JP2014044897A - Lithium composite oxide and method for producing the same, positive electrode active material for secondary battery including the lithium composite oxide, positive electrode for secondary battery including the same, and lithium ion secondary battery using the same as positive electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウム複合酸化物およびその製造方法、そのリチウム複合酸化物を含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極、ならびにそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium composite oxide and a method for producing the same, a positive electrode active material for a secondary battery including the lithium composite oxide, a positive electrode for a secondary battery including the lithium active material, and a lithium ion secondary battery using the positive electrode.
リチウム電池は、他の電池に比べて大きなエネルギー密度を持ち、軽く、長時間使用できるという特徴を有し、携帯電話、PHS、小型コンピューター等の携帯機器類用電源、電力貯蔵用電源、電気自動車用電源等として用いるために開発が進められている。 Lithium batteries have a high energy density compared to other batteries, are light and can be used for a long time, and are power sources for portable devices such as mobile phones, PHS and small computers, power storage power sources, electric vehicles Development is underway for use as a power source for automobiles.
このようなリチウム電池は、リチウム含有複合酸化物を含む正極活物質からなる正極と、カーボン等のリチウムを吸蔵・放出することができる材料を活物質とする負極と、非水電解液を含むセパレータまたは固体電解質とを、主要構成成分として備えている。
そして、これら構成要素のうち、正極活物質として検討されているものには、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)、リチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)等がある。特に、リチウムコバルト複合酸化物を正極に用いた電池については、優れた初期容量特性やサイクル特性を得るための開発がこれまで数多く行われており、すでに実用化に至っている。
しかし、コバルトが希少資源であるため、リチウムコバルト複合酸化物を正極に用いたリチウムイオン二次電池は高価である。そこで、コバルトよりも安価で高エネルギー密度を実現できる代替材料が求められており、すでにいくつかの提案がなされている。
Such a lithium battery includes a positive electrode made of a positive electrode active material containing a lithium-containing composite oxide, a negative electrode made of a material capable of occluding and releasing lithium such as carbon, and a separator containing a non-aqueous electrolyte. Alternatively, a solid electrolyte is provided as a main component.
Among these constituent elements, those studied as positive electrode active materials include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4). ) Etc. In particular, a battery using a lithium cobalt composite oxide as a positive electrode has been developed to obtain excellent initial capacity characteristics and cycle characteristics, and has already been put into practical use.
However, since cobalt is a rare resource, a lithium ion secondary battery using a lithium cobalt composite oxide for the positive electrode is expensive. Therefore, an alternative material that is cheaper than cobalt and can realize a high energy density has been demanded, and several proposals have already been made.
例えば特許文献1には、表面処理された非水電解質二次電池用の複合正極活物質の製造方法であって、正極活物質と表面処理成分とをあらかじめ混合し、次いで、高速せん断作用を有する装置で被覆処理することを特徴とする非水電解二次電池用のリチウム遷移金属複合酸化物である正極化物質の製造方法が記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method for producing a composite positive electrode active material for a surface-treated nonaqueous electrolyte secondary battery, in which a positive electrode active material and a surface treatment component are mixed in advance, and then has a high-speed shearing action. A method for producing a positive electrode material, which is a lithium transition metal composite oxide for a non-aqueous electrolytic secondary battery, characterized in that it is coated with an apparatus is described.
しかしながら、特許文献1等に記載のリチウム複合酸化物を正極活物質として用いた電池の体積当たり放電容量は、十分には高くない。また、本発明者は、特許文献1等に記載のリチウム複合酸化物を正極活物質として用いた電池では、常温より高い温度で使用したときのサイクル特性が低いという問題点があることを見出した。 However, the discharge capacity per volume of the battery using the lithium composite oxide described in Patent Document 1 or the like as the positive electrode active material is not sufficiently high. Further, the present inventor has found that the battery using the lithium composite oxide described in Patent Document 1 or the like as the positive electrode active material has a problem that the cycle characteristics are low when used at a temperature higher than room temperature. .
本発明は、上記のような従来のリチウム複合酸化物の問題点を解決するものである。すなわち、それを正極活物質として用いた場合に、体積当たりの放電容量が高く、さらに常温よりも高い温度雰囲気内で使用したときのサイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるリチウム複合酸化物およびその製造方法を提供することを目的とする。また、このようなリチウム複合酸化物を含む正極活物質を提供することを目的とする。また、この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用正極を提供することを目的とする。さらに、この正極を用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the conventional lithium composite oxide as described above. That is, when it is used as a positive electrode active material, a lithium composite battery capable of obtaining a lithium ion secondary battery having a high discharge capacity per volume and excellent cycle characteristics when used in a temperature atmosphere higher than room temperature. It is an object to provide an oxide and a method for producing the oxide. Moreover, it aims at providing the positive electrode active material containing such a lithium complex oxide. Moreover, it aims at providing the positive electrode for lithium ion secondary batteries using this positive electrode active material. Furthermore, it aims at providing the lithium ion secondary battery using this positive electrode.
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は以下の(1)〜(11)である。
(1)コアと、前記コアを被覆するシェルとから構成される粒子状のリチウム複合酸化物を主成分とするハイブリッド型リチウム複合酸化物であって、
前記コアは、スピネル型リチウム複合酸化物、逆スピネル型リチウム複合酸化物、ケイ酸塩型リチウム複合酸化物、およびオリビン型リチウム複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とするリチウム複合酸化物Aからなり、
前記シェルは、層状リチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Bからなる、ハイブリッド型リチウム複合酸化物。
(2)前記コアに対する前記シェルの被覆率が15%以上である、上記(1)に記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物。
(3)前記コアは、下記式(I)で表されるリチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Aからなり、
前記シェルは、下記式(II)で表されるリチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Bからなる、上記(1)または(2)に記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物。
式(I):Li(x+y)M1 (2-y-p)M2 pO(4-a)
式(II):Li(1+z)M1 (1-z-q)M2 qO(2-b)
ただし、式(I)および式(II)において、M1はMn、Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、M2はB、P、Pb、Sb、SiおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、1.0≦x≦2.0、0≦y≦0.2、0≦z≦0.34、0≦p≦1.0、0≦q≦1.0、0<1−z−q、0≦a≦1.0、0≦b≦1.0である。
(4)前記コアは、前記式(I)で表されるスピネル型リチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Aからなる、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物。
(5)前記コアと前記シェルとの質量比が9.9:0.1〜6:4である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物。
(6)リチウム源を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥し、焼成して、前記リチウム複合酸化物Aを得る調整工程[1]と、
リチウム源を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥し、焼成して、前記リチウム複合酸化物Bを得る調整工程[2]と、
前記リチウム複合酸化物Aと前記リチウム複合酸化物Bとを含む混合体を得た後、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加えて、上記(1)〜(5)のいずれかに記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物を得るメカノフュージョン工程と、
を備える、ハイブリッド型リチウム複合酸化物の製造方法。
(7)前記メカノフュージョン工程が、
前記リチウム複合酸化物Aと前記リチウム複合酸化物Bとを含む混合体を得た後、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加え、その後、さらに前記リチウム複合酸化物Bを加えて、再度、圧縮力およびせん断力を加える工程である、上記(6)に記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物の製造方法。
(8)上記(6)または(7)に記載に製造方法によって得られる、ハイブリッド型リチウム複合酸化物。
(9)上記(1)、(2)、(3)、(4)、(5)または(8)に記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物を含む正極活物質。
(10)上記(9)に記載の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用正極。
(11)上記(10)に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、電解液とを有する、リチウムイオン二次電池。
The inventor has intensively studied to solve the above-mentioned problems, and has completed the present invention.
The present invention includes the following (1) to (11).
(1) A hybrid type lithium composite oxide mainly composed of particulate lithium composite oxide composed of a core and a shell covering the core,
The core is lithium mainly composed of at least one selected from the group consisting of spinel lithium composite oxide, reverse spinel lithium composite oxide, silicate lithium composite oxide, and olivine lithium composite oxide. Composed of complex oxide A,
The shell is a hybrid type lithium composite oxide comprising a lithium composite oxide B mainly composed of a layered lithium composite oxide.
(2) The hybrid lithium composite oxide according to the above (1), wherein the covering ratio of the shell to the core is 15% or more.
(3) The core is composed of a lithium composite oxide A mainly composed of a lithium composite oxide represented by the following formula (I):
The shell is a hybrid lithium composite oxide according to the above (1) or (2), which is composed of a lithium composite oxide B mainly composed of a lithium composite oxide represented by the following formula (II).
Formula (I): Li (x + y) M 1 (2-yp) M 2 p O (4-a)
Formula (II): Li (1 + z) M 1 (1-zq) M 2 q O (2-b)
However, in Formula (I) and Formula (II), M 1 is at least one element selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, Mg, Fe, Al, and Cr, and M 2 is B, P, Pb , Sb, Si and V, at least one element selected from the group consisting of 1.0 ≦ x ≦ 2.0, 0 ≦ y ≦ 0.2, 0 ≦ z ≦ 0.34, 0 ≦ p ≦ 1 0.0, 0 ≦ q ≦ 1.0, 0 <1-zq, 0 ≦ a ≦ 1.0, and 0 ≦ b ≦ 1.0.
(4) The hybrid according to any one of (1) to (3), wherein the core is made of a lithium composite oxide A mainly composed of a spinel type lithium composite oxide represented by the formula (I). Type lithium composite oxide.
(5) The hybrid lithium composite oxide according to any one of (1) to (4), wherein a mass ratio of the core to the shell is 9.9: 0.1 to 6: 4.
(6) An adjustment step [1] in which the lithium source is pulverized and mixed in a solvent, and the resulting slurry is dried and fired to obtain the lithium composite oxide A;
An adjustment step [2] in which a lithium source is pulverized and mixed in a solvent, and the resulting slurry is dried and fired to obtain the lithium composite oxide B.
After obtaining the mixture containing the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B, a compressive force and a shear force are applied to the mixture, and the mixture according to any one of (1) to (5) above. A mechanofusion process for obtaining a hybrid lithium composite oxide;
A method for producing a hybrid lithium composite oxide.
(7) The mechano-fusion step is
After obtaining a mixture containing the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B, a compressive force and a shear force are applied to the mixture, and then the lithium composite oxide B is further added. The method for producing a hybrid lithium composite oxide according to (6), which is a step of applying a compressive force and a shearing force.
(8) A hybrid lithium composite oxide obtained by the production method described in (6) or (7) above.
(9) A positive electrode active material comprising the hybrid lithium composite oxide according to (1), (2), (3), (4), (5) or (8).
(10) A positive electrode for a lithium ion secondary battery using the positive electrode active material according to (9) above.
(11) A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to (10) above, a negative electrode, and an electrolytic solution.
本発明によれば、それを正極活物質として用いた場合に、体積当たりの放電容量が高く、さらに常温よりも高い温度雰囲気内で使用したときのサイクル特性が優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるリチウム複合酸化物およびその製造方法を提供することができる。また、このようなリチウム複合酸化物を含む正極活物質を提供することができる。また、この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用正極を提供することができる。さらに、この正極を用いたリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, when it is used as a positive electrode active material, a lithium ion secondary battery having a high discharge capacity per volume and excellent cycle characteristics when used in a temperature atmosphere higher than room temperature is obtained. It is possible to provide a lithium composite oxide and a method for producing the same. Moreover, the positive electrode active material containing such a lithium composite oxide can be provided. Moreover, the positive electrode for lithium ion secondary batteries using this positive electrode active material can be provided. Furthermore, a lithium ion secondary battery using this positive electrode can be provided.
本発明について説明する。
本発明は、コアと、前記コアを被覆するシェルとから構成される粒子状のリチウム複合酸化物を主成分とするハイブリッド型リチウム複合酸化物であって、前記コアは、スピネル型リチウム複合酸化物、逆スピネル型リチウム複合酸化物、ケイ酸塩型リチウム複合酸化物、およびオリビン型リチウム複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とするリチウム複合酸化物Aからなり、前記シェルは、層状リチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Bからなる、ハイブリッド型リチウム複合酸化物である。
このようなハイブリッド型リチウム複合酸化物を、以下では「本発明の複合酸化物」ともいう。
The present invention will be described.
The present invention relates to a hybrid type lithium composite oxide composed mainly of a particulate lithium composite oxide composed of a core and a shell covering the core, wherein the core is a spinel type lithium composite oxide. , A lithium composite oxide A mainly composed of at least one selected from the group consisting of reverse spinel type lithium composite oxide, silicate type lithium composite oxide, and olivine type lithium composite oxide, The hybrid lithium composite oxide is composed of lithium composite oxide B mainly composed of layered lithium composite oxide.
Hereinafter, such a hybrid lithium composite oxide is also referred to as “the composite oxide of the present invention”.
<本発明の複合酸化物>
本発明の複合酸化物はタップ密度が高く、さらに、それを正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池は、常温よりも高い温度(55℃程度)でのサイクル特性が特に優れることを本発明者は見出した。タップ密度(g/ml)が高いので、タップ密度と初期放電容量(mAh/g)との積である体積当たりの放電容量(mAh/ml)が高くなる。例えば二次電池を電気自動車の電池として用いる場合、限られたスペースにどれだけの電気量を収納できるかが重要となるので、単位体積当たりの放電容量がより高いことが好ましい。本発明の複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池は、この単位体積当たりの放電容量が高く、かつ常温よりも高い温度でのサイクル特性(以下、単に「高温サイクル特性」ともいう)に優れる。
また、本発明の複合酸化物は、スピネル型リチウム複合酸化物の表面を層状リチウム複合酸化物が被覆している場合、Mn溶出量が少なくなり、高温サイクル特性が高まる傾向があると推定される。
<Composite oxide of the present invention>
The composite oxide of the present invention has a high tap density, and furthermore, a lithium ion secondary battery using the same as a positive electrode active material has excellent cycle characteristics at a temperature higher than room temperature (about 55 ° C.). Found. Since the tap density (g / ml) is high, the discharge capacity per unit volume (mAh / ml), which is the product of the tap density and the initial discharge capacity (mAh / g), becomes high. For example, when a secondary battery is used as a battery for an electric vehicle, it is important how much electricity can be stored in a limited space. Therefore, it is preferable that the discharge capacity per unit volume be higher. The secondary battery using the composite oxide of the present invention as the positive electrode active material has a high discharge capacity per unit volume and a cycle characteristic at a temperature higher than room temperature (hereinafter also simply referred to as “high temperature cycle characteristic”). Excellent.
The composite oxide of the present invention is presumed that when the surface of the spinel type lithium composite oxide is coated with the layered lithium composite oxide, the elution amount of Mn decreases and the high-temperature cycle characteristics tend to increase. .
本発明の複合酸化物について説明する。
本発明の複合酸化物は、コアと、前記コアを被覆するシェルとから構成される粒子状のリチウム複合酸化物を主成分とする。
The composite oxide of the present invention will be described.
The composite oxide of the present invention is mainly composed of a particulate lithium composite oxide composed of a core and a shell covering the core.
本発明の複合酸化物では、コアをシェルが覆っている状態であるが、その被覆率(コアに対するシェルの被覆率)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることがより好ましく、20%以上であることがさらに好ましい。
体積当たりの放電容量がより高く、さらに常温よりも高い温度雰囲気内で使用したときのサイクル特性がより優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるからである。
In the composite oxide of the present invention, the core is in a state where the shell covers the core, but the coverage (the coverage of the shell with respect to the core) is preferably 15% or more, and more preferably 18% or more. Preferably, it is more preferably 20% or more.
This is because it is possible to obtain a lithium ion secondary battery having a higher discharge capacity per volume and a more excellent cycle characteristic when used in a temperature atmosphere higher than room temperature.
コアに対するシェルの被覆率は、次のように測定して得た値を意味するものとする。
本発明の複合酸化物および層状リチウム複合酸化物の各々のX線光電子分光スペクトル(XPS)測定を行い、Co2pおよびMn3pのスペクトル面積から、各々のCo/Mnの表面組成比を算出する。そして、次の式より、被覆率を算出する。
被覆率(%)=(本発明の複合酸化物のCo/Mn組成比)/(層状リチウム複合酸化物のCo/Mn組成比)×100
The covering ratio of the shell to the core means a value obtained by measuring as follows.
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement of each of the composite oxide and the layered lithium composite oxide of the present invention is performed, and the surface composition ratio of each Co / Mn is calculated from the spectrum area of Co 2p and Mn 3p . Then, the coverage is calculated from the following equation.
Coverage (%) = (Co / Mn composition ratio of composite oxide of the present invention) / (Co / Mn composition ratio of layered lithium composite oxide) × 100
また、前記コアと前記シェルとの質量比が9.9:0.1〜6:4であることが好ましく、9.5:0.5〜6.5:3.5であることがより好ましく、9:1〜7:3であることがさらに好ましい。
体積当たりの放電容量がより高く、さらに常温よりも高い温度雰囲気内で使用したときのサイクル特性がより優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるからである。
Moreover, it is preferable that mass ratio of the said core and the said shell is 9.9: 0.1-6: 4, and it is more preferable that it is 9.5: 0.5-6.5: 3.5. 9: 1 to 7: 3 is more preferable.
This is because it is possible to obtain a lithium ion secondary battery having a higher discharge capacity per volume and a more excellent cycle characteristic when used in a temperature atmosphere higher than room temperature.
本発明の複合酸化物は、前記コアと前記シェルとから構成される粒子状のリチウム複合酸化物を主成分とするが、ここで「主成分」とは、含有率が70質量%以上であることを意味する。すなわち、本発明の複合酸化物において、前記コアと前記シェルとから構成される粒子状のリチウム複合酸化物の含有率は70質量%以上である。この含有率は80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがより好ましく、100質量%である、すなわち、本発明の複合酸化物は、実質的に前記コアと前記シェルとから構成される粒子状のリチウム複合酸化物からなることがさらに好ましい。ここで「実質的に」とは、原料や製造過程から不可避的に含まれる不純物や破損物は含まれ得ることを意味する。なお、以下に示す本発明の説明において「主成分」および「実質的に」は、このような意味で用いる。 The composite oxide of the present invention has a particulate lithium composite oxide composed of the core and the shell as a main component. Here, the “main component” has a content of 70% by mass or more. Means that. That is, in the composite oxide of the present invention, the content of the particulate lithium composite oxide composed of the core and the shell is 70% by mass or more. This content is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, and 100% by mass. That is, the composite oxide of the present invention is more preferably composed of a particulate lithium composite oxide substantially composed of the core and the shell. Here, “substantially” means that impurities and damages inevitably included from the raw materials and the manufacturing process can be included. In the following description of the present invention, “main component” and “substantially” are used in this sense.
本発明の複合酸化物は、前記コアと前記シェルとから構成される粒子状のリチウム複合酸化物以外のものを含んでもよい。例えば、前記コアのみのもの(シェルを有していないもの)や、前記シェルのみのもの(コアを有していないもの)が挙げられる。 The composite oxide of the present invention may include other than the particulate lithium composite oxide composed of the core and the shell. For example, the thing only of the said core (thing which does not have a shell), and the thing only of the said shell (thing which does not have a core) are mentioned.
<コア>
本発明の複合酸化物におけるコアについて説明する。
本発明の複合酸化物において前記コアは、スピネル型リチウム複合酸化物、逆スピネル型リチウム複合酸化物、ケイ酸塩型リチウム複合酸化物、およびオリビン型リチウム複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とするリチウム複合酸化物Aからなる。
<Core>
The core in the composite oxide of the present invention will be described.
In the composite oxide of the present invention, the core is at least one selected from the group consisting of spinel type lithium composite oxide, reverse spinel type lithium composite oxide, silicate type lithium composite oxide, and olivine type lithium composite oxide. It consists of lithium composite oxide A whose main component is one.
スピネル型リチウム複合酸化物とは、立方晶系の構造を備え、空間群Fd−3mの対称性を有するものである。理想的な構造では、アニオンであるO(酸素)が立方最密充填し、その隙間にカチオンが充填されていると考えられる。
また、従来、作動電位が5Vレベルと高い5V型または5V級と呼ばれる場合がある置換型のスピネル型リチウム複合酸化物も、本発明におけるスピネル型リチウム複合酸化物に含まれるものとする。
スピネル型リチウム複合酸化物は、式(I)で表されるスピネル型リチウム複合酸化物であることが好ましい。
式(I)で表されるスピネル型リチウム複合酸化物については、後に詳細に説明する。
The spinel-type lithium composite oxide has a cubic structure and has a space group Fd-3m symmetry. In an ideal structure, it is considered that O (oxygen) which is an anion is close-packed in cubic, and cations are filled in the gaps.
In addition, a substitution-type spinel lithium composite oxide, which is sometimes referred to as a 5V type or 5V class, which has a high operating potential of 5V level, is also included in the spinel type lithium composite oxide in the present invention.
The spinel type lithium composite oxide is preferably a spinel type lithium composite oxide represented by the formula (I).
The spinel type lithium composite oxide represented by the formula (I) will be described in detail later.
逆スピネル型リチウム複合酸化物とは、空間群Fd−3mをとり、LiAMB4(Mは遷移元素)の一般式において、Aが四面体サイト、M(遷移元素)とリチウムがランダムに八面体サイトを占める構造を備えるものである。
逆スピネル型リチウム複合酸化物は、式(I)で表される逆スピネル型リチウム複合酸化物であることが好ましい。
式(I)で表される逆スピネル型リチウム複合酸化物については、後に詳細に説明する。
The reverse spinel type lithium composite oxide takes a space group Fd-3m, and in the general formula of LiAMB 4 (M is a transition element), A is a tetrahedral site, and M (transition element) and lithium are octahedral sites randomly. The structure which occupies is provided.
The reverse spinel type lithium composite oxide is preferably a reverse spinel type lithium composite oxide represented by the formula (I).
The reverse spinel type lithium composite oxide represented by the formula (I) will be described in detail later.
ケイ酸塩型リチウム複合酸化物とは、Li2MSiO4(M:Mn、Fe、Co、Ni等の遷移元素)と表され、結晶学的には斜方晶、空間群Pmn21に属し、Li3PO4と類似した構造である。酸素原子は共有結合によりとSiと結合し、(SiO4)4-ポリアニオンを形成している。
ケイ酸塩型リチウム複合酸化物は、式(I)で表されるケイ酸塩型リチウム複合酸化物であることが好ましい。
式(I)で表されるケイ酸塩型リチウム複合酸化物については、後に詳細に説明する。
The silicate-type lithium composite oxide is expressed as Li 2 MSiO 4 (M: transition element such as Mn, Fe, Co, Ni, etc.), crystallographically belonging to orthorhombic crystal, space group Pmn2 1 , The structure is similar to Li 3 PO 4 . Oxygen atoms are bonded to Si by covalent bonds to form (SiO 4 ) 4- polyanions.
The silicate type lithium composite oxide is preferably a silicate type lithium composite oxide represented by the formula (I).
The silicate type lithium composite oxide represented by the formula (I) will be described in detail later.
オリビン型リチウム複合酸化物とは、LiMPO4(M:Mn、Fe、Co、Ni等の遷移元素)と表され、結晶学的には斜方晶、空間群Pnma(No.62)に属し、MO6八面体が頂点共有によってジグザグに連なっていて、bc面に平行な層を形成し、この八面体とPO4四面体は頂点共有で結合しており、これによって三次元のネットワークを形成され、MとPとがOを介した結合を有している構造を備えるものである。
オリビン型リチウム複合酸化物は、式(I)で表されるオリビン型リチウム複合酸化物であることが好ましい。
式(I)で表されるオリビン型リチウム複合酸化物については、後に詳細に説明する。
The olivine type lithium composite oxide is expressed as LiMPO 4 (M: transition element such as Mn, Fe, Co, Ni, etc.), crystallographically belonging to orthorhombic, space group Pnma (No. 62), MO 6 octahedrons are connected zigzag by vertex sharing, forming a layer parallel to the bc plane, and this octahedron and PO 4 tetrahedron are joined by vertex sharing, thereby forming a three-dimensional network. , M and P have a structure having a bond through O.
The olivine-type lithium composite oxide is preferably an olivine-type lithium composite oxide represented by the formula (I).
The olivine type lithium composite oxide represented by the formula (I) will be described in detail later.
前記コアは、下記式(I)で表されるリチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Aからなることが好ましい。 The core is preferably made of a lithium composite oxide A mainly composed of a lithium composite oxide represented by the following formula (I).
式(I):Li(x+y)M1 (2-y-p)M2 pO(4-a) Formula (I): Li (x + y) M 1 (2-yp) M 2 p O (4-a)
式(I)においてxは、1.0≦x≦2.0の範囲であるが、1.0≦x≦1.2であることが好ましく、1.0≦x≦1.1であることがより好ましく、x=1.0であることがさらに好ましい。xが1.0に近いほどリチウム複合酸化物はスピネル型に近い。xが2.0に近いほどリチウム複合酸化物はケイ酸塩型に近い。 In the formula (I), x is in the range of 1.0 ≦ x ≦ 2.0, preferably 1.0 ≦ x ≦ 1.2, and 1.0 ≦ x ≦ 1.1. Is more preferable, and it is more preferable that x = 1.0. The closer x is to 1.0, the closer the lithium composite oxide is to the spinel type. The closer x is to 2.0, the closer the lithium composite oxide is to the silicate type.
式(I)においてyは、0≦y≦0.2の範囲であるが、0<y≦0.2であることが好ましく、0.03≦y≦0.15であることがより好ましい。
yは、M1と置換しているLi量を意味する。本発明の複合酸化物において式(I)で表されるリチウム複合酸化物は、M1の一部がLiと置換していることが好ましい。すなわち、リチウムイオン電池の正極活物質として用いられるリチウム複合酸化物の組成式におけるLiの原子数(組成比)の理論値より過剰のLiが含まれていることが好ましい。この場合、過剰のLiの一部または全部に見合う分だけM1量を少なくすることにより、Liの少なくとも一部がM1と置換した構造をとる。
Liの置換量(y)が多くなると、電池の充放電容量は若干低下するものの、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。しかしながら、yが0.2より大きくなっても常温よりも高温でのサイクル特性は大きくは向上し難い傾向がある。また、Li総量(x+y)が1.0未満になると不純物となる異相が生成され、電池の充放電性能が低下する傾向がある。
In the formula (I), y is in the range of 0 ≦ y ≦ 0.2, preferably 0 <y ≦ 0.2, and more preferably 0.03 ≦ y ≦ 0.15.
y means the amount of Li substituted for M 1 . In the composite oxide of the present invention, in the lithium composite oxide represented by the formula (I), a part of M 1 is preferably substituted with Li. That is, it is preferable that excess Li is contained from the theoretical value of the number of atoms (composition ratio) of Li in the composition formula of the lithium composite oxide used as the positive electrode active material of the lithium ion battery. In this case, the structure is such that at least a part of Li is replaced with M 1 by reducing the amount of M 1 by an amount corresponding to a part or all of the excess Li.
When the substitution amount (y) of Li increases, the charge / discharge capacity of the battery slightly decreases, but the cycle characteristics at a higher temperature than normal temperature tend to be improved. However, even if y is larger than 0.2, the cycle characteristics at a temperature higher than normal temperature tend to be hardly improved. Moreover, when Li total amount (x + y) becomes less than 1.0, the heterogeneous phase which becomes an impurity will be produced | generated and there exists a tendency for the charge / discharge performance of a battery to fall.
式(I)において、M1はMn、Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、Mnおよび/またはAlを含むことが好ましい。 In the formula (I), M 1 is at least one element selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, Mg, Fe, Al and Cr, and preferably contains Mn and / or Al.
M1の存在量である2−y−pは0よりも大きい。2−y−pの下限は0.66であることが好ましく、0.8であることがより好ましい。2−y−pが小さすぎると容量が保持できないからである。
また、2−y−pの上限は2.0であるが、1.95であることが好ましく、1.90であることがより好ましい。2−y−pが大きすぎるとサイクル特性が劣化するからである。
2-yp which is the abundance of M 1 is larger than 0. The lower limit of 2-yp is preferably 0.66, and more preferably 0.8. This is because the capacity cannot be maintained if 2-yp is too small.
Moreover, although the upper limit of 2-yp is 2.0, it is preferable that it is 1.95, and it is more preferable that it is 1.90. This is because if 2-yp is too large, the cycle characteristics deteriorate.
M1がMnを含む場合、式(I)は次のような式(I−1)と表すことができる。
式(I−1):Li(x+y)Mn(2-y-p-r)M11 rM2 pO(4-a)
式(I−1)においてM11はM1におけるMn以外の元素、すなわち、Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、rはM11の置換量を意味し、0≦r≦2.0である。
また、0<2−y−p−rとする。2−y−p−rの好ましい上限と好ましい下限については、前述の2−y−pの場合と同様である。
When M 1 contains Mn, the formula (I) can be expressed as the following formula (I-1).
Formula (I-1): Li ( x + y) Mn (2-ypr) M 11 r M 2 p O (4-a)
In Formula (I-1), M 11 is an element other than Mn in M 1 , that is, at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mg, Fe, Al, and Cr, and r is a substitution of M 11 Means quantity, 0 ≦ r ≦ 2.0.
In addition, 0 <2-ypr. The preferable upper limit and the preferable lower limit of 2-ypr are the same as those of 2-yp described above.
M11の置換量であるr(M11として複数種類の元素を含む場合は、それらの合計)は好ましくは0≦r≦1.0、より好ましくは0.02≦r≦0.2、さらに好ましくは0.1程度である。正極活物質として用いたときに、一定の放電容量を確保し、常温よりも高温でのサイクル特性を維持することができるからである。なお、M11の置換量が多くなり過ぎると、正極活物質として用いたときの電池の常温よりも高温でのサイクル特性は向上するものの、電池の放電容量が低下してしまう場合がある。 (If it contains a plurality of kinds of element as M 11, their sum) r is a replacement amount of M 11 is preferably 0 ≦ r ≦ 1.0, more preferably 0.02 ≦ r ≦ 0.2, further Preferably it is about 0.1. This is because when used as a positive electrode active material, a certain discharge capacity can be secured and cycle characteristics at a temperature higher than normal temperature can be maintained. If the amount of M 11 substitution is too large, the cycle characteristics at a higher temperature than the normal temperature of the battery when used as the positive electrode active material are improved, but the discharge capacity of the battery may be reduced.
式(I)において、元素M2はB、P、Pb、Sb、SiおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素である。これらの中で好ましい元素はBである。 In the formula (I), the element M 2 is at least one element selected from the group consisting of B, P, Pb, Sb, Si and V. Of these, B is a preferred element.
M2の置換量であるp(M2として複数種類の元素を含む場合は、それらの合計)は0≦p≦1.0であり、上限は0.1であることが好ましく、0.05であることがより好ましい。正極活物質として用いたときに、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。置換量pが高すぎると正極活物質として用いたときのリチウムイオン二次電池の放電容量が低下する傾向がある。
なお、pは0となる場合がある。この場合、式(I)で表されるリチウム複合酸化物はM2を含まない。すなわち、式(I)で表されるリチウム複合酸化物は、Li(x+y)M1 (2-y)O(4-a)で表される組成となる場合もある。
(If it contains a plurality of kinds of element as M 2 are their sum) p substituted amount of M 2 is 0 ≦ p ≦ 1.0, preferably the upper limit is 0.1, 0.05 It is more preferable that This is because when used as a positive electrode active material, the cycle characteristics at a higher temperature than normal temperature tend to be improved. When the substitution amount p is too high, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery when used as the positive electrode active material tends to decrease.
Note that p may be 0. In this case, the lithium composite oxide represented by the formula (I) does not contain M 2 . That is, the lithium composite oxide represented by the formula (I) may have a composition represented by Li (x + y) M 1 (2-y) O (4-a) .
式(I)において、aはO(酸素)の欠損量を示している。
式(I)においてaは0≦a≦1.0を満たし、a=0であることが好ましい。
酸素欠損量が小さいと(すなわちaが小さいと)充放電試験における3.2V以下容量が小さくなる傾向がある。酸素欠損量が小さいと結晶構造が安定し、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。
In the formula (I), a represents the amount of O (oxygen) deficiency.
In the formula (I), a satisfies 0 ≦ a ≦ 1.0 and is preferably a = 0.
When the amount of oxygen deficiency is small (that is, when a is small), the capacity of 3.2 V or less in the charge / discharge test tends to be small. When the amount of oxygen vacancies is small, the crystal structure is stable, and the cycle characteristics at a temperature higher than normal temperature tend to be improved.
式(I)で表されるリチウム複合酸化物は、式(I)で表されるスピネル型リチウム複合酸化物、式(I)で表される逆スピネル型リチウム複合酸化物、式(I)で表されるケイ酸塩型リチウム複合酸化物、または式(I)で表されるオリビン型リチウム複合酸化物であることが好ましい。
これらの中でも、式(I)で表されるリチウム複合酸化物は、式(I)で表されるスピネル型リチウム複合酸化物であることがより好ましい。
すなわち、前記コアは、前記式(I)で表されるスピネル型リチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Aからなるものであることが好ましい。
The lithium composite oxide represented by the formula (I) includes the spinel lithium composite oxide represented by the formula (I), the reverse spinel lithium composite oxide represented by the formula (I), and the formula (I). It is preferably a silicate type lithium composite oxide represented by formula (I) or an olivine type lithium composite oxide represented by formula (I).
Among these, the lithium composite oxide represented by the formula (I) is more preferably a spinel type lithium composite oxide represented by the formula (I).
That is, it is preferable that the core is made of a lithium composite oxide A whose main component is a spinel type lithium composite oxide represented by the formula (I).
式(I)で表されるスピネル型リチウム複合酸化物、式(I)で表される逆スピネル型リチウム複合酸化物、式(I)で表されるケイ酸塩型リチウム複合酸化物、または式(I)で表されるオリビン型リチウム複合酸化物として、具体的には、LiMn2-αMαO4(M:Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素)、LiMnMPO4(M:Ni、CoおよびFeからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素)、Li2MSiO4(M:本発明の複合酸化物におけるM1およびM2からなる群から選ばれる少なくとも1つ。)が例示され、より具体的には、LiMn2O4、Li1.03Mn1.86Al0.10O4、Li1.06Mn1.83Al0.10B0.01O4、LiMn(Ni、Co)VO4が例示される。 Spinel type lithium composite oxide represented by formula (I), reverse spinel type lithium composite oxide represented by formula (I), silicate type lithium composite oxide represented by formula (I), or formula Specifically, as the olivine type lithium composite oxide represented by (I), LiMn 2−α M α O 4 (M: at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Mg, Fe, Al and Cr) Two elements), LiMnMPO 4 (M: at least one element selected from the group consisting of Ni, Co and Fe), Li 2 MSiO 4 (M: selected from the group consisting of M 1 and M 2 in the composite oxide of the present invention) More specifically, LiMn 2 O 4 , Li 1.03 Mn 1.86 Al 0.10 O 4 , Li 1.06 Mn 1.83 Al 0.10 B 0.01 O 4 , LiMn (Ni, Co) VO 4 Exemplified .
<シェル>
本発明の複合酸化物におけるシェルについて説明する。
本発明の複合酸化物において前記シェルは、層状リチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Bからなる。
<Shell>
The shell in the composite oxide of the present invention will be described.
In the composite oxide of the present invention, the shell is composed of a lithium composite oxide B mainly composed of a layered lithium composite oxide.
層状リチウム複合酸化物とは、α−NaFeO2型(空間群R−3m)とも呼ばれる、酸化物イオンが六方晶構造をとり、立方最密充填となっていると考えられるものである。
また、LiCoO2やLiNiO2をベースとする固溶体化合物も、本発明における層状リチウム複合酸化物に含まれるものする。この固溶体化合物には、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2等が含まれる。LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2の固溶体化合物は、空間群R−3mとも呼ばれる酸化物イオンが六方晶構造をとり、立方最密充填となっていると考えられる。また、固溶体化合物として、γLi4/3M2/3O2・(1−γ)LiMO2(0<γ<1。Mは本発明の複合酸化物におけるM1およびM2からなる群から選ばれる少なくとも1つ。)の態様のものが含まれるとする。
層状リチウム複合酸化物は、式(II)で表される層状リチウム複合酸化物であることが好ましい。
式(II)で表される層状リチウム複合酸化物については、後に詳細に説明する。
The layered lithium composite oxide is considered to be an α-NaFeO 2 type (space group R-3m), in which oxide ions have a hexagonal crystal structure and are cubic close packed.
Further, a solid solution compound based on LiCoO 2 or LiNiO 2 is also included in the layered lithium composite oxide in the present invention. This solid solution compound includes LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and the like. The solid solution compound of LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 and LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 has a hexagonal structure in which oxide ions, also called space group R-3m, have cubic close packing. It is thought that there is. Further, as the solid solution compound, γLi 4/3 M 2/3 O 2. (1-γ) LiMO 2 (0 <γ < 1. M is selected from the group consisting of M 1 and M 2 in the composite oxide of the present invention. And at least one of the above embodiments).
The layered lithium composite oxide is preferably a layered lithium composite oxide represented by the formula (II).
The layered lithium composite oxide represented by the formula (II) will be described in detail later.
前記シェルは、下記式(II)で表されるリチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Bからなることが好ましい。 The shell is preferably made of a lithium composite oxide B mainly composed of a lithium composite oxide represented by the following formula (II).
式(II):Li(1+z)M1 (1-z-q)M2 qO(2-b) Formula (II): Li (1 + z) M 1 (1-zq) M 2 q O (2-b)
式(II)においてzは、0≦z≦0.34の範囲であるが、0<z≦(1/3)であることが好ましく、0.05≦z≦0.15であることがより好ましい。
zは、M1と置換しているLi量を意味する。本発明の複合酸化物において式(II)で表されるリチウム複合酸化物は、M1の一部がLiと置換していることが好ましい。すなわち、リチウムイオン電池の正極活物質として用いられるリチウム複合酸化物の組成式におけるLiの原子数(組成比)の理論値より過剰のLiが含まれていることが好ましい。この場合、過剰のLiの一部または全部に見合う分だけM1量を少なくすることにより、Liの少なくとも一部がM1と置換した構造をとる。
Liの置換量(z)が多くなると、電池の充放電容量は若干低下するものの、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。しかしながら、zが0.34より大きくなっても常温よりも高温でのサイクル特性は大きくは向上し難い傾向がある。また、Li総量(1+z)が1.0未満になると不純物となる異相が生成され、電池の充放電性能が低下する傾向がある。
In the formula (II), z is in the range of 0 ≦ z ≦ 0.34, preferably 0 <z ≦ (1/3), and more preferably 0.05 ≦ z ≦ 0.15. preferable.
z means the amount of Li substituted for M 1 . In the composite oxide of the present invention, in the lithium composite oxide represented by the formula (II), a part of M 1 is preferably substituted with Li. That is, it is preferable that excess Li is contained from the theoretical value of the number of atoms (composition ratio) of Li in the composition formula of the lithium composite oxide used as the positive electrode active material of the lithium ion battery. In this case, the structure is such that at least a part of Li is replaced with M 1 by reducing the amount of M 1 by an amount corresponding to a part or all of the excess Li.
When the substitution amount (z) of Li increases, the charge / discharge capacity of the battery slightly decreases, but the cycle characteristics at a higher temperature than normal temperature tend to be improved. However, even if z is larger than 0.34, the cycle characteristics at a temperature higher than normal temperature tend to be hardly improved. Further, when the total amount of Li (1 + z) is less than 1.0, a heterogeneous phase that is an impurity is generated, and the charge / discharge performance of the battery tends to be reduced.
式(II)において、M1はMn、Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、Mn、NiおよびCoからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であることが好ましい。 In the formula (II), M 1 is at least one element selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, Mg, Fe, Al and Cr, and at least one element selected from the group consisting of Mn, Ni and Co It is preferable that
なお、式(I)におけるM1と、式(II)におけるM1とは、同じであっても異なっていてもよい。例えば式(I)におけるM1がMn(例えばリチウム複合酸化物がLi1.03Mn1.87Al0.10O4)であり、式(II)におけるM1が、NiおよびCo(例えばリチウム複合酸化物がLiNi0.5Co0.5O2)や、Mn、NiおよびCo(例えばリチウム複合酸化物がLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)であってもよい。 Note that M 1 in the formula (I), the M 1 in Formula (II), may be different even in the same. For example, M 1 in formula (I) is Mn (for example, lithium composite oxide is Li 1.03 Mn 1.87 Al 0.10 O 4 ), and M 1 in formula (II) is Ni and Co (for example, lithium composite oxide is LiNi 0.5 Co 0.5 O 2 ), Mn, Ni and Co (for example, lithium composite oxide may be LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ).
M1の存在量である1−z−qは0よりも大きい。1−z−qの下限は0.5であることが好ましく、0.66であることがより好ましい。1−z−qが小さすぎると容量が保持できないからである。 1-zq which is the abundance of M 1 is larger than 0. The lower limit of 1-zq is preferably 0.5, and more preferably 0.66. This is because the capacity cannot be maintained if 1-zq is too small.
式(II)において、元素M2はB、P、Pb、Sb、SiおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素である。これらの中で好ましい元素はBである。 In the formula (II), the element M 2 is at least one element selected from the group consisting of B, P, Pb, Sb, Si and V. Of these, B is a preferred element.
なお、式(I)におけるM2と、式(II)におけるM2とは、同じであっても異なっていてもよい。例えば式(I)におけるM2がAl(例えばリチウム複合酸化物がLi1.03Mn1.87Al0.10O4)であり、式(II)におけるM2が、Ni、Co、Mn(例えばリチウム複合酸化物がLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)であってもよい。 Note that the M 2 in formula (I), the M 2 of Formula (II), may be different even in the same. For example, M 2 in formula (I) is Al (for example, lithium composite oxide is Li 1.03 Mn 1.87 Al 0.10 O 4 ), and M 2 in formula (II) is Ni, Co, Mn (for example, lithium composite oxide is LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ).
M2の置換量であるq(M2として複数種類の元素を含む場合は、それらの合計)は0≦q≦1であり、上限は0.1であることが好ましく、0.05であることがより好ましい。正極活物質として用いたときに、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。置換量qが高すぎると正極活物質として用いたときのリチウムイオン二次電池の放電容量が低下する傾向がある。
なお、qは0となる場合がある。この場合、式(II)で表されるリチウム複合酸化物はM2を含まない。すなわち、式(II)で表されるリチウム複合酸化物は、Li(1+z)M1 (1-z)O(2-b)で表される組成となる場合もある。
一方、式(II)において0<1−z−qであるので、式(II)で表されるリチウム複合酸化物はM1を必ず含む。
(If it contains a plurality of kinds of element as M 2 are their sum) q is a replacement amount of M 2 is 0 ≦ q ≦ 1, preferably the upper limit is 0.1, are 0.05 It is more preferable. This is because when used as a positive electrode active material, the cycle characteristics at a higher temperature than normal temperature tend to be improved. When the substitution amount q is too high, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery when used as the positive electrode active material tends to decrease.
Note that q may be 0. In this case, the lithium composite oxide represented by the formula (II) does not contain M 2 . That is, the lithium composite oxide represented by the formula (II) may have a composition represented by Li (1 + z) M 1 (1-z) O (2-b) .
On the other hand, since 0 <1-zq in the formula (II), the lithium composite oxide represented by the formula (II) necessarily includes M 1 .
式(II)において、bはO(酸素)の欠損量を示している。
式(II)においてbは0≦b≦1.0を満たし、b=0であることが好ましい。
酸素欠損量が小さいと(すなわちbが小さいと)充放電試験における3.2V以下容量が小さくなる傾向がある。酸素欠損量が小さいと結晶構造が安定し、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。
In the formula (II), b represents the amount of O (oxygen) deficiency.
In the formula (II), b satisfies 0 ≦ b ≦ 1.0 and is preferably b = 0.
When the amount of oxygen deficiency is small (that is, when b is small), the capacity of 3.2 V or less in the charge / discharge test tends to be small. When the amount of oxygen vacancies is small, the crystal structure is stable, and the cycle characteristics at a temperature higher than normal temperature tend to be improved.
式(II)で表されるリチウム複合酸化物は、式(II)で表される層状リチウム複合酸化物であることが好ましい。 The lithium composite oxide represented by the formula (II) is preferably a layered lithium composite oxide represented by the formula (II).
式(II)で表される層状リチウム複合酸化物として、具体的には、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiMn0.5Ni0.5O2、LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2、Li4/3M2/3O2(Mは本発明の複合酸化物におけるM1およびM2からなる群から選ばれる少なくとも1つ。)が例示される。 Specifically, as the layered lithium composite oxide represented by the formula (II), LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2 , LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 Li 4/3 M 2/3 O 2 (M is at least one selected from the group consisting of M 1 and M 2 in the composite oxide of the present invention).
本発明の複合酸化物において、コアを構成するリチウム複合酸化物Aおよびシェルを構成するリチウム複合酸化物Bの各々は、二次粒子の集合体であることが好ましい。 In the composite oxide of the present invention, each of the lithium composite oxide A constituting the core and the lithium composite oxide B constituting the shell is preferably an aggregate of secondary particles.
ここで、結晶子(単結晶部)の集合体であり、5000倍のSEM観察において視認できる最少の粒子単位を一次粒子、また一次粒子が焼結してなる、ハンドリングにおいて一粒の粒子として振る舞う粒子を二次粒子と定義する。 Here, it is an aggregate of crystallites (single crystal part), and the smallest particle unit that can be visually recognized by SEM observation at a magnification of 5000 times behaves as a single particle in handling, in which primary particles are sintered and primary particles are sintered. Particles are defined as secondary particles.
本発明の複合酸化物において、コアを構成するリチウム複合酸化物Aの一次粒子の平均粒子径は0.1〜5.0μmであることが好ましく、0.8〜4.0μmであることがより好ましく、2.0〜3.0μmであることがさらに好ましい。
本発明の複合酸化物において、シェルを構成するリチウム複合酸化物Bの一次粒子の平均粒子径は0.01〜5.0μmであることが好ましく、0.02〜3.0μmであることがより好ましく、0.03〜1.0μmであることがさらに好ましくい。
ここで一次粒子の平均粒子径とは、前述の一次粒子(結晶子の集合体)のメジアン径を意味するものとする。
In the composite oxide of the present invention, the average particle diameter of primary particles of the lithium composite oxide A constituting the core is preferably 0.1 to 5.0 μm, more preferably 0.8 to 4.0 μm. Preferably, it is 2.0-3.0 micrometers.
In the composite oxide of the present invention, the average particle diameter of primary particles of the lithium composite oxide B constituting the shell is preferably 0.01 to 5.0 μm, more preferably 0.02 to 3.0 μm. Preferably, it is 0.03-1.0 micrometer.
Here, the average particle size of the primary particles means the median size of the primary particles (aggregates of crystallites) described above.
また、一次粒子のメジアン径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、本発明の複合酸化物を倍率30万倍で写真撮影し、得られた写真から任意に500個を選び、ノギスを用いてリチウム複合酸化物Aまたはリチウム複合酸化物Bの各々における一次粒子の投影面積円相当径を測定して積算粒度分布(体積基準)を求め、それより平均粒子径(メジアン径)を算出して求める値とする。 The median diameter of the primary particles was obtained by taking a photograph of the composite oxide of the present invention at a magnification of 300,000 using a scanning electron microscope (SEM), arbitrarily selecting 500 pieces from the obtained photograph, Measure the projected particle equivalent circle diameter of primary particles in each of lithium composite oxide A or lithium composite oxide B to obtain the integrated particle size distribution (volume basis), and calculate the average particle diameter (median diameter) from it. To obtain the value.
本発明の複合酸化物において、コアを構成するリチウム複合酸化物Aの二次粒子の平均粒子径は2〜30μmであることが好ましく、8〜20μmであることがより好ましく、17μm程度であることがさらに好ましくい。
本発明の複合酸化物において、シェルを構成するリチウム複合酸化物Bの二次粒子の平均粒子径は2〜20μmであることが好ましく、3〜10μmであることがより好ましく、6μm程度であることがさらに好ましい。
In the composite oxide of the present invention, the average particle diameter of the secondary particles of the lithium composite oxide A constituting the core is preferably 2 to 30 μm, more preferably 8 to 20 μm, and about 17 μm. Is more preferable.
In the composite oxide of the present invention, the average particle diameter of the secondary particles of the lithium composite oxide B constituting the shell is preferably 2 to 20 μm, more preferably 3 to 10 μm, and about 6 μm. Is more preferable.
ここで二次粒子は、前述のように一次粒子が焼結してなるものである。
また、二次粒子の平均粒子径とは、二次粒子のメジアン径を意味するものとする。
Here, the secondary particles are obtained by sintering the primary particles as described above.
Moreover, the average particle diameter of secondary particles shall mean the median diameter of secondary particles.
また、二次粒子の平均粒子径は、次の方法で測定した値を意味するものとする。
初めに、室温大気中で、コアを構成するリチウム複合酸化物Aまたはシェルを構成するリチウム複合酸化物Bをヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に添加し、超音波分散し撹拌することで分散させてスラリーとする。次に、このスラリーを80〜90%の透過率となるように調節した後、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて積算粒度分布(体積基準)を測定する。このようにして測定した粒度分布から求めたメジアン径を二次粒子径とする。
Moreover, the average particle diameter of secondary particles shall mean the value measured by the following method.
First, in a room temperature atmosphere, lithium composite oxide A constituting the core or lithium composite oxide B constituting the shell is added to an aqueous solution of sodium hexametaphosphate and dispersed by ultrasonic dispersion and stirring to form a slurry. . Next, after adjusting this slurry to have a transmittance of 80 to 90%, an integrated particle size distribution (volume basis) is measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device. The median diameter obtained from the particle size distribution measured in this manner is defined as the secondary particle diameter.
本発明の複合酸化物の平均粒子径(メジアン径)は、2〜30μmであることが好ましく、5〜20μmであることがより好ましく、17μm程度であることがさらに好ましくい。
体積当たりの放電容量がより高く、さらに常温よりも高い温度雰囲気内で使用したときのサイクル特性がより優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるからである。
The average particle diameter (median diameter) of the composite oxide of the present invention is preferably 2 to 30 μm, more preferably 5 to 20 μm, and still more preferably about 17 μm.
This is because it is possible to obtain a lithium ion secondary battery having a higher discharge capacity per volume and a more excellent cycle characteristic when used in a temperature atmosphere higher than room temperature.
なお、本発明の複合酸化物の平均粒子径(メジアン径)は、次の方法で測定した値を意味するものとする。
初めに、室温大気中で、本発明の複合酸化物をヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に添加し、超音波分散し撹拌することで分散させてスラリーとする。次に、このスラリーを80〜90%の透過率となるように調節した後、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて積算粒度分布(体積基準)を測定する。このようにして測定した粒度分布から求めたメジアン径を、本発明の複合酸化物における平均粒子径とする。
In addition, the average particle diameter (median diameter) of the composite oxide of the present invention means a value measured by the following method.
First, the composite oxide of the present invention is added to an aqueous sodium hexametaphosphate solution at room temperature in the atmosphere, and is dispersed by ultrasonic dispersion and stirring to form a slurry. Next, after adjusting this slurry to have a transmittance of 80 to 90%, an integrated particle size distribution (volume basis) is measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device. The median diameter obtained from the particle size distribution measured in this way is defined as the average particle diameter in the composite oxide of the present invention.
本発明の複合酸化物のBET比表面積は、0.3〜5.00m2/gであることが好ましく、1.0〜3.0m2/gであることがより好ましく、1.5〜2.5m2/gであることがさらに好ましい。 BET specific surface area of the composite oxide of the present invention is preferably 0.3~5.00m 2 / g, more preferably 1.0~3.0m 2 / g, 1.5~2 More preferably, it is 5 m 2 / g.
本発明の複合酸化物において、コアを構成するリチウム複合酸化物AのBET比表面積は、0.1〜2.0m2/gのものであることが好ましく、0.2〜1.0m2/gのものであることがより好ましく、0.3〜0.4m2/gのものであることがさらに好ましい。
本発明の複合酸化物において、シェルを構成するリチウム複合酸化物BのBET比表面積は、0.1〜5.0m2/gのものであることが好ましく、0.2〜2.5m2/gのものであることがより好ましく、0.5〜1.5m2/gのものであることがさらに好ましい。
In the composite oxide of the present invention, BET specific surface area of the lithium composite oxide A constituting the core is preferably one of 0.1~2.0m 2 / g, 0.2~1.0m 2 / g is more preferable, and 0.3 to 0.4 m 2 / g is even more preferable.
In the composite oxide of the present invention, the BET specific surface area of the lithium composite oxide B constituting the shell is preferably 0.1 to 5.0 m 2 / g, and preferably 0.2 to 2.5 m 2 / g. g is more preferable, and 0.5 to 1.5 m 2 / g is more preferable.
BET比表面積は、連続流動法によるBET1点法測定で求める値とする。具体的には、使用する吸着ガスおよびキャリアガスは共に、窒素、空気およびヘリウムの混合ガスであり、試料を前記混合ガスにより450℃以下の温度で過熱脱気し、次いで液体窒素により冷却して前記混合ガスを吸着させ、室温に戻して吸着された窒素ガスを脱着させ、熱伝導度検出器によって検出し、脱着ピークとしてその量を求め、試料の比表面積として算出する。このようなBET比表面積は、公知のBET式粉体比表面積測定装置を用いて測定することができる。
本発明において、単に「比表面積」と記した場合、「BET比表面積」を意味するものとする。
The BET specific surface area is a value obtained by BET one-point measurement by a continuous flow method. Specifically, both the adsorption gas and the carrier gas to be used are a mixed gas of nitrogen, air and helium. The sample is degassed by heating with the mixed gas at a temperature of 450 ° C. or lower, and then cooled with liquid nitrogen. The mixed gas is adsorbed, the adsorbed nitrogen gas is desorbed by returning to room temperature, detected by a thermal conductivity detector, the amount is obtained as a desorption peak, and the specific surface area of the sample is calculated. Such a BET specific surface area can be measured using a known BET powder specific surface area measuring device.
In the present invention, the simple description of “specific surface area” means “BET specific surface area”.
本発明の複合酸化物のタップ密度は、1.5〜8.0g/ccであることが好ましく、2.0〜5.0g/ccであることがより好ましく、2.5g/cc程度であることがさらに好ましい。 The tap density of the composite oxide of the present invention is preferably 1.5 to 8.0 g / cc, more preferably 2.0 to 5.0 g / cc, and about 2.5 g / cc. More preferably.
本発明の複合酸化物において、コアを構成するリチウム複合酸化物Aのタップ密度は、1.0〜8.0g/ccであることが好ましく、1.5〜5.0g/ccであることがより好ましく、1.8g/ccであることがさらに好ましい。
本発明の複合酸化物において、シェルを構成するリチウム複合酸化物Bのタップ密度は0.5〜3.0g/ccであることが好ましく、1.0〜2.0g/ccであることがより好ましく、1.3g/ccであることがさらに好ましい。
In the composite oxide of the present invention, the tap density of the lithium composite oxide A constituting the core is preferably 1.0 to 8.0 g / cc, and preferably 1.5 to 5.0 g / cc. More preferably, it is 1.8 g / cc.
In the composite oxide of the present invention, the tap density of the lithium composite oxide B constituting the shell is preferably 0.5 to 3.0 g / cc, more preferably 1.0 to 2.0 g / cc. Preferably, it is 1.3 g / cc.
タップ密度は、従来公知のかさ密度測定器を用いて測定することができる。具体的には、20mlのメスシリンダーに測定対象物(本発明の複合酸化物、コアを構成するリチウム複合酸化物A、またはシェルを構成するリチウム複合酸化物B)の粉末を10.0g充填し、所定の速度で60回振とうさせた後の体積を目盛りから読み取り、タップ密度を求める。 The tap density can be measured using a conventionally known bulk density measuring device. Specifically, 10.0 g of a measurement object (a composite oxide of the present invention, a lithium composite oxide A constituting a core, or a lithium composite oxide B constituting a shell) is filled in a 20 ml graduated cylinder. The volume after shaking 60 times at a predetermined speed is read from the scale and the tap density is obtained.
また、本発明の複合酸化物を正極活物質として用いてなる二次電池の初期放電容量は、90mAh/g以上、好ましくは100mAh/g以上、より好ましくは105mAh/g以上、より好ましくは108mAh/g以上、さらに好ましくは110mAh/g以上となり得る。
なお、本発明においてリチウムイオン二次電池の初期放電容量(mAh/g)は、次のように測定するものとする。
初めに、本発明の複合酸化物を85質量%、アセチレンブラックを7.5質量%、ポリフッ化ビニリデンを7.5質量%の割合で秤量し、ノルマルメチルピロリドンに分散させて合剤を得る。そして、得られた合剤を約0.1mmの厚さとなるようにAl箔上に塗布して、約110℃で真空乾燥した後、14mmφのポンチを用いて打ち抜き、正極を作製する。
次に、得られた正極を試験極とし、この試験極とリチウム金属箔(厚さ0.2μm)とをセパレーター(商品名:セルガード)を介してコイン型電池ケース内に積層して配置した後、体積比1:1のエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に1mol/LのLiPF6を溶解した電解液を注入して試験用コインセルを作成する。
次に、このようにして作成した試験用コインセルについて初期放電容量を測定する。具体的には、0.5mA/cm2の定電流充電(すなわち、正極からリチウムイオンを放出させる反応)を上限4.3Vで行い、0.5mA/cm2(0.1C相当)の定電流放電(すなわち、正極にリチウムイオンを吸蔵させる反応)を下限3.0Vで行った際の正極活物質単位質量あたりの初期放電容量(mAh/g)を測定する。
本発明では、このようにして測定して得た値を、初期放電容量とする。
The initial discharge capacity of the secondary battery using the composite oxide of the present invention as the positive electrode active material is 90 mAh / g or more, preferably 100 mAh / g or more, more preferably 105 mAh / g or more, more preferably 108 mAh / g. g or more, more preferably 110 mAh / g or more.
In the present invention, the initial discharge capacity (mAh / g) of the lithium ion secondary battery is measured as follows.
First, 85% by mass of the composite oxide of the present invention, 7.5% by mass of acetylene black, and 7.5% by mass of polyvinylidene fluoride are weighed and dispersed in normal methylpyrrolidone to obtain a mixture. Then, the obtained mixture is applied on an Al foil so as to have a thickness of about 0.1 mm, vacuum-dried at about 110 ° C., and then punched out using a 14 mmφ punch to produce a positive electrode.
Next, after the obtained positive electrode was used as a test electrode, the test electrode and a lithium metal foil (thickness 0.2 μm) were stacked in a coin-type battery case via a separator (trade name: Cell Guard). Then, an electrolytic solution in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate having a volume ratio of 1: 1 was injected to prepare a test coin cell.
Next, the initial discharge capacity of the test coin cell created in this way is measured. Specifically, a constant current charge of 0.5 mA / cm 2 (that is, a reaction for releasing lithium ions from the positive electrode) is performed at an upper limit of 4.3 V, and a constant current of 0.5 mA / cm 2 (equivalent to 0.1 C). The initial discharge capacity (mAh / g) per unit mass of the positive electrode active material when the discharge (that is, the reaction for occluding lithium ions in the positive electrode) is performed at a lower limit of 3.0 V is measured.
In the present invention, the value obtained by measuring in this way is defined as the initial discharge capacity.
また、本発明の複合酸化物を正極活物質として用いてなる二次電池の、常温よりも高い温度でのサイクル容量維持率は88%以上、好ましくは90.0%以上、より好ましくは91.0%以上となり得る。
なお、本発明において二次電池の常温よりも高い温度でのサイクル容量維持率(%)は、次のように測定するものとする。
初めに、上記のリチウムイオン二次電池の初期放電容量(mAh/g)を測定する場合と同様の方法で試験用コインセルを作成する。
そして、得られたリチウム電池を55℃の恒温槽に設置し、0.5mA/cm2の定電流充電を上限4.3V、下限3.0Vで繰り返し行い、1サイクル目の放電容量(初期放電容量)に対する、100サイクル目の放電容量の割合(百分率、%)を、常温よりも高い温度でのサイクル容量維持率とする。
In addition, the cycle capacity maintenance rate at a temperature higher than room temperature of the secondary battery using the composite oxide of the present invention as the positive electrode active material is 88% or more, preferably 90.0% or more, more preferably 91.%. It can be 0% or more.
In the present invention, the cycle capacity retention rate (%) at a temperature higher than the room temperature of the secondary battery is measured as follows.
First, a test coin cell is prepared by the same method as that for measuring the initial discharge capacity (mAh / g) of the lithium ion secondary battery.
Then, the obtained lithium battery was placed in a constant temperature bath at 55 ° C., and constant current charging of 0.5 mA / cm 2 was repeated at an upper limit of 4.3 V and a lower limit of 3.0 V, and the first cycle discharge capacity (initial discharge) The ratio (percentage,%) of the discharge capacity at the 100th cycle to the capacity) is defined as the cycle capacity maintenance rate at a temperature higher than room temperature.
本発明の複合酸化物の製造方法、特に限定されないが、以下に説明する本発明の製造方法によって製造することが好ましい。 Although it does not specifically limit the manufacturing method of the complex oxide of this invention, It is preferable to manufacture with the manufacturing method of this invention demonstrated below.
<本発明の製造方法>
本発明の複合酸化物の製造方法について説明する。
本発明の複合酸化物の製造方法は、リチウム源を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥し、焼成して、前記リチウム複合酸化物Aを得る調整工程[1]と、リチウム源を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥し、焼成して、前記リチウム複合酸化物Bを得る調整工程[2]と、前記リチウム複合酸化物Aと前記リチウム複合酸化物Bとを含む混合体を得た後、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加えて、本発明の複合酸化物を得るメカノフュージョン工程と、を備える、ハイブリッド型リチウム複合酸化物の製造方法である。
このような製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
<Production method of the present invention>
The method for producing the composite oxide of the present invention will be described.
In the method for producing a composite oxide of the present invention, the lithium composite oxide A is obtained by pulverizing and mixing in a state where a lithium source is contained in a solvent, and drying and firing the obtained slurry to obtain the lithium composite oxide A [1]. And adjusting step [2] to obtain the lithium composite oxide B by pulverizing and mixing in a state where the lithium source is contained in a solvent, and drying and firing the obtained slurry, and the lithium composite oxide A After obtaining a mixture containing the lithium composite oxide B, a mechanofusion step of obtaining a composite oxide of the present invention by applying a compressive force and a shearing force to the mixture, and a hybrid lithium composite oxidation It is a manufacturing method of a thing.
Hereinafter, such a production method is also referred to as a “production method of the present invention”.
本発明の製造方法が備える各工程について、以下に説明する。 Each process with which the manufacturing method of this invention is provided is demonstrated below.
<調整工程[1]>
本発明の製造方法における調整工程[1]について説明する。
調整工程[1]では、初めにリチウム源を溶媒に含有させる。
<Adjustment step [1]>
The adjustment process [1] in the production method of the present invention will be described.
In the adjustment step [1], first, a lithium source is contained in the solvent.
リチウム源としては、リチウム原子を含む無機または有機の化合物(すなわち、リチウム化合物)を用いることができる。例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウムを用いることができる。これらの中でも水酸化リチウムおよび/または炭酸リチウムを用いることが好ましい。有害ガスの生成を抑制できるからである。 As the lithium source, an inorganic or organic compound containing a lithium atom (that is, a lithium compound) can be used. For example, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, or lithium acetate can be used. Among these, it is preferable to use lithium hydroxide and / or lithium carbonate. This is because generation of harmful gases can be suppressed.
調整工程[1]では、リチウム源に加え、さらにM1を含む原料および/またはM2を含む原料を溶媒に含有させることが好ましい。 In the adjustment step [1], in addition to the lithium source, it is preferable to further contain a raw material containing M 1 and / or a raw material containing M 2 in the solvent.
M1を含む原料としては、Mn、Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含む化合物を用いることができる。
M1を含む原料はマンガン源を含むことが好ましい。
マンガン源としては、マンガン原子を含む無機または有機の化合物(すなわち、マンガン化合物)を用いることができる。例えば、酸化マンガン、炭酸マンガン、炭酸マンガン水和物、水酸化マンガン、オキシ水酸化マンガンを用いることができる。これらの中でも酸化マンガンを用いることが好ましく、Mn3O4を用いることがより好ましい。工業原料として安価に入手でき、さらに、より容量維持率が高いリチウムイオン二次電池が得られる傾向があるからである。
As the raw material containing M 1 , a compound containing at least one element selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, Mg, Fe, Al, and Cr can be used.
The raw material containing M 1 preferably contains a manganese source.
As the manganese source, an inorganic or organic compound containing a manganese atom (that is, a manganese compound) can be used. For example, manganese oxide, manganese carbonate, manganese carbonate hydrate, manganese hydroxide, manganese oxyhydroxide can be used. Among these, it is preferable to use manganese oxide, and it is more preferable to use Mn 3 O 4 . This is because a lithium ion secondary battery that can be obtained at low cost as an industrial raw material and has a higher capacity retention rate tends to be obtained.
M1を含む原料としては、例えば、塩基性炭酸ニッケル、塩基性炭酸コバルト、マグネシア、ヘマタイト、アルミナ、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、酸化クロムなどを用いることができる。これらの中でもAlを含む化合物を用いることが好ましく、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)をより好ましく用いることができる。工業的に安価に入手でき、結晶構造中のMnとの置換が比較的起こりやすく、より容量維持率が高いリチウムイオン二次電池が得られる傾向があるからである。 As a raw material containing M 1 , for example, basic nickel carbonate, basic cobalt carbonate, magnesia, hematite, alumina, aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), chromium oxide, or the like can be used. Among these, a compound containing Al is preferably used, and aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) can be more preferably used. This is because a lithium ion secondary battery that can be obtained industrially at low cost, is relatively easily replaced with Mn in the crystal structure, and has a higher capacity retention rate can be obtained.
M2を含む原料としては、B、P、Pb、Sb、SiおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含む化合物を用いることができる。元素M2はBであることが好ましい。
例えばM2がBを含む場合は、ホウ素を含む原料として、ホウ酸(H3BO3)、三酸化二ホウ酸(B2O3)を用いることができ、ホウ酸(H3BO3)を用いることが好ましい。工業原料として安価に入手できるからである。
また、M2を含む原料としては、P2O5、PbO、Sb2O3、SiO2およびV2O5などを用いることができる。
M2がBを含むと、後に焼成する際の焼結性が高まり、粒子径が成長し、得られるリチウムイオン二次電池の容量維持率の向上に寄与するものと、本発明者は推定している。
As a raw material containing M 2 , a compound containing at least one element selected from the group consisting of B, P, Pb, Sb, Si and V can be used. The element M 2 is preferably B.
For example, when M 2 contains B, boric acid (H 3 BO 3 ) or triboric diboric acid (B 2 O 3 ) can be used as a raw material containing boron, and boric acid (H 3 BO 3 ). Is preferably used. This is because it can be obtained at low cost as an industrial raw material.
As the raw material containing M 2, or the like can be used P 2 O 5, PbO, Sb 2 O 3, SiO 2 and V 2 O 5.
When M 2 contains B, the inventor presumes that the sinterability at the time of firing increases, the particle diameter grows, and contributes to the improvement of the capacity retention rate of the obtained lithium ion secondary battery. ing.
本発明の製造方法において、M2を含む原料は、後述する焼成の際に、スピネル結晶の生成および成長を促進させる。すなわち、スピネル結晶の生成過程で元素M2の酸化物が融剤として作用して、結晶の生成および成長を促進し、さらに結晶子の集合体である一次粒子の成長を促進すると考えられる。 In the production method of the present invention, the raw material containing M 2 promotes the generation and growth of spinel crystals during firing described later. That is, it is considered that the oxide of the element M 2 acts as a flux in the process of forming the spinel crystal, thereby promoting the generation and growth of the crystal, and further promoting the growth of the primary particles that are aggregates of crystallites.
リチウム源と、M1を含む原料および/またはM2を含む原料とを用いる場合、溶媒に含有させる上記のようなリチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料の比率は、式(I)で表される組成のリチウム複合酸化物が得られるように調整することが好ましい。 When a lithium source and a raw material containing M 1 and / or a raw material containing M 2 are used, the ratio of the above-described lithium source to be contained in the solvent, the raw material containing M 1 and the raw material containing M 2 is expressed by the formula ( It is preferable to adjust so as to obtain a lithium composite oxide having a composition represented by I).
リチウム源(好ましくはさらにM1を含む原料およびM2を含む原料)を含有させる溶媒は特に限定されず、例えば従来公知の溶媒、例えば水(純水等)、エタノール、アセトンなどを用いることができるが、水を用いることが好ましい。
また、これらの原料は、溶媒中の固形分濃度が好ましくは5〜40質量%、より好ましくは10〜35質量%、さらに好ましくは15〜25質量%となるように含有させる。
A solvent containing a lithium source (preferably a raw material containing M 1 and a raw material containing M 2 ) is not particularly limited. For example, a conventionally known solvent such as water (pure water or the like), ethanol, acetone or the like may be used. Although it is possible, it is preferable to use water.
Further, these raw materials are contained so that the solid content concentration in the solvent is preferably 5 to 40% by mass, more preferably 10 to 35% by mass, and further preferably 15 to 25% by mass.
調整工程[1]では、リチウム源(好ましくはさらにM1を含む原料およびM2を含む原料)を前記溶媒中に含有させ、その状態で粉砕混合する。
粉砕混合の方法は特に限定されないものの、ビーズミル等を用いた湿式微粉砕機を用いた湿式粉砕法が好ましい。
また、この粉砕は、固形分の平均粒子径(D50)が0.50μm以下であるスラリーが得られるまで行うことが好ましい。平均粒子径(D50)が0.50μm以下となるように粉砕混合すると、スラリー中で固形分が均一な状態となり易い。また、得られるリチウムイオン二次電池における常温よりも高温での容量維持率が高くなる傾向があるからである。この平均粒子径は0.40μm以下であることが好ましく、0.30μm以下であることがより好ましい。
また、平均粒子径は0.10μm以上であることが好ましく、0.15μm以上であることがより好ましい。粉砕で粒径を小さくし過ぎると以降の工程でのハンドリングが悪くなるからである。
In the adjustment step [1], a lithium source (preferably a raw material containing M 1 and a raw material containing M 2 ) is contained in the solvent, and pulverized and mixed in that state.
The method of pulverization and mixing is not particularly limited, but a wet pulverization method using a wet pulverizer using a bead mill or the like is preferable.
Further, this pulverization is preferably performed until a slurry having an average particle size (D 50 ) of solids of 0.50 μm or less is obtained. When the average particle diameter (D 50 ) is pulverized and mixed so as to be 0.50 μm or less, the solid content tends to be uniform in the slurry. Moreover, it is because the capacity maintenance rate at high temperature is higher than normal temperature in the obtained lithium ion secondary battery. The average particle diameter is preferably 0.40 μm or less, and more preferably 0.30 μm or less.
The average particle size is preferably 0.10 μm or more, and more preferably 0.15 μm or more. This is because if the particle size is too small by pulverization, handling in the subsequent steps will be worsened.
なお、スラリー中の固形分の平均粒子径(D50)は、室温大気中で、スラリーにヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を添加し、超音波分散および撹拌によって分散させ、このスラリーを30〜60%の透過率となるように調節し、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて積算粒度分布(体積基準)を測定し、その粒度分布から求めたメジアン径を意味するものとする。 The average particle size (D 50 ) of the solid content in the slurry was determined by adding a sodium hexametaphosphate aqueous solution to the slurry at room temperature in the atmosphere, and dispersing the slurry by ultrasonic dispersion and stirring. The integrated particle size distribution (volume basis) is measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus, and the median diameter obtained from the particle size distribution is meant.
また、この粉砕は、固形分におけるD90の粒子径が0.50μm以下であるスラリーが得られるまで行うことが好ましい。このD90の粒子径は0.40μm以下であることがより好ましく、0.30μm以下であることがさらに好ましい。得られるリチウムイオン二次電池における常温よりも高温での容量維持率が高くなる傾向があるからである。 This pulverization is preferably performed until a slurry having a D 90 particle size of 0.50 μm or less in solid content is obtained. More preferably the particle size of D 90 is less than 0.40 .mu.m, even more preferably less 0.30 .mu.m. This is because the capacity retention rate at a temperature higher than normal temperature in the obtained lithium ion secondary battery tends to be higher.
なお、スラリー中の固形分のD90の粒子径は、室温大気中で、スラリーにヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を添加し、超音波分散および撹拌によって分散させ、このスラリーを30〜60%の透過率となるように調節し、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて積算粒径分布(体積基準)を測定し、その積算粒度分布が90%となる粒径を意味するものとする。 The particle size of D 90 in the solid content of the slurry was determined by adding a sodium hexametaphosphate aqueous solution to the slurry at room temperature in the atmosphere, and dispersing the slurry by ultrasonic dispersion and stirring. The integrated particle size distribution (volume basis) is measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device, and the particle size at which the integrated particle size distribution is 90% is meant.
次に、このようにして得たスラリーを乾燥して前駆体を得る。ここでスラリーの乾燥はバンド乾燥機、棚型乾燥機などを用いた乾燥方法であってよいが、噴霧乾燥であることが好ましい。噴霧乾燥とは、スラリーを噴霧し、霧状とした後または霧状としながら、乾燥することである。所望の条件で噴霧乾燥して、得られる前駆体の粒子径を所望の範囲内に調整することができる。 Next, the slurry thus obtained is dried to obtain a precursor. The slurry can be dried by a drying method using a band dryer or a shelf dryer, but is preferably spray drying. Spray drying is to dry the slurry after spraying it into a mist or while forming a mist. By spray-drying under desired conditions, the particle size of the resulting precursor can be adjusted within a desired range.
噴霧乾燥の方法は特に制限されず、例えば、高速回転するアトマイザにスラリーを流入させることによってアトマイザのスリットからスラリー成分の液滴を吐出させ、適当な乾燥ガス温度や送風量を用いて飛散した液滴を迅速に乾燥させる方法が挙げられる。このときスラリー流量は好ましくは0.5〜700kg/h、より好ましくは1〜600kg/h、さらに好ましくは300〜550kg/h、アトマイザ回転数は好ましくは10,000〜40,000rpm、より好ましくは20,000〜35,000rpm、さらに好ましくは28,000〜32,000rpmとする。飛散した液滴を迅速に乾燥させるように、適当な温度や送風等の処理が施されるが、乾燥塔上部から下部に向かいダウンフローで乾燥ガスを導入することが好ましい。
噴霧乾燥はスプレードライヤーを用いて行うことが好ましい。また、スプレードライヤーの乾燥用熱風の入口温度を好ましくは60〜500℃、より好ましくは250〜450℃、さらに好ましくは300〜400℃、出口温度を好ましくは80〜250℃、より好ましくは100〜200℃、さらに好ましくは130〜160℃とする。
The method of spray drying is not particularly limited. For example, the slurry is caused to flow into the atomizer rotating at high speed, thereby causing the slurry component droplets to be discharged from the slit of the atomizer, and then sprayed using an appropriate drying gas temperature or air flow rate. A method for quickly drying the droplets is mentioned. At this time, the slurry flow rate is preferably 0.5 to 700 kg / h, more preferably 1 to 600 kg / h, still more preferably 300 to 550 kg / h, and the atomizer speed is preferably 10,000 to 40,000 rpm, more preferably 20,000 to 35,000 rpm, more preferably 28,000 to 32,000 rpm. A treatment such as an appropriate temperature and air blowing is performed so as to quickly dry the scattered droplets, but it is preferable to introduce the dry gas in a downward flow from the upper part of the drying tower to the lower part.
Spray drying is preferably performed using a spray dryer. Moreover, the inlet temperature of the hot air for drying of a spray dryer becomes like this. Preferably it is 60-500 degreeC, More preferably, it is 250-450 degreeC, More preferably, it is 300-400 degreeC, Outlet temperature is preferably 80-250 degreeC, More preferably, it is 100- 200 degreeC, More preferably, you may be 130-160 degreeC.
次に、上記のようにして得た前駆体を焼成する。
ここで、焼成方法は酸素含有雰囲気中で行われる方法であれば特に限定されず、例えば従来公知の方法、例えばトンネル炉、マッフル炉、ロータリーキルン等を用いる焼成方法が挙げられる。
Next, the precursor obtained as described above is fired.
Here, the firing method is not particularly limited as long as it is performed in an oxygen-containing atmosphere, and examples thereof include conventionally known methods such as a firing method using a tunnel furnace, a muffle furnace, a rotary kiln, and the like.
また、焼成温度は600〜1200℃であることが好ましい。また、650℃以上であることが好ましく、700℃以上であることがより好ましく、750℃以上であることがさらに好ましい。前記前駆体がホウ素を含む場合、650〜900℃にて焼成すると、常温よりも高い温度でのサイクル特性が向上する傾向があることを本発明者は見出した。
また、焼成温度は850℃以下であることが好ましい。焼成温度が高すぎると結晶構造中から酸素が離脱し、電池性能が低下する傾向がある。
Moreover, it is preferable that a calcination temperature is 600-1200 degreeC. Moreover, it is preferable that it is 650 degreeC or more, It is more preferable that it is 700 degreeC or more, It is further more preferable that it is 750 degreeC or more. When the precursor contains boron, the present inventor has found that when it is fired at 650 to 900 ° C., cycle characteristics at a temperature higher than room temperature tend to be improved.
Moreover, it is preferable that a calcination temperature is 850 degrees C or less. When the firing temperature is too high, oxygen is released from the crystal structure, and the battery performance tends to deteriorate.
上記のような焼成温度で前記前駆体を焼成する時間は0.1〜8hであることが好ましく、0.5〜7hであることがより好ましく、0.5〜4hであることがより好ましく、1.5〜2.5hであることがさらに好ましい。 The time for firing the precursor at the firing temperature as described above is preferably 0.1 to 8 hours, more preferably 0.5 to 7 hours, and more preferably 0.5 to 4 hours, More preferably, it is 1.5 to 2.5 hours.
このような調整工程[1]によって、前記リチウム複合酸化物Aを得ることができる。 The lithium composite oxide A can be obtained by such an adjustment step [1].
<調整工程[2]>
本発明の製造方法における調整工程[2]について説明する。
調整工程[2]は、初めにリチウム源を溶媒に含有させる。
調整工程[2]では、リチウム源に加え、さらにM1を含む原料および/またはM2を含む原料を溶媒に含有させることが好ましい。
<Adjustment step [2]>
The adjustment process [2] in the production method of the present invention will be described.
In the adjustment step [2], a lithium source is first contained in a solvent.
In the adjustment step [2], in addition to the lithium source, it is preferable to further contain a raw material containing M 1 and / or a raw material containing M 2 in the solvent.
リチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料としては、前述の調整工程[1]において用いたものを用いることができる。 As the lithium source, the raw material containing M 1 and the raw material containing M 2 , those used in the adjusting step [1] can be used.
リチウム源と、M1を含む原料および/またはM2を含む原料とを用いる場合、溶媒に含有させる上記のようなリチウム源、M1を含む原料およびM2を含む原料の比率は、式(II)で表される組成のリチウム複合酸化物が得られるように調整することが好ましい。 When a lithium source and a raw material containing M 1 and / or a raw material containing M 2 are used, the ratio of the above-described lithium source to be contained in the solvent, the raw material containing M 1 and the raw material containing M 2 is expressed by the formula ( It is preferable to adjust so as to obtain a lithium composite oxide having a composition represented by II).
リチウム源(好ましくはさらにM1を含む原料およびM2を含む原料)を含有させる溶媒についても、前述の調整工程[1]と同様とすることができる。溶媒中の固形分濃度等についても同様である。 The solvent containing a lithium source (preferably further containing a raw material containing M 1 and a raw material containing M 2 ) can be the same as in the aforementioned adjustment step [1]. The same applies to the solid content concentration in the solvent.
また、粉砕混合についても、前述の調整工程[1]の場合と同様とすることができる。粉砕の程度についても同様とすることができる。 Further, the pulverization and mixing can be performed in the same manner as in the adjustment step [1] described above. The same applies to the degree of grinding.
また、スラリーを乾燥して前駆体を得る方法についても、前述の調整工程[1]の場合と同様とすることができる。 Also, the method of obtaining the precursor by drying the slurry can be the same as in the above-mentioned adjustment step [1].
また、前駆体を焼成する方法についても、前述の調整工程[1]の場合と同様とすることができる。
ただし、焼成温度は800〜1400℃であることが好ましい。また、850℃以上であることが好ましく、900℃以上であることがより好ましく、930℃以上であることがさらに好ましい。
また、焼成温度は1200℃以下であることが好ましく、1100℃以下であることがより好ましく、1000℃以下であることがさらに好ましい。焼成温度が高すぎると結晶構造中から酸素が離脱し、電池性能が低下する傾向がある。
Further, the method for firing the precursor may be the same as in the adjustment step [1] described above.
However, the firing temperature is preferably 800 to 1400 ° C. Moreover, it is preferable that it is 850 degreeC or more, It is more preferable that it is 900 degreeC or more, It is further more preferable that it is 930 degreeC or more.
The firing temperature is preferably 1200 ° C. or lower, more preferably 1100 ° C. or lower, and further preferably 1000 ° C. or lower. When the firing temperature is too high, oxygen is released from the crystal structure, and the battery performance tends to deteriorate.
上記のような焼成温度で前記前駆体を焼成する時間は0.1〜8hであることが好ましく、0.5〜7hであることがより好ましく、0.5〜4hであることがより好ましく、1.5〜2.5hであることがさらに好ましい。 The time for firing the precursor at the firing temperature as described above is preferably 0.1 to 8 hours, more preferably 0.5 to 7 hours, and more preferably 0.5 to 4 hours, More preferably, it is 1.5 to 2.5 hours.
このような調整工程[2]によって、前記リチウム複合酸化物Bを得ることができる。 The lithium composite oxide B can be obtained by such an adjustment step [2].
<メカノフュージョン工程>
本発明の製造方法におけるメカノフュージョン工程について説明する。
メカノフュージョン工程では、前記リチウム複合酸化物Aと前記リチウム複合酸化物Bとを含む混合体を得た後、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加える。
<Mechanofusion process>
The mechanofusion process in the production method of the present invention will be described.
In the mechanofusion step, after obtaining a mixture containing the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B, compressive force and shear force are applied to the mixture.
前記混合体は、前記リチウム複合酸化物Aと前記リチウム複合酸化物Bとを混合して得ることが好ましい。 The mixture is preferably obtained by mixing the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B.
混合体を得る際の前記リチウム複合酸化物Aと前記リチウム複合酸化物Bとの混合比は特に限定されないが、これらの質量比(リチウム複合酸化物Aの質量:リチウム複合酸化物Bの質量)を、9.9:0.1〜0.1:9.9(好ましくは9.9:0.1〜5:5、より好ましくは9.9:0.1〜6:4)とすることがさらに好ましい。
このような混合比とすると、体積当たりの放電容量がより高く、さらに常温よりも高い温度雰囲気内で使用したときのサイクル特性がより優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるからである。
The mixing ratio of the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B in obtaining the mixture is not particularly limited, but the mass ratio thereof (mass of lithium composite oxide A: mass of lithium composite oxide B) 9.9: 0.1-0.1: 9.9 (preferably 9.9: 0.1-5: 5, more preferably 9.9: 0.1-6: 4) Is more preferable.
This is because, with such a mixing ratio, a lithium ion secondary battery having a higher discharge capacity per volume and a more excellent cycle characteristic when used in a temperature atmosphere higher than normal temperature can be obtained.
前記混合体を得た後、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加える。
圧縮力およびせん断力を加える方法は特に限定されないが、従来公知のメカノフュージョン装置を用いて、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加えることができる。
メカノフュージョン装置は、回転容器の遠心力によって回転容器の内側に固定された原料をインナピースで押し付けて回転容器との間に挟むようにして、圧縮力とせん断力を加える装置である。
After obtaining the mixture, compressive force and shear force are applied to the mixture.
A method for applying the compressive force and the shearing force is not particularly limited, and the compressive force and the shearing force can be applied to the mixture using a conventionally known mechanofusion device.
The mechanofusion device is a device that applies a compressive force and a shearing force by pressing a raw material fixed inside the rotating container with an inner piece by a centrifugal force of the rotating container and sandwiching it between the rotating container.
このようなメカノフュージョン装置を用いて、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加える場合、好ましい運転条件は次の通りである。
前記混合体を回転容器内に80〜100cc充填し、回転数5000〜7000rpmで行い、温度上昇が止まり、装置の電流値が低下し、一定となったところで終了するのが好ましい。
When such a mechanofusion apparatus is used to apply a compressive force and a shearing force to the mixture, preferred operating conditions are as follows.
It is preferable that 80-100 cc of the mixture is filled in a rotating container, the rotation is performed at 5000-7000 rpm, the temperature rise stops, the current value of the apparatus decreases, and the process is terminated when it becomes constant.
前記メカノフュージョン工程が、前記リチウム複合酸化物Aと前記リチウム複合酸化物Bとを含む混合体を得た後、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加え、その後、さらに前記リチウム複合酸化物Bを加え、再度、圧縮力およびせん断力を加える工程であることが好ましい。 After the mechanofusion step obtains a mixture containing the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B, a compressive force and a shear force are applied to the mixture, and then the lithium composite oxide B is further added. It is preferable to add the compression force and the shearing force again.
例えば、初めに、メカノフュージョン工程によって得られる本発明の複合酸化物に含まれるリチウム複合酸化物Aとリチウム複合酸化物Bとの混合比(リチウム複合酸化物Aの質量:リチウム複合酸化物Bの質量)が9.9:0.1〜0.1:9.9(好ましくは9.9:0.1〜5:5、より好ましくは9.9:0.1〜6:4)となるように、リチウム複合酸化物Aとリチウム複合酸化物Bとを秤量する。
次に、リチウム複合酸化物Bの一部(例えば20〜80質量%、好ましくは40〜60質量%、より好ましくは50質量%程度)を前記リチウム複合酸化物Aと混合して混合体を得る。
次に、メカノフュージョン装置等を用いて、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加える。
次に、残りの前記リチウム複合酸化物Bを加えて、再度、圧縮力およびせん断力を加えることが好ましい。
体積当たりの放電容量がより高く、さらに常温よりも高い温度雰囲気内で使用したときのサイクル特性がより優れるリチウムイオン二次電池を得ることができるからである。
For example, first, the mixing ratio of the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B contained in the composite oxide of the present invention obtained by the mechanofusion process (the mass of the lithium composite oxide A: the lithium composite oxide B (Mass) becomes 9.9: 0.1-0.1: 9.9 (preferably 9.9: 0.1-5: 5, more preferably 9.9: 0.1-6: 4). Thus, the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B are weighed.
Next, a part of the lithium composite oxide B (for example, about 20 to 80% by mass, preferably about 40 to 60% by mass, more preferably about 50% by mass) is mixed with the lithium composite oxide A to obtain a mixture. .
Next, compressive force and shearing force are applied to the mixture using a mechanofusion device or the like.
Next, it is preferable to add the remaining lithium composite oxide B and apply compressive force and shear force again.
This is because it is possible to obtain a lithium ion secondary battery having a higher discharge capacity per volume and a more excellent cycle characteristic when used in a temperature atmosphere higher than room temperature.
このようなメカノフュージョン工程によって、本発明の複合酸化物を得ることができる。 The composite oxide of the present invention can be obtained by such a mechanofusion process.
<本発明の正極活物質>
本発明の正極活物質について説明する。
本発明の正極活物質は、本発明の複合酸化物を用いた非水系電解質二次電池用正極活物質である。
本発明の正極活物質は、本発明の複合酸化物を80質量%以上含むことが好ましく、90質量%以上含むことがより好ましく、実質的に100質量%含む、すなわち本発明の複合酸化物からなることがさらに好ましい。
<Positive electrode active material of the present invention>
The positive electrode active material of the present invention will be described.
The positive electrode active material of the present invention is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery using the composite oxide of the present invention.
The positive electrode active material of the present invention preferably contains 80% by mass or more of the composite oxide of the present invention, more preferably 90% by mass or more, and substantially 100% by mass, that is, from the composite oxide of the present invention. More preferably.
<本発明の正極およびその製造方法>
本発明の正極は、本発明の正極活物質を用いてなるものであれば、例えば従来公知の正極と同様の態様であってよい。例えば、本発明の正極活物質に必要に応じて導電助剤、結着剤などを添加し混合したものからなる層を集電体上に形成してなるものが挙げられる。具体的には、本発明の正極活物質に導電助剤、結着剤およびN−メチルピロリドンなどの有機溶媒を混練してインク(スラリー)を調製し、このインクを集電体のアルミ箔に塗布し乾燥した後、ローラープレス機にかけることにより得ることができる。ローラープレス機にかけることによって、正極活物質と集電体との接触を良くすると共に正極活物質の密度を高めることができる。また、本発明の正極活物質に導電助剤および結着剤を充分混合したのち、ローラープレスでシート状に成形して正極を得ることができる。
ここで、導電助剤として、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など)やアセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などが挙げられる。
また、結着剤として、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などが挙げられる。
また、集電体についても限定されず、例えば従来公知のネット状、シート状、フィルム状のものを用いることができる。
<Positive electrode of the present invention and manufacturing method thereof>
The positive electrode of the present invention may be in the same mode as, for example, a conventionally known positive electrode, as long as the positive electrode active material of the present invention is used. For example, what formed the layer which consists of what added the conductive support agent, the binder, etc. and mixed with the positive electrode active material of this invention as needed on a collector is mentioned. Specifically, an ink (slurry) is prepared by kneading a conductive additive, a binder, and an organic solvent such as N-methylpyrrolidone with the positive electrode active material of the present invention, and this ink is applied to the aluminum foil of the current collector. After applying and drying, it can be obtained by applying to a roller press. By applying to a roller press, the contact between the positive electrode active material and the current collector can be improved and the density of the positive electrode active material can be increased. Moreover, after fully mixing a conductive support agent and a binder with the positive electrode active material of this invention, it shape | molds in a sheet form with a roller press, and can obtain a positive electrode.
Here, examples of the conductive assistant include graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), carbon black materials such as acetylene black and ketjen black.
Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene propylene diene rubber, fluorine rubber, styrene butadiene, cellulose resin, and polyacrylic acid.
Further, the current collector is not limited, and for example, a conventionally known net shape, sheet shape, or film shape can be used.
<本発明の二次電池>
本発明の二次電池について説明する。
本発明の二次電池は、正極として本発明の正極を用いること以外は、通常のリチウムイオン二次電池と同様の構成であってよく、円筒型、角型、コイン型、ボタン型などであってよい。すなわち、正極、負極および非水系電解質を主たる電池構成要素とし、これら要素が、例えば電池缶内に封入されている。正極および負極はそれぞれリチウムイオンの担持体として作用し、充電時には、リチウムイオンが負極中に吸蔵され、放電時には負極から離脱する。
<Secondary battery of the present invention>
The secondary battery of the present invention will be described.
The secondary battery of the present invention may have the same configuration as a normal lithium ion secondary battery except that the positive electrode of the present invention is used as a positive electrode, and may be a cylindrical type, a square type, a coin type, a button type, or the like. It's okay. That is, the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte are the main battery components, and these components are enclosed in, for example, a battery can. Each of the positive electrode and the negative electrode acts as a lithium ion carrier, and the lithium ions are occluded in the negative electrode during charging and detached from the negative electrode during discharging.
負極は特に限定されず、例えば従来公知の負極と同様の態様であってよい。例えば、負極活物質としては、リチウムやリチウム−アルミニウムで代表されるリチウム合金を用いることができ、また、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などのリチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出できる炭素系材料を用いることもできる。例えば集電体は、正極の場合と同様のものを用いることができる。
負極は、負極活物質がリチウムやリチウム合金の場合は、そのまま用いるか、あるいは集電体に圧着することによって製造することができる。また、負極活物質がリチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素系材料(グラファイト、カーボンブラックなど)の場合は、必要に応じて正極の場合と同様の結着剤を負極活物質に添加して混合し、溶剤を用いてペースト状にし、得られた負極合剤含有ペーストを銅箔などからなる負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、必要に応じて加圧成形する工程を経ることによって製造することができる。
A negative electrode is not specifically limited, For example, the aspect similar to a conventionally well-known negative electrode may be sufficient. For example, as the negative electrode active material, a lithium alloy represented by lithium or lithium-aluminum can be used, and graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, a fired body of an organic polymer compound, Carbon-based materials that can reversibly occlude and release lithium ions such as mesocarbon microbeads, carbon fibers, and activated carbon can also be used. For example, the same current collector as that of the positive electrode can be used.
When the negative electrode active material is lithium or a lithium alloy, the negative electrode can be used as it is, or can be manufactured by pressure bonding to a current collector. In addition, when the negative electrode active material is a carbon-based material (graphite, carbon black, etc.) capable of occluding and releasing lithium ions, a binder similar to that for the positive electrode is added to the negative electrode active material and mixed as necessary. Then, paste it into a paste using a solvent, apply the obtained negative electrode mixture-containing paste to a negative electrode current collector made of copper foil, etc., dry it to form a negative electrode mixture layer, and press-mold as necessary It can manufacture by passing through a process.
非水系電解質としては有機系電解質、ポリマー電解質、固体電解質などを用いることができる。ここで、有機系電解質とはリチウム塩が非水溶媒に加えられたものであり、ポリマー電解質とは、リチウム塩が高分子化合物に加えられたものである。 As the non-aqueous electrolyte, an organic electrolyte, a polymer electrolyte, a solid electrolyte, or the like can be used. Here, the organic electrolyte is a lithium salt added to a non-aqueous solvent, and the polymer electrolyte is a lithium salt added to a polymer compound.
ここで、リチウム塩としては、例えば、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiSCN、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2B10Cl10、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2が挙げられる。これらの中でもLiBF4(四フッ化ホウ酸リチウム)は、電解質中に存在する水分との反応性がより低いので、安全性により優れ、サイクル特性、レート特性(高率放電特性)および初期特性などの優れたリチウム電池を得易い。
有機系電解質中のリチウム塩の濃度は0.1〜3.0mol/lが好ましく、0.2〜2.0mol/lがより好ましい。非水系電解質のイオン電導率が高くなり、非水系電解質中にリチウム塩が析出し難く、高性能な電池性能を備えるリチウム電池が得られるからである。
Here, as the lithium salt, for example, LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , Examples thereof include LiN (SO 2 CF 3 ) 2 and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 . Among these, LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate) is less reactive with moisture present in the electrolyte, so it has better safety, cycle characteristics, rate characteristics (high rate discharge characteristics), initial characteristics, etc. It is easy to obtain an excellent lithium battery.
The concentration of the lithium salt in the organic electrolyte is preferably 0.1 to 3.0 mol / l, more preferably 0.2 to 2.0 mol / l. This is because the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte is increased, lithium salts are hardly precipitated in the non-aqueous electrolyte, and a lithium battery having high-performance battery performance can be obtained.
有機系電解質の非水溶媒としては、例えば従来公知のものを用いることができ、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネートおよびビニレンカーボネートの混合溶媒を好ましく使用することができる。エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトンおよびプロピレンカーボネートは、誘電率が高いことから、イオン伝導を確実に起こすことができ、さらに、非水溶媒にビニレンカーボネートを含有させることにより、充電時において、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトンおよびプロピレンカーボネートの分解を確実に抑制可能なビニレンカーボネート由来の皮膜を負極上に形成できるので、充電をより十分に行うことができる。 As the non-aqueous solvent of the organic electrolyte, for example, a conventionally known one can be used, and a mixed solvent of ethylene carbonate, γ-butyrolactone, propylene carbonate and vinylene carbonate can be preferably used. Since ethylene carbonate, γ-butyrolactone and propylene carbonate have a high dielectric constant, they can reliably cause ionic conduction. Further, by containing vinylene carbonate in a non-aqueous solvent, ethylene carbonate, γ -Since the film | membrane derived from vinylene carbonate which can suppress reliably decomposition | disassembly of butyrolactone and propylene carbonate can be formed on a negative electrode, it can fully charge.
有機系電解質は、リチウム塩および非水溶媒の他に、さらに他の有機溶媒を含んでもよい。 The organic electrolyte may contain another organic solvent in addition to the lithium salt and the non-aqueous solvent.
非水系電解質をポリマー電解質とする場合には、可塑剤(非水電解液)でゲル化されたマトリクス高分子化合物を含むが、このマトリクス高分子化合物としては、ポリエチレンオキサイドやその架橋体などのエーテル系樹脂、ポリメタクリレート系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、ポリビニリデンフルオライドやビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系樹脂などを単独、もしくは混合して用いることができる。
これらの中で、酸化還元安定性の観点などから、ポリビニリデンフルオライドやビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系樹脂を用いることが好ましい。
When the non-aqueous electrolyte is a polymer electrolyte, it includes a matrix polymer compound that is gelled with a plasticizer (non-aqueous electrolyte). Examples of the matrix polymer compound include ethers such as polyethylene oxide and cross-linked products thereof. Fluorine-based resins such as vinyl resins, polymethacrylate resins, polyacrylate resins, polyvinylidene fluoride and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers can be used alone or in combination.
Among these, from the viewpoint of oxidation-reduction stability, it is preferable to use a fluorine-based resin such as polyvinylidene fluoride or vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer.
ポリマー電解質の作製は特に限定されないが、例えば、マトリックスを構成する高分子化合物、リチウム塩および溶媒を混合し、加熱して溶融・溶解する方法が挙げられる。また、混合用有機溶媒に、高分子化合物、リチウム塩、および溶媒を溶解させた後、混合用有機溶媒を蒸発させる方法、重合性モノマー、リチウム塩および溶媒を混合し、紫外線、電子線または分子線などを照射して、重合性モノマーを重合させ、ポリマーを得る方法などを挙げることができる。
ポリマー電解質中の溶媒の割合は10〜90質量%が好ましく、30〜80質量%がより好ましい。このような割合であると、導電率が高く、機械的強度が強く、フィルム化しやすい。
The production of the polymer electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a polymer compound constituting a matrix, a lithium salt, and a solvent are mixed and heated to melt and dissolve. In addition, after dissolving a polymer compound, a lithium salt, and a solvent in an organic solvent for mixing, the organic solvent for mixing is evaporated, a polymerizable monomer, a lithium salt, and a solvent are mixed, and ultraviolet rays, electron beams, or molecules are mixed. Examples include a method of polymerizing a polymerizable monomer by irradiating a line and the like to obtain a polymer.
10-90 mass% is preferable and, as for the ratio of the solvent in a polymer electrolyte, 30-80 mass% is more preferable. With such a ratio, the electrical conductivity is high, the mechanical strength is strong, and the film is easily formed.
固体電解質としては、例えばリチウムイオンを含む酸化物系急冷ガラス、硫化物ベースのオキシスルフィド系超イオン伝導ガラスなどのガラス系固体電解質、ポリエーテルなどの高分子に、Li塩が溶解・分散した高分子固体電解質などが挙げられる。
また高分子固体電解質は、溶媒成分を含むゲル状であってもよい。
Solid electrolytes include, for example, oxide-based quenching glasses containing lithium ions, glass-based solid electrolytes such as sulfide-based oxysulfide-based superionic conductive glasses, and high concentrations of Li salts dissolved and dispersed in polymers such as polyethers. Examples include molecular solid electrolytes.
The polymer solid electrolyte may be in the form of a gel containing a solvent component.
本発明の二次電池は、正極と負極とが直接接触することを防ぐセパレータを有することが好ましい。
セパレータは特に限定されず、例えば従来公知のものを用いることができ、例えば織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜などが挙げられる。合成樹脂製微多孔膜が好適であるが、なかでもポリオレフィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗の面で好適である。具体的には、ポリエチレンおよびポリプロピレン製微多孔膜、またはこれらを複合した微多孔膜等である。
なお、非水系電解質として有機系電解質またはポリマー電解質を用いる場合、通常セパレータが使用されるが、固体電解質の場合、セパレータを使用せずに固体電解質をセパレータとしてもよい。
The secondary battery of the present invention preferably has a separator that prevents direct contact between the positive electrode and the negative electrode.
A separator is not specifically limited, For example, a conventionally well-known thing can be used, for example, a woven fabric, a nonwoven fabric, a synthetic resin microporous film, etc. are mentioned. A synthetic resin microporous membrane is preferred, and among them, a polyolefin microporous membrane is preferred in terms of thickness, membrane strength, and membrane resistance. Specifically, it is a microporous membrane made of polyethylene and polypropylene, or a microporous membrane that combines these.
In the case where an organic electrolyte or a polymer electrolyte is used as the nonaqueous electrolyte, a separator is usually used. However, in the case of a solid electrolyte, the solid electrolyte may be used without using the separator.
本発明の二次電池の製造方法は特に限定されず、例えば従来公知の方法で製造することができる。例えば、リチウム電池用セパレータを介して本発明の正極と前記負極とを積層する前または積層した後に非水系電解質を注液し、最終的に、外装材で封止することによって製造することができる。外装材としては、例えば、ニッケルメッキした鉄、ステンレススチール、アルミニウム、金属箔を樹脂フィルムで挟み込んだ構成の金属樹脂複合フィルム等が挙げられる。 The manufacturing method of the secondary battery of this invention is not specifically limited, For example, it can manufacture by a conventionally well-known method. For example, it can be manufactured by injecting a non-aqueous electrolyte before or after laminating the positive electrode of the present invention and the negative electrode via a lithium battery separator, and finally sealing with an exterior material. . Examples of the exterior material include a metal-resin composite film having a configuration in which nickel-plated iron, stainless steel, aluminum, and metal foil are sandwiched between resin films.
以下に本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
<実施例1>
[リチウム複合酸化物Aの調整]
リチウム源として水酸化リチウム(LiOH・H2O)、マンガン源として電解二酸化マンガン(γ−MnO2)、アルミニウム源として水酸化アルミニウム(Al(OH)3)を用意した。そして、それぞれの原料を、最終的に得られるリチウム複合酸化物の組成が、Li1.03Mn1.87Al0.10O4となるように秤量した。
<Example 1>
[Preparation of lithium composite oxide A]
Lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) was prepared as a lithium source, electrolytic manganese dioxide (γ-MnO 2 ) was prepared as a manganese source, and aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) was prepared as an aluminum source. Each raw material was weighed so that the composition of the finally obtained lithium composite oxide was Li 1.03 Mn 1.87 Al 0.10 O 4 .
次に、これらの秤量した原料を混合し、ここへ固形分濃度が33.3質量%となるように純水を加えた後、湿式粉砕機(アシザワファインテック社製:スターミルラボスターLMZ−06)を用いて粉砕し、スラリーを得た。ここで、スラリー中の固形分の平均粒子径(メジアン径)が0.35μmになるまで粉砕した。粉砕においては600mlのベッセルを用いた。 Next, these weighed raw materials were mixed, and after adding pure water so that the solid content concentration was 33.3% by mass, a wet pulverizer (manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd .: Star Mill Lab Star LMZ-) was added. 06) to obtain a slurry. Here, it grind | pulverized until the average particle diameter (median diameter) of solid content in a slurry became 0.35 micrometer. In the pulverization, a 600 ml vessel was used.
なお、スラリー中の固形分の平均粒子径(メジアン径)は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所:LA−950v2)を用いて求めた。具体的には室温大気中で、スラリーにヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を添加し、超音波分散および撹拌によって分散させ、30〜60%の透過率となるように調節した後、上記の装置を用いて屈折率2.20の条件で、積算粒度分布(体積基準)を測定して求めた。 In addition, the average particle diameter (median diameter) of the solid content in the slurry was determined using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (Horiba, Ltd .: LA-950v2). Specifically, an aqueous sodium hexametaphosphate solution is added to the slurry at room temperature in the atmosphere, dispersed by ultrasonic dispersion and stirring, adjusted to have a transmittance of 30 to 60%, and then refracted using the above apparatus. The integrated particle size distribution (volume basis) was measured and obtained under the condition of a rate of 2.20.
次に、粉砕後のスラリーについて、ディスク型スプレードライヤー(大川原化工機社製:L−8型スプレードライヤー)を用いて噴霧乾燥を行った。ここで乾燥ガスとして空気を用いた。また、サイクロン差圧が0.7kPaとなるよう調整し、乾燥ガスの入口温度は200℃に調整した。スラリー流量は3kg/h、アトマイザ回転数は28,000rpmとした。このような噴霧乾燥を行うことで、粒子状の前駆体[1]を得た。 Next, the slurry after pulverization was spray-dried using a disk-type spray dryer (Okawara Kako Co., Ltd .: L-8 type spray dryer). Here, air was used as the drying gas. Further, the cyclone differential pressure was adjusted to 0.7 kPa, and the drying gas inlet temperature was adjusted to 200 ° C. The slurry flow rate was 3 kg / h, and the atomizer speed was 28,000 rpm. By performing such spray drying, a particulate precursor [1] was obtained.
次に、得られた前駆体[1]を830℃で2時間空気中にて焼成することで、目標組成のスピネル型リチウム複合酸化物を得た。 Next, the obtained precursor [1] was fired in air at 830 ° C. for 2 hours to obtain a spinel type lithium composite oxide having a target composition.
得られたスピネル型複合酸化物について、平均粒子径(メジアン径)を、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所:LA−950v2)を用いて求めた。具体的には室温大気中で、スラリーにヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を添加し、超音波分散および撹拌によって分散させ、30〜60%の透過率となるように調節した後、上記の装置を用いて屈折率2.2の条件で、積算粒度分布(体積基準)を測定して求めた。
その結果、平均粒子径は16.6μmであった。
About the obtained spinel type complex oxide, the average particle diameter (median diameter) was calculated | required using the laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus (Horiba Seisakusho: LA-950v2). Specifically, an aqueous sodium hexametaphosphate solution is added to the slurry at room temperature in the atmosphere, dispersed by ultrasonic dispersion and stirring, adjusted to have a transmittance of 30 to 60%, and then refracted using the above apparatus. The cumulative particle size distribution (volume basis) was measured and obtained under the condition of a rate of 2.2.
As a result, the average particle size was 16.6 μm.
また、得られたスピネル型複合酸化物のタップ密度をかさ密度測定器(筒井理化学器機社製)を用いて測定した。具体的には、20mlのメスシリンダーにスピネル型複合酸化物の粉末を10.0g充填し、所定の速度で60回振とうさせた後の体積を目盛りから読み取り、タップ密度を求めた。
その結果、スピネル型複合酸化物のタップ密度は1.80g/ccであった。
Moreover, the tap density of the obtained spinel-type complex oxide was measured using a bulk density measuring device (manufactured by Tsutsui Rikenki Co., Ltd.). Specifically, 10.0 g of spinel-type complex oxide powder was filled in a 20 ml graduated cylinder, and the volume after shaking 60 times at a predetermined speed was read from the scale to obtain the tap density.
As a result, the tap density of the spinel complex oxide was 1.80 g / cc.
[リチウム複合酸化物Bの調整]
次に、リチウム源として水酸化リチウム(LiOH・H2O)、ニッケル源として酸化ニッケル(NiO)、コバルト源としてCo3O4、マンガン源として電解二酸化マンガン(γ−MnO2)を用意した。そして、それぞれの原料を、最終的に得られるリチウム複合酸化物の組成が、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2となるように秤量した。
[Preparation of lithium composite oxide B]
Next, lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) as a lithium source, nickel oxide (NiO) as a nickel source, Co 3 O 4 as a cobalt source, and electrolytic manganese dioxide (γ-MnO 2 ) as a manganese source were prepared. Each raw material was weighed so that the composition of the finally obtained lithium composite oxide was LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 .
そして、前述のスピネル型リチウム複合酸化物の場合と同様に、原料を混合後、固形分濃度が33.3質量%となるように純水を加え、同様の湿式粉砕機を用いて粉砕し、同様の固形分の平均粒子径が得られるまで粉砕し、スラリーを得た。
なお、スラリー中の固形分の平均粒子径(メジアン径)の測定方法も同様である。
Then, as in the case of the above-described spinel type lithium composite oxide, after mixing the raw materials, pure water is added so that the solid content concentration is 33.3% by mass, and pulverization is performed using the same wet pulverizer, The slurry was pulverized until a similar average particle size of solid content was obtained.
In addition, the measuring method of the average particle diameter (median diameter) of the solid content in the slurry is the same.
次に、前述のスピネル型リチウム複合酸化物の場合と同様に、粉砕後のスラリーについて、ディスク型スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥を行い、粒子状の前駆体[2]を得た。ディスク型スプレードライヤーの運転条件等も同様とした。 Next, as in the case of the above-described spinel type lithium composite oxide, the pulverized slurry was spray dried using a disk type spray dryer to obtain a particulate precursor [2]. The operating conditions of the disk type spray dryer were the same.
次に、得られた前駆体[2]を950℃で2時間空気中にて焼成することで、層状リチウム複合酸化物を得た。 Next, the obtained precursor [2] was fired in air at 950 ° C. for 2 hours to obtain a layered lithium composite oxide.
得られた層状リチウム複合酸化物について、前述のスピネル型複合酸化物の場合と同様の方法で平均粒子径(メジアン径)を用いて求めた。
その結果、平均粒子径は5.9μmであった。
About the obtained layered lithium complex oxide, it calculated | required using the average particle diameter (median diameter) by the method similar to the case of the above-mentioned spinel type complex oxide.
As a result, the average particle size was 5.9 μm.
また、得られた層状複合酸化物のタップ密度をかさ密度測定器(筒井理化学器機社製)を用いて測定した。具体的には、20mlのメスシリンダーに層状複合酸化物の粉末を10.0g充填し、所定の速度で60回振とうさせた後の体積を目盛りから読み取り、タップ密度を求めた。
その結果、層状複合酸化物のタップ密度は1.30g/ccであった。
Moreover, the tap density of the obtained layered composite oxide was measured using a bulk density measuring device (manufactured by Tsutsui Rikenki Co., Ltd.). Specifically, 10.0 g of layered composite oxide powder was filled in a 20 ml graduated cylinder, and the volume after shaking 60 times at a predetermined speed was read from the scale to determine the tap density.
As a result, the tap density of the layered composite oxide was 1.30 g / cc.
[ハイブリッド型複合酸化物の調整]
次に、スピネル型リチウム複合酸化物130gと層状リチウム複合酸化物7.2gとをメカノフュージョン装置(ホソカワミクロン社製、MECHANO FUSION AMS−Mini)内へ投入した。
そして、7000rpmの回転数で運転を開始したところ、装置内の温度が上昇し、装置の負荷を示す電流値が一時的に3.6Aとなったものの、その後、電流値は徐々に低下し、運転開始から5分後には装置内の温度は68.0℃、電流値は2.6Aで安定したため、運転を中断した。
[Adjustment of hybrid type complex oxide]
Next, 130 g of spinel-type lithium composite oxide and 7.2 g of layered lithium composite oxide were put into a mechanofusion apparatus (MECHANO FUSION AMS-Mini manufactured by Hosokawa Micron Corporation).
And when the operation was started at a rotational speed of 7000 rpm, the temperature in the device increased, and the current value indicating the load on the device temporarily became 3.6 A, but then the current value gradually decreased, Five minutes after the start of operation, the temperature in the apparatus was stable at 68.0 ° C. and the current value was 2.6 A, so the operation was interrupted.
次に、メカノフュージョン装置内へ層状リチウム複合酸化物7.2gを投入し、同条件で、運転を再開した。その後、同様に、装置の負荷を示す電流値が一時的に3.6Aとなったものの、その後、電流値は徐々に低下し、運転開始から5分後には装置内の温度は68.0℃、電流値は2.6Aで安定したため、運転を停止し、処理を完了した。 Next, 7.2 g of layered lithium composite oxide was charged into the mechanofusion apparatus, and the operation was restarted under the same conditions. Thereafter, similarly, although the current value indicating the load of the apparatus temporarily became 3.6 A, the current value gradually decreased thereafter, and the temperature inside the apparatus was 68.0 ° C. after 5 minutes from the start of operation. Since the current value was stabilized at 2.6 A, the operation was stopped and the processing was completed.
このような処理を行い、スピネル型リチウム複合酸化物の表面に層状リチウム複合酸化物の層が形成されたハイブリッド型リチウム複合酸化物を得た。
得られたハイブリッド型リチウム複合酸化物におけるスピネル型リチウム複合酸化物と層状リチウム複合酸化物との質量比は、9:1である。
Such a treatment was performed to obtain a hybrid lithium composite oxide in which a layered lithium composite oxide layer was formed on the surface of the spinel lithium composite oxide.
The mass ratio of the spinel lithium composite oxide to the layered lithium composite oxide in the obtained hybrid lithium composite oxide is 9: 1.
得られたハイブリッド型複合酸化物について、平均粒子径(メジアン径)を、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所:LA−950v2)を用いて求めた。具体的には室温大気中で、スラリーにヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を添加し、超音波分散および撹拌によって分散させ、30〜60%の透過率となるように調節した後、上記の装置を用いて屈折率2.2の条件で、積算粒度分布(体積基準)を測定して求めた。
その結果、ハイブリッド型複合酸化物の平均粒子径は17.4μmであった。
About the obtained hybrid type complex oxide, the average particle diameter (median diameter) was determined using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (Horiba, Ltd .: LA-950v2). Specifically, an aqueous sodium hexametaphosphate solution is added to the slurry at room temperature in the atmosphere, dispersed by ultrasonic dispersion and stirring, adjusted to have a transmittance of 30 to 60%, and then refracted using the above apparatus. The cumulative particle size distribution (volume basis) was measured and obtained under the condition of a rate of 2.2.
As a result, the average particle size of the hybrid composite oxide was 17.4 μm.
得られたハイブリッド型複合酸化物のタップ密度をかさ密度測定器(筒井理化学器機社製)を用いて測定した。具体的には、20mlのメスシリンダーにハイブリッド型複合酸化物の粉末を10.0g充填し、所定の速度で60回振とうさせた後の体積を目盛りから読み取り、タップ密度を求めた。
その結果、ハイブリッド型複合酸化物のタップ密度は2.5g/ccであった。
The tap density of the obtained hybrid type complex oxide was measured using a bulk density measuring device (manufactured by Tsutsui Rikenki Co., Ltd.). Specifically, 10.0 g of hybrid type complex oxide powder was filled in a 20 ml graduated cylinder, and the volume after shaking 60 times at a predetermined speed was read from the scale to determine the tap density.
As a result, the tap density of the hybrid type complex oxide was 2.5 g / cc.
得られたハイブリッド型複合酸化物について、SEM−EDSを用いて3300倍で観察した。
得られた電子顕微鏡像を図1に示す。
図1(a)は1粒のハイブリッド型複合酸化物の断面写真、図1(b)はCo元素分布、図1(c)はMn元素分布、図1(d)はNi元素分布を示している。
図1から、Mn元素はほぼ均一に分布しているものの、CoおよびNiは外縁側に偏在していることがわかる。
これより、ハイブリッド型複合酸化物は、スピネル型リチウム複合酸化物(Li1.03Mn1.87Al0.10O4)の表面に層状リチウム複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)からなる層が形成された態様となっていることが確認できた。
About the obtained hybrid type complex oxide, it observed by 3300 times using SEM-EDS.
The obtained electron microscope image is shown in FIG.
1A is a cross-sectional photograph of one hybrid composite oxide, FIG. 1B is a Co element distribution, FIG. 1C is a Mn element distribution, and FIG. 1D is a Ni element distribution. Yes.
As can be seen from FIG. 1, although the Mn element is distributed almost uniformly, Co and Ni are unevenly distributed on the outer edge side.
Thus, in the hybrid type composite oxide, a layer made of a layered lithium composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) is formed on the surface of the spinel type lithium composite oxide (Li 1.03 Mn 1.87 Al 0.10 O 4 ). It was confirmed that this was the case.
次に、このような方法で得られたハイブリッド型複合酸化物を用いてリチウムイオン二次電池を作製し、電池評価を行った。 Next, a lithium ion secondary battery was produced using the hybrid composite oxide obtained by such a method, and the battery was evaluated.
<初期放電容量の測定>
ハイブリッド型複合酸化物を85質量%、アセチレンブラックを7.5質量%、ポリフッ化ビニリデンを7.5質量%の割合で秤量し、ノルマルメチルピロリドンに分散させて合剤を得た。そして、得られた合剤を約0.1mmの厚さとなるようにAl箔上に塗布して、約110℃で真空乾燥した後、14mmφのポンチを用いて打ち抜き、正極を作製した。
得られた正極を試験極とし、この試験極とリチウム金属箔(厚さ0.2μm)とをセパレーター(商品名:セルガード)を介してコイン型電池ケース内に積層して配置した後、体積比1:1のエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に1mol/LのLiPF6を溶解した電解液を注入して試験用コインセルを作成した。
このようにして作成した試験用コインセルについて初期放電容量を測定した。具体的には、0.5mA/cm2の定電流充電(すなわち、正極からリチウムイオンを放出させる反応)を上限4.3Vで行い、0.5mA/cm2(0.1C相当)の定電流放電(すなわち、正極にリチウムイオンを吸蔵させる反応)を下限3.0Vで行った際の正極活物質単位質量あたりの初期放電容量(mAh/g)を測定した。
その結果を第1表に示す。
<Measurement of initial discharge capacity>
A hybrid type composite oxide was weighed in a proportion of 85% by mass, acetylene black was 7.5% by mass and polyvinylidene fluoride was 7.5% by mass and dispersed in normal methylpyrrolidone to obtain a mixture. Then, the obtained mixture was applied on an Al foil so as to have a thickness of about 0.1 mm, vacuum-dried at about 110 ° C., and then punched using a 14 mmφ punch to produce a positive electrode.
The obtained positive electrode was used as a test electrode, and this test electrode and a lithium metal foil (thickness 0.2 μm) were stacked and arranged in a coin-type battery case via a separator (trade name: Cell Guard). An electrolytic solution in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of 1: 1 ethylene carbonate and dimethyl carbonate was injected to prepare a test coin cell.
The initial discharge capacity of the test coin cell thus prepared was measured. Specifically, a constant current charge of 0.5 mA / cm 2 (that is, a reaction for releasing lithium ions from the positive electrode) is performed at an upper limit of 4.3 V, and a constant current of 0.5 mA / cm 2 (equivalent to 0.1 C). The initial discharge capacity (mAh / g) per unit mass of the positive electrode active material when discharging (that is, the reaction of occluding lithium ions in the positive electrode) at a lower limit of 3.0 V was measured.
The results are shown in Table 1.
<55℃・100サイクル容量維持率の測定>
試験用コインセルを55℃の恒温槽に設置し、上記の初期充放容量の測定と同様に、充電電位4.3Vまで、放電電位3.0Vまでの電位規制の条件で0.5mA/cm2の定電流充電を100回行い、容量維持率を次式により求めた。
容量維持率(%)=(100回目の放電容量/1回目の放電容量)×100
測定結果を第1表に示す。
<Measurement of 55 ° C and 100 cycle capacity retention rate>
A test coin cell was placed in a constant temperature bath at 55 ° C., and 0.5 mA / cm 2 under the conditions of potential regulation up to a charging potential of 4.3 V and a discharging potential of 3.0 V, as in the measurement of the initial charge / discharge capacity. The constant current charging was performed 100 times, and the capacity retention rate was obtained by the following equation.
Capacity retention rate (%) = (100th discharge capacity / first discharge capacity) × 100
The measurement results are shown in Table 1.
<実施例2>
上記の実施例1では、スピネル型リチウム複合酸化物130gと層状リチウム複合酸化物7.2gとをメカノフュージョン装置内へ投入して処理を行い、途中でさらに層状リチウム複合酸化物7.2gを投入して処理を行って、スピネル型リチウム複合酸化物と層状リチウム複合酸化物との質量比が9:1のハイブリッド型リチウム複合酸化物を得た。
実施例2では、実施例1と同様ではあるが、スピネル型リチウム複合酸化物130gと層状リチウム複合酸化物8.1gとをメカノフュージョン装置内へ投入して処理を行い、途中でさらに層状リチウム複合酸化物24.4gを3回に分けて(8.1g×3回)投入して処理を行って、スピネル型リチウム複合酸化物と層状リチウム複合酸化物との質量比が8:2のハイブリッド型リチウム複合酸化物を得た。
<Example 2>
In Example 1 above, 130 g of spinel-type lithium composite oxide and 7.2 g of layered lithium composite oxide were introduced into the mechanofusion apparatus for treatment, and 7.2 g of layered lithium composite oxide was further introduced in the middle. Thus, a hybrid lithium composite oxide having a mass ratio of 9: 1 spinel lithium composite oxide and layered lithium composite oxide was obtained.
Example 2 is the same as Example 1, except that 130 g of spinel-type lithium composite oxide and 8.1 g of layered lithium composite oxide are charged into the mechanofusion apparatus for treatment, and further, the layered lithium composite oxide is further processed along the way. 24.4 g of oxide is divided into three times (8.1 g × 3 times) and the treatment is performed, and a hybrid type in which the mass ratio of the spinel type lithium composite oxide and the layered lithium composite oxide is 8: 2 A lithium composite oxide was obtained.
そして、実施例1の場合と同様に、得られたハイブリッド型複合酸化物について、SEM−EDSを用いて3300倍で観察した。
得られた電子顕微鏡像を図2に示す。
図2(a)は1粒のハイブリッド型複合酸化物の断面写真、図2(b)はCo元素分布、図2(c)はMn元素分布、図2(d)はNi元素分布を示している。
図2から、Mn元素はほぼ均一に分布しているものの、CoおよびNiは外縁側に偏在していることがわかる。
これより、ハイブリッド型複合酸化物は、スピネル型リチウム複合酸化物(Li1.03Mn1.87Al0.10O4)の表面に層状リチウム複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)からなる層が形成された態様となっていることが確認できた。
And similarly to the case of Example 1, the obtained hybrid type complex oxide was observed by 3300 times using SEM-EDS.
The obtained electron microscope image is shown in FIG.
2 (a) is a cross-sectional photograph of a single hybrid composite oxide, FIG. 2 (b) is a Co element distribution, FIG. 2 (c) is a Mn element distribution, and FIG. 2 (d) is a Ni element distribution. Yes.
FIG. 2 shows that Co and Ni are unevenly distributed on the outer edge side although Mn element is distributed almost uniformly.
Thus, in the hybrid type composite oxide, a layer made of a layered lithium composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) is formed on the surface of the spinel type lithium composite oxide (Li 1.03 Mn 1.87 Al 0.10 O 4 ). It was confirmed that this was the case.
<実施例3>
上記の実施例1では、スピネル型リチウム複合酸化物130gと層状リチウム複合酸化物7.2gとをメカノフュージョン装置内へ投入して処理を行い、途中でさらに層状リチウム複合酸化物7.2gを投入して処理を行って、スピネル型リチウム複合酸化物と層状リチウム複合酸化物との質量比が9:1のハイブリッド型リチウム複合酸化物を得た。
実施例3では、実施例1と同様ではあるが、スピネル型リチウム複合酸化物130gと層状リチウム複合酸化物11.1gとをメカノフュージョン装置内へ投入して処理を行い、途中でさらに層状リチウム複合酸化物44.6gを4回に分けて(11.1g×4回)投入して処理を行って、スピネル型リチウム複合酸化物と層状リチウム複合酸化物との質量比が7:3のハイブリッド型リチウム複合酸化物を得た。
<Example 3>
In Example 1 above, 130 g of spinel-type lithium composite oxide and 7.2 g of layered lithium composite oxide were introduced into the mechanofusion apparatus for treatment, and 7.2 g of layered lithium composite oxide was further introduced in the middle. Thus, a hybrid lithium composite oxide having a mass ratio of 9: 1 spinel lithium composite oxide and layered lithium composite oxide was obtained.
Example 3 is the same as Example 1, except that 130 g of spinel-type lithium composite oxide and 11.1 g of layered lithium composite oxide are put into the mechanofusion apparatus for treatment, and further, the layered lithium composite oxide is further processed along the way. 44.6 g of the oxide is divided into four times (11.1 g × 4 times) and the treatment is performed, and the hybrid type in which the mass ratio of the spinel type lithium composite oxide to the layered lithium composite oxide is 7: 3 A lithium composite oxide was obtained.
そして、実施例1の場合と同様に、得られたハイブリッド型複合酸化物について、SEM−EDSを用いて3300倍で観察した。
得られた電子顕微鏡像を図3に示す。
図3(a)は1粒のハイブリッド型複合酸化物の断面写真、図3(b)はCo元素分布、図3(c)はMn元素分布、図3(d)はNi元素分布を示している。
図3から、Mn元素はほぼ均一に分布しているものの、CoおよびNiは外縁側に偏在していることがわかる。
これより、ハイブリッド型複合酸化物は、スピネル型リチウム複合酸化物(Li1.03Mn1.87Al0.10O4)の表面に層状リチウム複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)からなる層が形成された態様となっていることが確認できた。
And similarly to the case of Example 1, the obtained hybrid type complex oxide was observed by 3300 times using SEM-EDS.
The obtained electron microscope image is shown in FIG.
3A is a cross-sectional photograph of one hybrid composite oxide, FIG. 3B is a Co element distribution, FIG. 3C is a Mn element distribution, and FIG. 3D is a Ni element distribution. Yes.
FIG. 3 shows that although Mn elements are distributed almost uniformly, Co and Ni are unevenly distributed on the outer edge side.
Thus, in the hybrid type composite oxide, a layer made of a layered lithium composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) is formed on the surface of the spinel type lithium composite oxide (Li 1.03 Mn 1.87 Al 0.10 O 4 ). It was confirmed that this was the case.
<比較例1>
実施例1と同様の方法で、スピネル型リチウム複合酸化物および層状リチウム複合酸化物を得た。
そして、スピネル型リチウム複合酸化物130gと層状リチウム複合酸化物14.4gとをサンプル瓶へ投入し、十分な時間、振とうさせて混合した。
<Comparative Example 1>
In the same manner as in Example 1, a spinel type lithium composite oxide and a layered lithium composite oxide were obtained.
Then, 130 g of spinel type lithium composite oxide and 14.4 g of layered lithium composite oxide were put into a sample bottle and mixed by shaking for a sufficient time.
次に、得られたスピネル型リチウム複合酸化物と層状リチウム複合酸化物との混合物について、タップ密度をかさ密度測定器(筒井理化学器機社製)を用いて測定した。具体的には、20mlのメスシリンダーにハイブリッド型複合酸化物の粉末を10.0g充填し、所定の速度で60回振とうさせた後の体積を目盛りから読み取り、タップ密度を求めた。
その結果、タップ密度は1.70g/ccであった。
Next, tap density was measured for the mixture of the obtained spinel-type lithium composite oxide and layered lithium composite oxide using a bulk density measuring device (manufactured by Tsutsui Chemical Co., Ltd.). Specifically, 10.0 g of hybrid type complex oxide powder was filled in a 20 ml graduated cylinder, and the volume after shaking 60 times at a predetermined speed was read from the scale to determine the tap density.
As a result, the tap density was 1.70 g / cc.
次に、得られたスピネル型リチウム複合酸化物と層状リチウム複合酸化物との混合物を用いて、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製し、電池評価を行った。
初期放電容量(mAh/g)および55℃・100サイクル容量維持率の測定結果を第1表に示す。
Next, using the obtained mixture of the spinel type lithium composite oxide and the layered lithium composite oxide, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and the battery was evaluated.
Table 1 shows the measurement results of the initial discharge capacity (mAh / g) and the 55 ° C./100 cycle capacity retention rate.
Claims (11)
前記コアは、スピネル型リチウム複合酸化物、逆スピネル型リチウム複合酸化物、ケイ酸塩型リチウム複合酸化物、およびオリビン型リチウム複合酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1つを主成分とするリチウム複合酸化物Aからなり、
前記シェルは、層状リチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Bからなる、ハイブリッド型リチウム複合酸化物。 A hybrid lithium composite oxide mainly composed of a particulate lithium composite oxide composed of a core and a shell covering the core,
The core is lithium mainly composed of at least one selected from the group consisting of spinel lithium composite oxide, reverse spinel lithium composite oxide, silicate lithium composite oxide, and olivine lithium composite oxide. Composed of complex oxide A,
The shell is a hybrid type lithium composite oxide comprising a lithium composite oxide B mainly composed of a layered lithium composite oxide.
前記シェルは、下記式(II)で表されるリチウム複合酸化物を主成分とするリチウム複合酸化物Bからなる、請求項1または2に記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物。
式(I):Li(x+y)M1 (2-y-p)M2 pO(4-a)
式(II):Li(1+z)M1 (1-z-q)M2 qO(2-b)
ただし、式(I)および式(II)において、M1はMn、Ni、Co、Mg、Fe、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、M2はB、P、Pb、Sb、SiおよびVからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素であり、1.0≦x≦2.0、0≦y≦0.2、0≦z≦0.34、0≦p≦1.0、0≦q≦1.0、0<1−z−q、0≦a≦1.0、0≦b≦1.0である。 The core is composed of a lithium composite oxide A mainly composed of a lithium composite oxide represented by the following formula (I):
3. The hybrid lithium composite oxide according to claim 1, wherein the shell is made of a lithium composite oxide B mainly composed of a lithium composite oxide represented by the following formula (II).
Formula (I): Li (x + y) M 1 (2-yp) M 2 p O (4-a)
Formula (II): Li (1 + z) M 1 (1-zq) M 2 q O (2-b)
However, in Formula (I) and Formula (II), M 1 is at least one element selected from the group consisting of Mn, Ni, Co, Mg, Fe, Al, and Cr, and M 2 is B, P, Pb , Sb, Si and V, at least one element selected from the group consisting of 1.0 ≦ x ≦ 2.0, 0 ≦ y ≦ 0.2, 0 ≦ z ≦ 0.34, 0 ≦ p ≦ 1 0.0, 0 ≦ q ≦ 1.0, 0 <1-zq, 0 ≦ a ≦ 1.0, and 0 ≦ b ≦ 1.0.
リチウム源を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥し、焼成して、前記リチウム複合酸化物Bを得る調整工程[2]と、
前記リチウム複合酸化物Aと前記リチウム複合酸化物Bとを含む混合体を得た後、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加えて、請求項1〜5のいずれかに記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物を得るメカノフュージョン工程と、
を備える、ハイブリッド型リチウム複合酸化物の製造方法。 An adjustment step [1] in which a lithium source is pulverized and mixed in a solvent, and the resulting slurry is dried and fired to obtain the lithium composite oxide A;
An adjustment step [2] in which a lithium source is pulverized and mixed in a solvent, and the resulting slurry is dried and fired to obtain the lithium composite oxide B.
The hybrid lithium according to any one of claims 1 to 5, wherein after obtaining a mixture containing the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B, a compressive force and a shear force are applied to the mixture. A mechanofusion process for obtaining a composite oxide;
A method for producing a hybrid lithium composite oxide.
前記リチウム複合酸化物Aと前記リチウム複合酸化物Bとを含む混合体を得た後、前記混合体へ圧縮力およびせん断力を加え、その後、さらに前記リチウム複合酸化物Bを加えて、再度、圧縮力およびせん断力を加える工程である、請求項6に記載のハイブリッド型リチウム複合酸化物の製造方法。 The mechano-fusion process is
After obtaining a mixture containing the lithium composite oxide A and the lithium composite oxide B, a compressive force and a shear force are applied to the mixture, and then the lithium composite oxide B is further added. The method for producing a hybrid lithium composite oxide according to claim 6, which is a step of applying a compressive force and a shearing force.
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