の元素で置
換した場合について説明する。Al源としてAl(NO
33、B源としてH3BO3、Co源としてCo34、M
g源としてMg(NO32をそれぞれ用いた。これらを
LiNO3、およびNi(OH)2と混合し、酸素気流
中、650℃で焼成した。原料の混合比はLi/(Ni
+(Al,B,Co,Mgから選ばれる2種以上の元素
の組合せ))のモル比を1.05のリチウム過剰とし、
Al,B,Co,Mgが目的の組成となるようにした。
得られた焼成物のX線回折測定を行ったところ、JCP
DSの9−0063に登録されたパターンと類似してお
り、LiNiO2と同様の結晶構造であることが解っ
た。また、面指数(104)で示されるピークに対する
面指数(003)で示されるピークの強度比は、いずれ
も1.25以上であった。LiNiO2と類似のピーク
以外に不純物ピークは見られず、焼成物は表15に示す
化合物であると考えられる。次に、実施例1と同様の方
法で電池を作製し、実施例3と同条件で充放電試験を行
った。その結果を表15に示す。
【0046】
【表15】
【0047】《比較例9》LiNiO2のNiの一部を
Alで置換した場合について説明する。LiNO3、N
i(OH)2、おとびAl(NO33の混合物を酸素気
流中、650℃で焼成した。原料の混合比は、Li/
(Al+Ni)のモル比を1.05のリチウム過剰と
し、Al/(Al+Ni)のモル比が0.1、0.2、
0.3、0.4、0.5となるようにした。得られた焼
成物のX線回折測定を行ったところ、JCPDSの9−
0063に登録されたパターンと類似しており、LiN
iO2と同様の結晶構造であることが解った。また、面
指数(104)で示されるピークに対する面指数(00
3)で示されるピークの強度比は、いずれも1.25以
上であった。LiNiO2と類似のピーク以外に不純物
ピークは見られず、焼成物はLiNi1-YAlY2(Y
=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)であると
考えられる。次に、実施例1と同様の方法で電池を作製
し、実施例3と同条件で充放電試験を行った。その結果
を表16に示す。
【0048】
【表16】
【0049】以上の実施例では、活物質を合成するため
の原料リチウム塩としてLiNO3、ニッケル塩として
Ni(OH)2をそれぞれ用いたが、リチウム塩として
は水酸化リチウム、炭酸リチウムや酸化リチウム、ニッ
ケル塩としては炭酸ニッケル、硝酸ニッケルや酸化ニッ
ケルなどをそれぞれを用いても同様の結果が得られる。
また、置換元素Mg,Ca,Ba,Sr,Al,Cr,
B,Coの原料として、上記実施例で用いた化合物以外
でも、硝酸塩、炭酸塩や酸化物などを用いても同様の結
果が得られる。電池構成に用いた材料についても、負極
については実施例では金属リチウムを用いたが、炭素材
料や黒鉛類縁化合物、アルミニウム、アルミニウム合金
その他充放電によりリチウムを可逆的に吸蔵・放出する
ことのできる材料を用いても同様の効果が得られる。ま
た、電解液についても実施例では溶媒としてプロピレン
カーボネート、溶質に過塩素酸リチウムを用いたが、溶
媒にエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メ
チルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、テトラヒ
ドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、γ-ブチロラ
クトン、ジオキソラン、ジメチルスルホキシド等この種
のリチウム電池に用いることのできる溶媒を、溶質には
六フッ化リン酸リチウム、4フッ化ホウ酸リチウム、ト
リフルオロメタンスルホン酸リチウム等のリチウム塩を
用いても同様に効果が得られる。さらに、電池の形態に
ついてもコイン型に限らず、円筒型、角型の電池におい
ても同様に効果が得られる。
【0050】
【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に、本発明によれば、低コストで高エネルギー密度を有
し、なおかつ高率充放電特性や高温作動時の特性の優れ
た非水電解質リチウム二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における電池の縦断面図であ
る。
【符号の説明】
1 正極 2 正極集電体 3 ケース 4 負極 5 負極集電体 6 封口板 7 セパレータ 8 ガスケット
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 修二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 豊口 ▲吉▼徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極、リチウムを可逆的に吸蔵・放出す
    ることのできる負極、および非水電解質を具備し、前記
    正極が式LiXNi1-YY2+Z(MはMg,Ca,S
    r,およびBaからなる群より選ばれる少なくとも1種
    の元素、0.05≦X≦1.1、0.01≦Y≦0.
    3、−0.3≦Z≦0.1)で表される化合物を含むこ
    とを特徴とする非水電解質リチウム二次電池。
  2. 【請求項2】 正極、リチウムを可逆的に吸蔵・放出す
    ることのできる負極、および非水電解質を具備し、前記
    正極が式LiXNi1-YY2+Z(MはAlおよびCrか
    らなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、0.05
    ≦X≦1.1、0.003≦Y<0.1、−0.3≦Z
    ≦0.1)で表される化合物を含むことを特徴とする非
    水電解質リチウム二次電池。
  3. 【請求項3】 正極、リチウムを可逆的に吸蔵・放出す
    ることのできる負極、および非水電解質を具備し、前記
    正極が、式LiXNi1-Y(AlabCocMgdY2+Z
    (ただし、0.05≦X≦1.1、0.01≦Y≦0.
    3、−0.3≦z≦0.1、(a+b+c+d)≦1で
    あり、a、b、cおよびdは3種以上が同時に0となら
    ない。)で表される化合物を含むことを特徴とする非水
    電解質リチウム二次電池。
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