JP2002110156A - Manufacturing method of positive pole active material for nonaqueous lithium secondary battery, and its positive pole active material and nonaqueous lithium secondary battery using it - Google Patents

Manufacturing method of positive pole active material for nonaqueous lithium secondary battery, and its positive pole active material and nonaqueous lithium secondary battery using it

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JP2002110156A
JP2002110156A JP2000295712A JP2000295712A JP2002110156A JP 2002110156 A JP2002110156 A JP 2002110156A JP 2000295712 A JP2000295712 A JP 2000295712A JP 2000295712 A JP2000295712 A JP 2000295712A JP 2002110156 A JP2002110156 A JP 2002110156A
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Japan
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active material
positive electrode
secondary battery
electrode active
particles
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JP2000295712A
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Japanese (ja)
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Muneyuki Tanaka
宗幸 田中
Motoe Nakajima
源衛 中嶋
Teruo Uchikawa
晃夫 内川
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the charge and discharge capacity of a nonaqueous lithium secondary battery, which uses transition metal oxide lithium positive pole active material in a positive pole, larger than traditional one. SOLUTION: The lithium transition metal oxide is produced by mixing and baking at least one type from compound of Co, Mn, etc., and lithium compound. The baked particle is heat-treated in oxygen atmosphere on coagulating and balling after melting the surface by heat-treating the baked particle by plasma, for example. The positive pole active material produced by returning the crystal structure to the one of the lithium transition metal oxide exhibits large charge and discharge capacity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非水系リチウム二
次電池の正極活物質およびその製造方法に関し、この正
極活物質の出力放電特性とサイクル安定性の改善と二次
電池の小型化に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery and a method for producing the same, and more particularly to an improvement in output discharge characteristics and cycle stability of the positive electrode active material and miniaturization of the secondary battery. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、化石燃料依存による地球温暖化、
そして排ガスCO2, NOxによる大気汚染など環境問題が顕
在化し各国で各種規制が検討あるいは実施されている。
また21世紀後半には石油資源枯渇によるエネルギー不
足が憂慮されている。
2. Description of the Related Art In recent years, global warming due to fossil fuel dependence,
Environmental problems such as air pollution by exhaust gas CO 2 and NOx have become apparent, and various regulations are being studied or implemented in each country.
In the latter half of the 21st century, energy shortages due to depletion of petroleum resources are of concern.

【0003】このためエネルギーの利用効率向上や石油
依存率を下げた社会への移行が検討されている。例えば
自動車においてはガソリンエンジンとモータを併用した
各種ハイブリッド型自動車が開発されガソリンエンジン
単独車よりエネルギー効率を50%程度上げている。ま
た、電源としては効率の良い燃料電池が開発され家庭用
電源や電気自動車の電源として実用化が検討されてい
る。
[0003] For this reason, studies have been made to improve energy use efficiency and shift to a society in which the oil dependency ratio is reduced. For example, in the case of automobiles, various hybrid automobiles using a gasoline engine and a motor have been developed, and the energy efficiency has been increased by about 50% compared to a gasoline engine alone. Also, an efficient fuel cell has been developed as a power source, and its practical use as a home power source or a power source for electric vehicles is being studied.

【0004】これらのハイブリッド型自動車のエネルギ
ー貯蔵用として、他の二次電池より電池電圧が高くエネ
ルギー密度が高いリチウム二次電池が適しており開発が
盛んである。特に、ハイブリッド型自動車のエネルギー
貯蔵用としては高い出力密度が必要であり、高出力放電
特性と高いサイクル安定性が要求されている。
For energy storage of these hybrid vehicles, lithium secondary batteries having a higher battery voltage and a higher energy density than other secondary batteries are suitable and are being actively developed. In particular, high power density is required for energy storage of hybrid vehicles, and high power discharge characteristics and high cycle stability are required.

【0005】一般に、リチウム二次電池は正極、負極お
よびセパレータを容器内に配置し、有機溶媒による非水
電解液を充たして構成されている。正極活物質はアルミ
ニウム箔等の集電体に正極活物質を塗布し加圧成形した
ものである。正極活物質としてはコバルト酸リチウム(L
iCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、スピネル型マン
ガン酸リチウム(LiMn2O4) などに代表されるようなリチ
ウムと遷移金属の複合酸化物(以下、リチウム遷移金属
酸化物と言うことがある。)の粉体が主として用いら
れ、例えば特開平8-17471 号公報にはその製法が詳しく
開示されている。これら正極活物質の合成は一般にリチ
ウム化合物(LiOH, Li2CO3 等) 粉末と遷移金属化合物(M
nO2, CoO, NiO 等) 粉末を混合し、焼成してリチウム遷
移金属酸化物とする方法が広く採用されている。正極活
物質を集電体に塗布するには、正極活物質に重量比で数
%〜数十%程度の炭素粉を混ぜ、さらにPVDF(ポリ
フッ化ビリニデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエ
チレン)等の結着材と混練してペースト状にして集電体
箔上に厚み20μm〜100 μmに塗布、乾燥、プレス工程
を経て正電極が作られている。
In general, a lithium secondary battery has a structure in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are arranged in a container, and is filled with a non-aqueous electrolyte using an organic solvent. The positive electrode active material is obtained by applying a positive electrode active material to a current collector such as an aluminum foil and press-molding the same. Lithium cobalt oxide (L
iCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and other complex oxides of lithium and transition metal (hereinafter referred to as lithium transition metal oxide Is mainly used, and its production method is disclosed in detail in, for example, JP-A-8-17471. The synthesis of these positive electrode active materials is generally carried out using lithium compound (LiOH, Li 2 CO 3 etc.) powder and transition metal compound (M
A method in which powders such as nO 2 , CoO, and NiO are mixed and fired to form a lithium transition metal oxide is widely used. In order to apply the positive electrode active material to the current collector, carbon powder of about several% to several tens% by weight is mixed with the positive electrode active material, and further, PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene) or the like is added. A positive electrode is formed by kneading with a binder, forming a paste, applying the resulting paste on a current collector foil to a thickness of 20 μm to 100 μm, drying and pressing.

【0006】一般に正極活物質は、電気伝導率が10-1
10-6S/cm2 で一般の導体と比べ低い。アルミニウム集電
体と正極活物質間の電気伝導度および電気的接触状況
は、電池のサイクル特性、放電レート特性に大きな影響
を与える。そこで、アルミニウム集電体と正極活物質間
もしくは活物質相互間の電気伝導率を更に高めるよう
に、正極活物質よりも電気伝導率の高い炭素粉等の導電
助材が使用される。従来のスピネル型マンガン酸リチウ
ム正極活物質を集電体箔に塗布形成した後の正極活物質
の粒形態を見ると、粒径はサブミクロンオーダーの一次
粒子が凝集した二次粒子から成っている。通常、その粒
形態は様々な大きさと形状を持ち、さらに凝集の仕方の
バラツキにより二次粒子径も0.1 μm〜100 μm程度の
バラツキがありその分布にも均一性が見られなかった。
そして、正極活物質としては、専ら粉砕して粒径を細か
くし比表面積を大きくした状態で、電極表面に塗布する
などの試みがなされている。
In general, the positive electrode active material has an electric conductivity of 10 -1 to 10 -1 .
10 -6 S / cm 2 lower than ordinary conductors. The electrical conductivity and the state of electrical contact between the aluminum current collector and the positive electrode active material greatly affect the cycle characteristics and discharge rate characteristics of the battery. Therefore, a conductive auxiliary material such as carbon powder having higher electric conductivity than the positive electrode active material is used so as to further increase the electric conductivity between the aluminum current collector and the positive electrode active material or between the active materials. Looking at the particle morphology of the positive electrode active material after the conventional spinel-type lithium manganate positive electrode active material is applied to the current collector foil, the particle size is composed of secondary particles in which primary particles on the order of submicrons are aggregated. . Usually, the particle morphology has various sizes and shapes, and the secondary particle diameter varies from about 0.1 μm to about 100 μm due to the variation of the aggregation method, and the distribution is not uniform.
As the positive electrode active material, attempts have been made to apply it to the electrode surface in a state where it is exclusively ground to reduce the particle size and increase the specific surface area.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】通常用いられている正
極活物質のうちコバルト酸リチウム(LiCoO2)は充放電容
量が大きく、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)
は充放電容量の比較的小さなものである。電気自動車用
電源として用いる二次電池としては充放電容量の大きな
正極活物質を用いることが好ましいが、二次電池から大
きな電流を取り出すには大きな電極面積を必要とし、そ
のために正極活物質も多量に用いることになる。コバル
ト酸リチウム(LiCoO2)は高価なコバルトを用いているの
で、これらを正極活物質として用いると、二次電池の価
格も高くなる。そこでコバルト酸リチウム(LiCoO2)を正
極活物質としている二次電池においてもさらに充放電容
量を大きくして、二次電池の大きさを小さくすることが
望まれる。
Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), which is a commonly used positive electrode active material, has a large charge / discharge capacity and a spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4 )
Has a relatively small charge / discharge capacity. It is preferable to use a positive electrode active material having a large charge / discharge capacity as a secondary battery used as a power source for an electric vehicle, but a large electrode area is required to extract a large current from the secondary battery, and thus a large amount of the positive electrode active material Will be used. Since lithium cobaltate (LiCoO 2 ) uses expensive cobalt, using these as a positive electrode active material increases the price of a secondary battery. Therefore, it is desired that the charge / discharge capacity of the secondary battery using lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material be further increased to reduce the size of the secondary battery.

【0008】また、比較的安価なマンガンを用いている
スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4) を正極活物質
に使用することは望ましいことであるが、よく知られて
いるようにLiMn2O4 正極活物質を用いている二次電池は
LiCoO2などを正極活物質に用いたものに比して充放電容
量が小さい。そこでLiMn2O4 を用いている二次電池の充
放電容量を大きくして、LiMn2O4 を電気自動車の電源に
用いることも望ましいことである。
It is desirable to use spinel-type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), which uses relatively inexpensive manganese, as the positive electrode active material, but it is well known that LiMn 2 O 4 4 Secondary batteries using positive electrode active materials
The charge / discharge capacity is smaller than that using a positive electrode active material such as LiCoO 2 . Therefore, it is also desirable to increase the charge / discharge capacity of a secondary battery using LiMn 2 O 4 and use LiMn 2 O 4 as a power source for an electric vehicle.

【0009】そこで本発明は、リチウム遷移金属酸化物
からなる正極活物質を正電極に用いている非水系リチウ
ム二次電池の充放電容量を従来のものよりも大きくする
ことができる、正極活物質の製造方法とその正極活物質
を提供することを目的としている。
Accordingly, the present invention provides a positive electrode active material capable of increasing the charge / discharge capacity of a non-aqueous lithium secondary battery using a positive electrode active material comprising a lithium transition metal oxide as a positive electrode, as compared with the conventional one. And a positive electrode active material thereof.

【0010】また本発明は、繰り返し充放電を行ったと
きにもその充放電容量の低下の少ない二次電池となる、
非水系リチウム二次電池用正極活物質の製造方法とその
正極活物質を提供することをも目的としている。
Further, the present invention provides a secondary battery in which the charge / discharge capacity is less reduced even when charge / discharge is repeatedly performed.
It is another object of the present invention to provide a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery and to provide the positive electrode active material.

【0011】また本発明は、大電流放電においても特性
の低下の少ない非水系リチウム二次電池となる、正極活
物質の製造方法とその正極活物質を提供することをも目
的としている。
Another object of the present invention is to provide a method for producing a positive electrode active material and a positive electrode active material for the non-aqueous lithium secondary battery, which have a small deterioration in characteristics even in large current discharge.

【0012】さらに本発明は、比較的原価の安いスピネ
ル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)正極活物質を用いた
非水系リチウム二次電池の充放電容量を従来のものより
も大きくすることのできる、正極活物質の製造方法とそ
の正極活物質を提供することをも目的としている。
Further, the present invention provides a non-aqueous lithium secondary battery using a relatively inexpensive spinel-type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) positive electrode active material, which has a larger charge / discharge capacity than conventional batteries. It is another object of the present invention to provide a method for producing a positive electrode active material and a positive electrode active material.

【0013】さらに、本発明では、これら改良した正極
活物質を用いている非水系リチウム二次電池を提供する
ことも目的としている。
Another object of the present invention is to provide a non-aqueous lithium secondary battery using the improved positive electrode active material.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の非水系リチウム
二次電池用正極活物質の製造方法は、焼成によってそれ
ぞれ酸化物となる遷移金属化合物とリチウム化合物とを
所定割合で混合し、それを焼成してリチウムと遷移金属
の複合酸化物とした上で、前記リチウムと遷移金属の複
合酸化物からなる粒子の少なくとも表面を溶融した後凝
固し、その後その粒子を熱処理することを特徴とする。
According to the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery of the present invention, a transition metal compound and a lithium compound, each of which becomes an oxide by firing, are mixed at a predetermined ratio, and the mixture is mixed. After firing to form a composite oxide of lithium and a transition metal, at least the surface of the particles made of the composite oxide of lithium and the transition metal is melted and solidified, and then the particles are heat-treated.

【0015】また本発明の非水系リチウム二次電池用正
極活物質の製造方法は、焼成によってそれぞれ酸化物と
なるマンガン化合物とコバルト化合物の少なくとも一種
とリチウム化合物とを所定割合で混合し、それを焼成し
てリチウムと遷移金属の複合酸化物とした上で、前記リ
チウムと遷移金属の複合酸化物からなる粒子の少なくと
も表面を溶融した後凝固し、その後その粒子を熱処理す
ることを特徴とする。
Further, in the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to the present invention, at least one of a manganese compound and a cobalt compound, each of which becomes an oxide by firing, and a lithium compound are mixed at a predetermined ratio. After firing to form a composite oxide of lithium and a transition metal, at least the surface of the particles made of the composite oxide of lithium and the transition metal is melted and solidified, and then the particles are heat-treated.

【0016】さらにまた本発明の非水系リチウム二次電
池用正極活物質の製造方法は、焼成によってそれぞれ酸
化物となるマンガン化合物とリチウム化合物とを所定割
合で混合し、それを焼成してスピネル型マンガン酸リチ
ウムとした上で、前記スピネル型マンガン酸リチウムか
らなる粒子の少なくとも表面を溶融凝固し、その後その
粒子を熱処理することを特徴とする。
Further, in the method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to the present invention, a manganese compound and a lithium compound, each of which becomes an oxide by firing, are mixed at a predetermined ratio, and the mixture is fired to form a spinel type positive electrode. After forming lithium manganate, at least the surface of the particles made of the spinel-type lithium manganate is melt-solidified, and then the particles are heat-treated.

【0017】前記溶融凝固は熱プラズマ処理であること
が好ましく、その熱プラズマ処理は前記リチウムと遷移
金属の複合酸化物の融点以上の温度で、雰囲気をアルゴ
ン、酸素、大気あるいは窒素とし、圧力を50KPa から大
気圧として行うのがよい。
Preferably, the melt-solidification is a thermal plasma treatment, wherein the thermal plasma treatment is performed at a temperature equal to or higher than the melting point of the composite oxide of lithium and transition metal, with an atmosphere of argon, oxygen, air or nitrogen, and a pressure of It is good to carry out at 50KPa to atmospheric pressure.

【0018】また前記溶融凝固によって変質した結晶組
織を前記熱処理によってリチウムと遷移金属の複合酸化
物の元の結晶構造に戻すことが好ましく、その熱処理
は、大気あるいは酸素雰囲気中で、温度500 〜900 ℃で
行うのがよい。
Preferably, the crystal structure altered by the melt-solidification is returned to the original crystal structure of the composite oxide of lithium and transition metal by the heat treatment, and the heat treatment is performed in an air or oxygen atmosphere at a temperature of 500 to 900. It is good to carry out at ° C.

【0019】本発明の非水系リチウム二次電池用正極活
物質は、リチウムと遷移金属の複合酸化物からなる粒子
であり、その少なくとも表面が溶融凝固して球状化され
ていることを特徴とする。
The positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery of the present invention is a particle comprising a composite oxide of lithium and a transition metal, and at least the surface thereof is melt-solidified to be spherical. .

【0020】また本発明の非水系リチウム二次電池用正
極活物質は、スピネル型マンガン酸リチウム、コバルト
酸リチウムの少なくとも一種からなる粒子であることが
好ましく、その少なくとも表面が溶融凝固して球状化さ
れていることを特徴とする。
The positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery of the present invention is preferably particles composed of at least one of spinel-type lithium manganate and lithium cobaltate. It is characterized by having been done.

【0021】さらにまた本発明の非水系リチウム二次電
池用正極活物質は、スピネル型マンガン酸リチウムから
なる粒子であることがより好ましく、その少なくとも表
面が溶融凝固による球状化されていることを特徴とす
る。
Further, the positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery of the present invention is more preferably particles composed of spinel-type lithium manganate, and at least the surface thereof is formed into a spherical shape by melt coagulation. And

【0022】前記溶融凝固による球状化は熱プラズマに
曝すことによって行われていることが好ましい。
It is preferable that the spheroidization by the melt solidification is performed by exposing to thermal plasma.

【0023】前記粒子の粒径の分布範囲は0.5 〜100 μ
mでその平均粒径は0.6 〜50μmであることが好まし
く、前記粒子の球状化率は3 %以上であることが好まし
い。また、前記粒子の限定粒子率(円形度0.9 〜1.0 、
粒径5 〜15μm領域にある粒子の体積比率)は7%以上
であることが好ましい。
The particle size distribution range of the particles is 0.5 to 100 μm.
m, the average particle size is preferably 0.6 to 50 μm, and the spheroidization ratio of the particles is preferably 3% or more. Further, the limited particle ratio of the particles (circularity of 0.9 to 1.0,
The volume ratio of particles in the particle size range of 5 to 15 μm) is preferably 7% or more.

【0024】本発明の非水系リチウム二次電池は、リチ
ウムと遷移金属の複合酸化物からなる正極活物質を集電
体に形成してなる正極を備えたリチウム二次電池におい
て、前記リチウムと遷移金属の複合酸化物は、少なくと
も表面が溶融凝固して球状化されている粒子であり、集
電体に付けられている正極活物質の密度は2.54×10 3Kg/
m3以上であることを特徴とする。
The non-aqueous lithium secondary battery of the present invention
Of positive electrode active material composed of composite oxide of chromium and transition metal
Lithium secondary battery with a positive electrode formed on the body
Thus, the composite oxide of lithium and a transition metal is at least
Are particles that have been melt-solidified and are spherical.
The density of the positive electrode active material attached to the conductor is 2.54 × 10 ThreeKg/
mThreeIt is characterized by the above.

【0025】前記リチウムと遷移金属の複合酸化物はス
ピネル型マンガン酸リチウム、コバルト酸リチウムの少
なくとも一種であることが好ましく、スピネル型マンガ
ン酸リチウムであることが特に好ましい。
The composite oxide of lithium and the transition metal is preferably at least one of spinel-type lithium manganate and lithium cobaltate, and particularly preferably spinel-type lithium manganate.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】本発明におけるリチウム遷移金属
酸化物は非水系リチウム二次電池用正極活物質として有
用なもので、例えばスピネル型マンガン酸リチウム、コ
バルト酸リチウムが適当であり、コバルト酸リチウムを
正極活物質として用いた場合その二次電池の充放電特性
が特に大きくなり、安価なマンガンを用いているスピネ
ル型マンガン酸リチウムを正極活物質として用いた場合
でも従来に比して大きな充放電特性が得られる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The lithium transition metal oxide in the present invention is useful as a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery. For example, spinel lithium manganate and lithium cobalt oxide are suitable. When using as a positive electrode active material, the charge and discharge characteristics of the secondary battery become particularly large, and even when using spinel-type lithium manganate using inexpensive manganese as the positive electrode active material, a larger charge and discharge compared to the conventional case Characteristics are obtained.

【0027】本発明によって非水系リチウム二次電池用
正極活物質は図1のフローチャートに従って製造され
る。まず工程1で原料として、焼成によって酸化物とな
る遷移金属、例えばコバルト、マンガン、の化合物(例
えばCo3O4, CoO2, Mn3O4, MnCO 3 )と、焼成によって酸
化物となるリチウム化合物(例えばLi2CO3, LiOH)とを
所定の割合で混合する。この混合比率は作ろうとしてい
るリチウム遷移金属酸化物におけるリチウムと遷移金属
とのストイキオメトリーな原子比率あるいはそれよりも
遷移金属の少し多い割合、例えばLiMn2O4 を作るときに
はLi/Mn を0.58としておく。これらの粉末を工程2で水
を加えて樹脂製のボールミル中で例えば50時間混合す
る。原料には必要により添加元素として充放電特性を改
善するためにCr, Al, Co, Niの酸化物やガラス形成物質
としてB2O3, Bi2O3, V2O5, PbOなどを加えることもでき
る。また混合液にはPVA溶液を固形分に換算して1w
t%前後添加することが好ましい。
According to the present invention, for a non-aqueous lithium secondary battery
The positive electrode active material is manufactured according to the flowchart of FIG.
You. First, in step 1, as a raw material,
Compounds of transition metals such as cobalt and manganese (eg,
For example, CoThreeOFour, CoOTwo, MnThreeOFour, MnCO Three), And acid by baking
Lithium compound (for example, LiTwoCOThree, LiOH) and
Mix at a predetermined ratio. I want to make this mixture
And transition metals in lithium transition metal oxides
Stoichiometric atomic ratio with
A slightly higher proportion of transition metals, for example LiMnTwoOFourWhen making
Sets Li / Mn to 0.58. These powders are mixed with water in step 2.
And mixed in a resin ball mill for, for example, 50 hours.
You. The charge / discharge characteristics of the raw materials should be
Oxides and glass-forming substances of Cr, Al, Co, Ni to improve
As BTwoOThree, BiTwoOThree, VTwoOFive, PbO, etc. can be added
You. The PVA solution is converted into a solid content of 1 w
It is preferable to add around t%.

【0028】工程3で混合液をスプレードライヤで造粒
し乾燥させて10〜100 μmの顆粒を作製する。顆粒は焼
成ができる粒度をしていればよい。工程4は焼成であ
り、この焼成によって用いた原料が酸化物となって、ス
ピネル型マンガン酸リチウム、コバルト酸リチウムなど
リチウム遷移金属酸化物となる。焼成は大気中や酸素中
700℃〜1100℃で数時間から10時間行う。焼成
後の粒子の粒子径が大きい場合には、正極活物質として
集電体箔上に塗布したときに、正極上に凹凸が生じた
り、傷が発生することがあるので、焼成後ライカイ機な
どで解砕(粉砕)と篩い分けを行う(工程5)。
In step 3, the mixture is granulated with a spray dryer and dried to produce granules of 10 to 100 μm. The granules only need to have a particle size that allows firing. Step 4 is calcination, and the raw material used by this calcination is converted into an oxide, and becomes a lithium transition metal oxide such as spinel-type lithium manganate and lithium cobalt oxide. The firing is performed at 700 ° C. to 1100 ° C. in air or oxygen for several hours to 10 hours. If the particle diameter of the fired particles is large, when applied as a positive electrode active material on a current collector foil, irregularities may occur on the positive electrode or scratches may occur. Crushing (crushing) and sieving (step 5).

【0029】次に、この粒子を工程6で熱プラズマ処理
して、少なくともその表面を溶融した後凝固して球状化
する。工程5で篩い分けした粒子は解砕したものなので
その表面は破砕されていて角の付いた粒子であるが、熱
プラズマ処理によって5000K〜10000Kの温度
に瞬時に曝されて粒子表面が数1000Kになる。それ
によって少なくとも粒子表面が溶融するので粒子表面の
張力が生じて球状となり、その後冷却されて凝固する
(以下、溶融凝固と言うことがある。)。この熱プラズ
マ処理を施した粒子にその後工程7で熱処理をする。熱
処理は大気あるいは酸素雰囲気500℃〜900℃の温
度で行う。この熱処理は2時間以上が好ましい。熱プラ
ズマ処理をしたリチウム遷移金属酸化物の粒子は熱プラ
ズマ処理時に酸素の遊離と複相が生じているので目的と
しているリチウム遷移金属酸化物の結晶構造からはずれ
ているものも生じている。そこで上記熱処理を施すこと
によって元の結晶構造をしたリチウム遷移金属酸化物に
戻すものである。また急激な冷却によって結晶に歪みな
どが生じることがあるので、そのような歪みを取り除く
ことができると考えられる。
Next, the particles are subjected to a thermal plasma treatment in step 6, and at least their surfaces are melted and then solidified to form spheroids. Since the particles sieved in step 5 are crushed, their surfaces are crushed and angular particles, but are instantaneously exposed to a temperature of 5000K to 10000K by thermal plasma treatment, and the particle surface is reduced to several 1000K. Become. As a result, at least the surface of the particles is melted, so that tension is generated on the surface of the particles and the particles become spherical, and then cooled and solidified (hereinafter sometimes referred to as melt-solidification). Thereafter, the particles subjected to the thermal plasma treatment are subjected to a heat treatment in step 7. The heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. to 900 ° C. in the air or oxygen atmosphere. This heat treatment is preferably performed for 2 hours or more. The particles of the lithium transition metal oxide subjected to the thermal plasma treatment have a structure deviating from the intended crystal structure of the lithium transition metal oxide because oxygen is released and a double phase occurs during the thermal plasma treatment. Therefore, the above heat treatment is performed to restore the lithium transition metal oxide having the original crystal structure. In addition, since sudden cooling may cause distortion or the like in the crystal, it is considered that such distortion can be removed.

【0030】図1のフローチャートにおける熱プラズマ
処理は、例えば図2に示すような高周波熱プラズマの発
生装置を用いることができる。図2の発生装置20は、
外周に高周波誘導コイル21を巻き付けており、その内
部に高周波電磁誘導により熱プラズマを発生するもので
ある。発生装置20の上部には熱プラズマ処理をする材
料とキャリアガスとを供給する材料供給口22と、プラ
ズマを発生するためのプラズマ作動用ガス供給口23が
設けられている。また発生装置20の側壁には排気口2
4が設けられている。
For the thermal plasma processing in the flowchart of FIG. 1, for example, a high-frequency thermal plasma generator as shown in FIG. 2 can be used. The generator 20 of FIG.
A high-frequency induction coil 21 is wound around the outer periphery, and a thermal plasma is generated inside the coil by high-frequency electromagnetic induction. A material supply port 22 for supplying a material to be subjected to thermal plasma processing and a carrier gas, and a plasma supply gas supply port 23 for generating plasma are provided at an upper portion of the generator 20. The exhaust port 2 is provided on the side wall of the generator 20.
4 are provided.

【0031】熱プラズマの発生条件としては、周波数
0.5〜20MHz特に1〜15MHz、投入電力3〜
50KWとすればよく、圧力は50KPa〜100KP
a(大気圧)程度とすることが好ましい。導入するプラ
ズマガスとしてはAr、窒素、酸素、大気などが好まし
く、これらを混合しても良い。キャリアガスとしては、
アルゴン、窒素などを用いることができる。
The conditions for generating the thermal plasma are as follows: a frequency of 0.5 to 20 MHz, particularly 1 to 15 MHz, and an input power of 3 to
The pressure may be 50 KW, and the pressure is 50 KPa to 100 KP.
It is preferable to be about a (atmospheric pressure). As the plasma gas to be introduced, Ar, nitrogen, oxygen, air and the like are preferable, and these may be mixed. As carrier gas,
Argon, nitrogen, or the like can be used.

【0032】発生装置20のなかにプラズマ25を発生
させて、排気口24から吸引して内部圧力を制御しなが
らキャリアガスとともにリチウム遷移金属酸化物の粒子
をプラズマ25中に供給すると、粒子の表面が溶融しそ
の後の冷却で球状化をした球状化粒子26が生成され
る。この熱プラズマ処理をした粒子を図1の工程7で熱
処理をする。
When a plasma 25 is generated in the generator 20 and the lithium transition metal oxide particles are supplied into the plasma 25 together with the carrier gas while controlling the internal pressure by sucking from the exhaust port 24, the surface of the particles is Are melted and then cooled to produce spheroidized particles 26. The particles subjected to the thermal plasma treatment are subjected to a heat treatment in step 7 in FIG.

【0033】なお、図1のフローチャートにおける熱プ
ラズマ処理に代えて、レーザビーム、電子ビームを粒子
に照射してその少なくとも表面を溶融凝固して球状化す
ることもできる。またあるいは、可燃性ガスと酸素の混
合ガスを燃焼させた約1800℃程度の火炎で粒子を溶融
し、その後ガス対流させることによって球状化させる火
炎溶融法等を用いることもできる。
Instead of the thermal plasma treatment in the flowchart of FIG. 1, a laser beam or an electron beam may be applied to the particles to melt and solidify at least the surface of the particles to make them spherical. Alternatively, a flame melting method in which particles are melted by a flame of about 1800 ° C. in which a mixed gas of combustible gas and oxygen is burned, and then spheroidized by gas convection may be used.

【0034】本発明のリチウム遷移金属酸化物からなる
正極活物質はその粒子が0. 5μm〜100μmの粒度
分布をしていることが好ましい。望ましい粒度の分布の
下限は1μmで上限は100μm。さらに望ましい範囲
は下限2μmで上限30μmである。体積頻度は一部の
粒径が突出して高いと粒子の充填性が低下するためなる
べく体積頻度は平均して低くおしなべて平らな山のよう
な分布が良く、例えば体積頻度の一番高い値が全体の1
0%以下であるのが良い。更に望ましくは5%以下であ
る。
The particles of the positive electrode active material comprising a lithium transition metal oxide of the present invention preferably have a particle size distribution of 0.5 μm to 100 μm. The lower limit of the desirable particle size distribution is 1 μm and the upper limit is 100 μm. A more desirable range is a lower limit of 2 μm and an upper limit of 30 μm. If the volume frequency is partly prominent and the particle size is high, the packing property of the particles will decrease, so the volume frequency is as low as possible on average and the distribution like a flat mountain is good, for example, the highest value of the volume frequency is the whole Of 1
It is good to be 0% or less. More preferably, it is 5% or less.

【0035】平均粒径D50 は0. 6μm以上で100μ
mの間にあり望ましくは3〜20μmの間にあることが
望ましい。更に望ましい範囲は、5〜10μmである。
The average particle diameter D50 is not less than 0.6 μm and not more than 100 μm.
m, preferably between 3 and 20 μm. A more desirable range is 5 to 10 μm.

【0036】このような比較的広い粒度分布と粒径とな
っているので、集電体箔上に塗布するとき粒子と粒子の
間に粒子が入り込みやすく充填密度が高くなる。また、
まんべんなく均一な厚さに塗布できる。
Because of such a relatively wide particle size distribution and particle size, the particles can easily enter between the particles when coated on the current collector foil, and the packing density increases. Also,
It can be evenly applied to a uniform thickness.

【0037】正極活物質が球状化されているほど粒子間
の摩擦が軽減され充填率も向上する。球状化率が3%以
下であるとその効果がなく、3%以上で効果が確認され
た。望ましくは10%以上になっているのがよい。また
限定粒子率では7%以上がよく、望ましくは20%以上
さらに望ましくは40%以上である。
As the positive electrode active material becomes more spherical, the friction between particles is reduced, and the packing ratio is improved. The effect was not confirmed when the spheroidization ratio was 3% or less, and the effect was confirmed when the spheroidization ratio was 3% or more. Desirably, it is 10% or more. The limited particle ratio is preferably 7% or more, more preferably 20% or more, and further preferably 40% or more.

【0038】本発明の正極活物質を用いて非水系リチウ
ム二次電池の正電極を作製する工程を図3にフローチャ
ートで示している。このフローチャートで工程31は原
料であり、正極活物質と炭素系導電材と結着材を秤量し
て工程32で混合する。炭素系導電材としてはカーボン
ブラック、グラファイト、アセチレンブラックあるいは
導電性のある他の化合物を使用することができ、その使
用量は1〜15wt%程度で、具体的には例えば5.5
wt%である。結着材としてはポリフッ化ビニリデン
(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)、ポリフッ化ビニル(PVF)などが挙げることが
でき、その量は3〜20wt%で具体的には例えば4.
5wt%である。正極活物質と炭素系導電材と結着材と
を工程32で乳鉢で十分に混合し、別途準備したアルミ
集電体箔(例えば厚さ15μm)の上に工程33でドク
ターブレード法などで厚さ100μmに塗布する。これ
を工程34で乾燥、工程35で約1.5トン/cm2の圧力
を加えて加圧して工程36にあるように正電極とする。
FIG. 3 is a flow chart showing a process for producing a positive electrode of a non-aqueous lithium secondary battery using the positive electrode active material of the present invention. In this flowchart, step 31 is a raw material, and the positive electrode active material, the carbon-based conductive material, and the binder are weighed and mixed in step 32. As the carbon-based conductive material, carbon black, graphite, acetylene black, or another compound having conductivity can be used, and the used amount is about 1 to 15 wt%, specifically, for example, 5.5.
wt%. As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTF)
E), polyvinyl fluoride (PVF) and the like, and the amount thereof is 3 to 20% by weight.
5 wt%. The positive electrode active material, the carbon-based conductive material, and the binder are sufficiently mixed in a mortar in step 32, and the thickness is increased by a doctor blade method or the like in step 33 on a separately prepared aluminum current collector foil (eg, 15 μm thick). To a thickness of 100 μm. This is dried in step 34, and a pressure of about 1.5 ton / cm 2 is applied in step 35 to form a positive electrode as in step 36.

【0039】本発明の球状化されたリチウム遷移金属酸
化物からなる正極活物質を用いた正電極は、高い密度に
充填できるが実用的には2. 54×103Kg/m3以上が良
い。望ましくは2. 8×103Kg/m3以上、更に望ましくは
3. 0×103Kg/m3以上が良い。本発明のリチウム遷移金
属酸化物は球状化により比表面積が最小となっているの
で、例えばスピネル型マンガン酸リチウムで問題とされ
ている電解液のマンガン溶出を低減させることができ
る。また、塗布抵抗が小さく滑らかで筋が入るようなこ
とがなく塗布がし易くなる。
The positive electrode using the positive electrode active material comprising the spheroidized lithium transition metal oxide of the present invention can be packed at a high density, but is practically preferably at least 2.54 × 10 3 Kg / m 3. . It is preferably at least 2.8 × 10 3 Kg / m 3, more preferably at least 3.0 × 10 3 Kg / m 3 . Since the specific surface area of the lithium transition metal oxide of the present invention is minimized due to spheroidization, manganese elution of the electrolytic solution, which is a problem with spinel-type lithium manganate, for example, can be reduced. In addition, the coating resistance is small and smooth, and the coating is easy without any streaking.

【0040】本発明による正極活物質およびそれから作
った正電極の充放電特性を評価するための非水系リチウ
ム二次電池を図4に示す。この二次電池40の容器とし
てビーカーを用いており、その中に電解液41が充たさ
れている。電解液41中には正電極42と負電極43が
対向配置されている。正電極42は図3のフローチャー
トに従って本発明の正極活物質を用いて準備したもので
ある。負電極43は通常の炭素系材料に代えて、リチウ
ム電極を用いている。正電極42と負電極43のリード
間には充電用電源44,負荷抵抗45,電圧計46が並
列に挿入されているとともに、電源44と負荷抵抗45
を切り換えるための切り換えスイッチ47が設けられて
いる。
FIG. 4 shows a non-aqueous lithium secondary battery for evaluating the charge / discharge characteristics of the positive electrode active material and the positive electrode made therefrom according to the present invention. A beaker is used as a container of the secondary battery 40, and an electrolyte 41 is filled therein. In the electrolyte 41, a positive electrode 42 and a negative electrode 43 are arranged to face each other. The positive electrode 42 is prepared using the positive electrode active material of the present invention according to the flowchart of FIG. For the negative electrode 43, a lithium electrode is used instead of a normal carbon-based material. Between the leads of the positive electrode 42 and the negative electrode 43, a charging power source 44, a load resistor 45, and a voltmeter 46 are inserted in parallel.
A changeover switch 47 for changing over is provided.

【0041】電解液41としてリチウム含有電解質を非
水溶媒に溶解して調整することができる。このような電
解液は市販されているものを使用することもできる。例
えば具体的には1.2 MLiPF6 を電解質としたエチルカー
ボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒を用いるこ
とができる。
The electrolyte 41 can be adjusted by dissolving a lithium-containing electrolyte in a non-aqueous solvent. As such an electrolytic solution, a commercially available one can be used. For example, specifically, a mixed solvent of ethyl carbonate and dimethyl carbonate using 1.2 M LiPF 6 as an electrolyte can be used.

【0042】図4の二次電池40を電源44に繋いで充
電を行いその後負荷抵抗に接続して0. 33Cで放電し
たときの初期放電容量(3時間でカットオフ電位3.2
Vになるまで放電させたときの正極活物質単位重量当た
りの放電量)、50サイクル目の放電容量、2Cで放電
したときの放電容量(30分でカットオフ電位3.2V
になるまで放電させたときの正極活物質単位重量当たり
の放電量)と電極密度と初期放電容量から計算した体積
当たりの放電容量を表す体積容量を測定する。
The secondary battery 40 shown in FIG. 4 is connected to a power supply 44 for charging, and then connected to a load resistor to discharge at 0.33 C (initial discharge capacity of 3.2 hours and a cutoff potential of 3.2 hours).
(Discharge amount per unit weight of the positive electrode active material when discharged to V), discharge capacity at the 50th cycle, discharge capacity when discharged at 2C (cutoff potential 3.2 V in 30 minutes)
(Discharge amount per unit weight of the positive electrode active material when discharge is performed), and the volume capacity representing the discharge capacity per volume calculated from the electrode density and the initial discharge capacity.

【0043】実験1 本実験では、図1のフローチャートに従って、原料とし
て二酸化マンガンと炭酸リチウムを使用し、原子比でL
i/Mn比が0. 58になるよう秤量し、樹脂製のボー
ルミルを用いて湿式で50時間混合した。混合液はPVA
溶液を添加後、スプレードライヤにより造粒し造粒粉を
乾燥させて10〜80μmの粒度を持つ顆粒を作成し
た。作成した顆粒は以後、表1の条件で処理を行った。
Experiment 1 In this experiment, manganese dioxide and lithium carbonate were used as raw materials according to the flowchart of FIG.
The mixture was weighed so that the i / Mn ratio became 0.58, and mixed by a wet method using a resin ball mill for 50 hours. The mixture is PVA
After the addition of the solution, the mixture was granulated by a spray dryer, and the granulated powder was dried to prepare granules having a particle size of 10 to 80 μm. The prepared granules were then processed under the conditions shown in Table 1.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】球状化を行うための熱プラズマの発生装置
は図2に示したものを用い、運転においてはあらかじめ
装置内をArガスで置換し周波数13.56 MHz、5 KW
の電力をコイルに供給し数1000Kの熱プラズマを発
生させたのちにArガスをキャリアガスとして装置内に
粉末試料を供給した。プラズマ内で粒子表面が溶融した
ときに粒子と粒子が接触して大きな粒子が生じることの
ない様に供給時に粉末の供給量を調整した。その結果1
時間で約200gを処理することができた。
The apparatus for generating thermal plasma for spheroidization is as shown in FIG. 2. In operation, the inside of the apparatus is replaced with Ar gas in advance and the frequency is 13.56 MHz, 5 kW.
Was supplied to the coil to generate thermal plasma of several thousand K, and then a powder sample was supplied into the apparatus using Ar gas as a carrier gas. The supply amount of the powder was adjusted at the time of the supply so that the particles did not come into contact with each other when the particle surface was melted in the plasma and large particles were generated. Result 1
About 200 g could be processed in an hour.

【0046】図5は前述の工程で作成した正極活物質の
SEM像である。熱プラズマ処理を行った実施例1と比
較例1の材料は真球状の粒子が確認できる。図5の各S
EM像を比較すると実施例1 と比較例1 の粒子表面が滑
らかであり熱プラズマにより材料が融点の1500℃程
度まで加熱され粒子の少なくとも表面が溶融し表面張力
により球状化したと考えられる。
FIG. 5 is an SEM image of the positive electrode active material prepared in the above-described steps. True spherical particles can be confirmed from the materials of Example 1 and Comparative Example 1 which were subjected to the thermal plasma treatment. Each S in FIG.
Comparing the EM images, it is considered that the particle surfaces of Example 1 and Comparative Example 1 were smooth, and the material was heated to the melting point of about 1500 ° C. by the thermal plasma, and at least the surface of the particles was melted and made spherical by the surface tension.

【0047】図6は粒度分布測定器( 堀場製作所製L
A-920)で各試料の粒度分布を測定したものを示す。図
6から熱プラズマ処理を行った実施例1 と比較例1 は粗
大な粒子が生じることも無く、熱プラズマ処理を行わな
かった比較例2と同等な粒度分布となっている。一方焼
成後解砕をしていない比較例3は粗大な粒子となってい
る。
FIG. 6 shows a particle size distribution analyzer (L, manufactured by Horiba, Ltd.)
A-920) shows the measured particle size distribution of each sample. FIG. 6 shows that Example 1 and Comparative Example 1 in which the thermal plasma treatment was performed did not generate coarse particles, and had the same particle size distribution as Comparative Example 2 in which the thermal plasma treatment was not performed. On the other hand, Comparative Example 3, which was not crushed after firing, had coarse particles.

【0048】図7はこれらの試料についてX線回折を行
った結果である。実施例1の熱プラズマ処理を行った後
に熱処理を行なった場合はLiMn2O4 の単相になってい
る。しかし、熱処理を行わなかった比較例1は目的とす
るLiMn2O4 以外のLiMnO2、Mn2O 3 、Mn3O4 等の相が確認
できる。比較例2と比較例3の試料は実施例1と同様に
LiMn2O4 の単相であった。格子定数については図中に記
載した。実施例1、比較例2および比較例3は同等の格
子定数であった。比較例1についてもLiMn2O4 のピーク
のみについて計算すると同等の値であった。比較例2と
3の試料は、焼成によってスピネル型マンガン酸リチウ
ムになっているが、これらの試料の少なくとも表面を熱
プラズマによって溶融凝固して球状化した比較例1はLi
Mn2O4 以外の結晶が生じている。比較例1の試料を大気
中600℃で熱処理を10時間施した実施例1ではLiMn
2O4 以外の結晶が消えて、LiMn2O4 単相に戻っており、
しかもピーク強度が高まっていることがわかる。
FIG. 7 shows an X-ray diffraction of these samples.
This is the result. After performing the thermal plasma processing of Example 1
LiMn when heat-treatedTwoOFourIs a single phase of
You. However, Comparative Example 1, in which no heat treatment was performed, was aimed.
LiMnTwoOFourOther than LiMnOTwo, MnTwoO Three, MnThreeOFourConfirm phases such as
it can. The samples of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 were the same as in Example 1.
LiMnTwoOFourWas a single phase. The lattice constant is shown in the figure.
Posted. Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 have the same case.
It was a child constant. LiMn for Comparative Example 1TwoOFourPeak of
It was the same value when it calculated only about. Comparative Example 2 and
Sample No. 3 was prepared by spinel-type lithium manganate
Although at least the surface of these samples is heated,
Comparative Example 1, which was melt-solidified and spheroidized by plasma, was Li
MnTwoOFourOther crystals are generated. Sample of Comparative Example 1 in air
In Example 1 in which the heat treatment was performed at 600 ° C. for 10 hours, LiMn
TwoOFourOther crystals disappear, LiMnTwoOFourBack to single phase,
Moreover, it can be seen that the peak intensity has increased.

【0049】正極活物質の特性を評価するために正電極
の作製に当たっては、図3のフローチャートに従って、
本実施例の各正極活物質、炭素系導電材及び結着材を重
量%で表してそれぞれ、90:5.5:4.5(wt%)の割合で混
合し、均一に混合されたスラリーを、厚み15μm のア
ルミ集電体箔上に塗布した後90℃で乾燥し、プレスに
て1.5トン/cm2で加圧し、約100μm厚さの塗膜を
形成した。
In producing the positive electrode in order to evaluate the characteristics of the positive electrode active material, the following steps were taken according to the flowchart of FIG.
The respective positive electrode active materials, carbon-based conductive materials, and binders of the present example were expressed in terms of% by weight, respectively, and were mixed at a ratio of 90: 5.5: 4.5 (wt%). Was dried at 90 ° C. and pressed with a press at 1.5 tons / cm 2 to form a coating film having a thickness of about 100 μm.

【0050】ここで作製した正電極を用いて図4に示す
試験用非水系リチウム二次電池を作った。通常リチウム
二次電池の負極には炭素系材料を使用するが、ここでは
評価結果に負極の特性が加味されないようリチウム電極
43を用いた。電解液41には1.2 MLiPF6 を電解質と
したエチルカーボネートとジメチルカーボネートの混合
溶媒を用いた。表2に正電極内の正極活物質の密度と
0. 33Cで放電したときの初期放電容量、50サイク
ル目の放電容量、2Cで放電したときの放電容量、電極
密度と初期放電容量から計算した体積当たりの放電容量
を表す体積容量を示す。
A non-aqueous lithium secondary battery for testing shown in FIG. 4 was manufactured using the positive electrode manufactured here. Normally, a carbon-based material is used for the negative electrode of the lithium secondary battery. Here, the lithium electrode 43 was used so that the characteristics of the negative electrode were not taken into consideration in the evaluation results. As the electrolytic solution 41, a mixed solvent of ethyl carbonate and dimethyl carbonate using 1.2 M LiPF 6 as an electrolyte was used. Table 2 shows the density of the positive electrode active material in the positive electrode, the initial discharge capacity when discharged at 0.33C, the discharge capacity at the 50th cycle, the discharge capacity when discharged at 2C, the electrode density, and the initial discharge capacity. The volume capacity indicates the discharge capacity per volume.

【0051】[0051]

【表2】 [Table 2]

【0052】表2のデータから実施例1で得られた材料
の特性は初期放電容量、50サイクル目の放電容量、2C
での放電容量維持率が比較例1〜3よりも高く、熱プラ
ズマによって溶融凝固を行って球状化を行った後、熱処
理を行って元の結晶構造に戻した実施例1では優れた放
電特性が得られていることが判る。また実施例1は体積
容量が比較例1〜3に比べ10%以上高いことが判る。
これは、電池の容量が10%以上向上できていることを
意味する。
From the data in Table 2, the characteristics of the material obtained in Example 1 were the initial discharge capacity, the discharge capacity at the 50th cycle, 2C
The discharge capacity retention ratio in Example 1 was higher than that in Comparative Examples 1 to 3, and after performing melt solidification by thermal plasma to perform spheroidization, heat treatment was performed to restore the original crystal structure. It can be seen that is obtained. Further, it can be seen that the volume capacity of Example 1 is higher than Comparative Examples 1 to 3 by 10% or more.
This means that the capacity of the battery has been improved by 10% or more.

【0053】実施例1の試料は熱プラズマによって少な
くとも粒子表面が溶融凝固して球状化しているので、組
成が均一になりやすく、短時間で冷却(急冷)されてい
るため成分の偏析が起きにくい。それを熱処理している
ので熱プラズマ処理していない材料よりも結晶が均一で
ピーク強度が高くなっている(図7参照)。またその後
熱処理により充放電に寄与しないMn2O3 やMn3O4 が無く
なりLiMn2O4 の単相になっている。これらのことから望
ましい結果が得られたものと考える。
In the sample of Example 1, since at least the particle surface is melted and solidified by the thermal plasma to form a sphere, the composition tends to be uniform, and the component is hardly segregated because it is cooled (quenched) in a short time. . Since it is heat-treated, the crystals are uniform and the peak intensity is higher than that of the material that has not been subjected to thermal plasma treatment (see FIG. 7). After that, Mn 2 O 3 and Mn 3 O 4 which do not contribute to charge and discharge are eliminated by the heat treatment, and a single phase of LiMn 2 O 4 is obtained. From these facts, it is considered that desirable results were obtained.

【0054】実験2 ここでは粒度分布を変えた正極活物質を作るために実験
1と同様に10〜80μmの粒度を持つ二酸化マンガン
と炭酸リチウムの混合顆粒を用いて、その後の工程を表
3に示すように変えて処理を行った。
Experiment 2 In order to prepare a positive electrode active material having a different particle size distribution, mixed granules of manganese dioxide and lithium carbonate having a particle size of 10 to 80 μm were used as in Experiment 1, and the subsequent steps are shown in Table 3. The treatment was performed as shown.

【0055】[0055]

【表3】 [Table 3]

【0056】実験1によって、熱プラズマ処理前の粒度
分布が熱プラズマ処理後の粒度分布に反映されることが
判っていたので、電極を塗布する際に大きな粒子が引っ
かかり塗布面に筋が入る等の問題が生じないように焼成
後106 μmの篩を通過させた。比較例4、実施例2およ
び実施例3については容易に篩を通過したが実施例4と
実施例5においては篩を通過しない部分がありライカイ
機により解砕してから篩を通過させた。これは比較例
4,実施例2と3の試料では焼成温度が低いので、粒成
長がなくそのままで篩を通過したが、実施例4と5の試
料では焼成温度が高く焼成時に粒成長があったものと考
えられる。ここで熱プラズマ処理は実験1と同様に行っ
た。
Since it was known from Experiment 1 that the particle size distribution before the thermal plasma treatment was reflected in the particle size distribution after the thermal plasma treatment, large particles were caught when the electrode was applied, and streaks were formed on the application surface. After firing, the mixture was passed through a 106 μm sieve so that the problem described above did not occur. Comparative Examples 4, 2 and 3 passed through the sieve easily, but in Examples 4 and 5, there were portions that did not pass through the sieve. This is because the samples of Comparative Examples 4 and 2 and 3 passed through the sieve without any grain growth because the firing temperature was low, but the samples of Examples 4 and 5 had high firing temperature and had grain growth during firing. It is thought that it was. Here, the thermal plasma treatment was performed in the same manner as in Experiment 1.

【0057】図8は表3の条件で作成した各試料の粒度
分布を示したものである。粒度分布はいずれも実験1と
同様に測定した。焼成温度が低い比較例4の粒度分布は
0.2〜4μmであった。実施例2は0.5〜10μ
m、実施例3は1〜100μm、実施例4は0.5〜4
0μm、実施例5は0.5〜70μmなので、これらを
まとめると0. 5〜100μmの粒度で良好な特性を示
すのがわかった。
FIG. 8 shows the particle size distribution of each sample prepared under the conditions shown in Table 3. The particle size distribution was measured in the same manner as in Experiment 1. The particle size distribution of Comparative Example 4 having a low firing temperature was 0.2 to 4 μm. Example 2 is 0.5 to 10 μm
m, Example 3 is 1 to 100 μm, Example 4 is 0.5 to 4 μm
Since it is 0 μm and Example 5 is 0.5 to 70 μm, it is found that when these are put together, good characteristics are exhibited at a particle size of 0.5 to 100 μm.

【0058】ここで得た各試料を実験1と同様に図3の
フローチャートに従ってアルミ集電体箔上に塗布して正
電極として、各試料を正極活物質として図4に示す非水
系リチウム二次電池を用いて電池特性を評価した。表4
は正極活物質の密度と0. 33Cで放電したときの初期
放電容量、50サイクル目の放電容量、2Cで放電した
ときの放電容量、電極密度と初期放電容量から計算した
体積当たりの放電容量を表す体積容量を示す。
Each of the samples obtained here was applied on an aluminum current collector foil according to the flow chart of FIG. 3 in the same manner as in Experiment 1, and each sample was used as a positive electrode and each sample was used as a positive electrode active material. The battery characteristics were evaluated using the battery. Table 4
Is the density of the positive electrode active material, the initial discharge capacity when discharged at 0.33C, the discharge capacity at the 50th cycle, the discharge capacity when discharged at 2C, the discharge capacity per volume calculated from the electrode density and the initial discharge capacity. Shows the expressed volume capacity.

【0059】[0059]

【表4】 [Table 4]

【0060】図8と表4のデータから、粒度分布の下限
が0. 2μmと小さい比較例4では50サイクル目の放
電容量が低下し実用的でないため、粒度分布が0. 5μ
m以上となっている実施例2,3,4,5が良い。上限
は電極を塗布する際に大きな粒子が引っかかり塗布面に
筋が入る等の問題が生じないように100μm以下が良
い。適切な平均粒径D50 は図8と表4のデータから0.
6μm以上で11μmの間にあるが、およそ0.6μm
〜50μmの範囲が良い。電極密度は高いほど電池に正
極材料が多く充填できるが実用的には50サイクル目の
放電容量が低下しない実施例2の2. 54×103Kg/m3
上が良い。
From the data shown in FIG. 8 and Table 4, in Comparative Example 4 in which the lower limit of the particle size distribution was as small as 0.2 μm, the discharge capacity at the 50th cycle was lowered and it was not practical.
Examples 2, 3, 4, and 5 having m or more are preferable. The upper limit is preferably 100 μm or less so that large particles are not caught when applying the electrode and a problem such as streaking on the applied surface does not occur. A suitable average particle size D50 is determined from the data in FIG.
Between 6 μm and 11 μm, but about 0.6 μm
The range of about 50 μm is good. The higher the electrode density, the more the positive electrode material can be filled in the battery, but practically, the discharge capacity at the 50th cycle is preferably not less than 2.54 × 10 3 Kg / m 3 in Example 2.

【0061】実験3 ここでは熱プラズマ処理後の熱処理条件を決める実験と
して、実施例1と同様にして作製したスピネル型マンガ
ン酸リチウムの熱プラズマ処理球状化粒子で熱処理条件
を表5に示すように変えて処理して正極活物質を作っ
た。熱処理の有無によって特性が大きく変わることが実
験1から明らかになっていたので、ここでは熱処理温度
を400℃から1000℃まで変えるとともに、実施例
8では雰囲気を酸素とした。
Experiment 3 Here, as an experiment for determining the heat treatment conditions after the thermal plasma treatment, the heat treatment conditions of the spinel-type lithium manganate thermal plasma treated spherical particles produced in the same manner as in Example 1 are shown in Table 5. By changing and processing, a positive electrode active material was produced. Since it was found from Experiment 1 that the characteristics greatly changed depending on the presence or absence of heat treatment, the heat treatment temperature was changed from 400 ° C. to 1000 ° C., and the atmosphere was oxygen in Example 8.

【0062】[0062]

【表5】 [Table 5]

【0063】ここで得た各試料を実験1と同様に図3の
フローチャートに従ってアルミ集電体箔上に塗布して正
電極を作製して、各試料を正極活物質として図4に示す
非水系リチウム二次電池を用いて電池特性を評価した。
その評価は0. 33Cで放電したときの初期放電容量と
50サイクル目の放電容量について行い、その結果を表
6に示す。
Each sample obtained here was coated on an aluminum current collector foil according to the flow chart of FIG. 3 in the same manner as in Experiment 1 to produce a positive electrode, and each sample was used as a positive electrode active material in the nonaqueous system shown in FIG. Battery characteristics were evaluated using a lithium secondary battery.
The evaluation was performed on the initial discharge capacity when discharging at 0.33C and the discharge capacity at the 50th cycle. The results are shown in Table 6.

【0064】[0064]

【表6】 [Table 6]

【0065】表5,表6のデータから熱処理温度は比較
例5の400℃では初期放電容量、50サイクル目の放電
容量ともに低すぎて実用的でない。一方、比較例6の熱
処理温度1000℃では初期放電容量に問題は無いが50
サイクル目で放電容量が約30%低下した。リチウム二
次電池は500サイクル以上使用するので、このサイク
ル特性では実用的でない。この結果から熱処理温度は5
00〜900℃の範囲が良いことがわかった。熱処理時
間については実施例1では10時間であったが実施例6
〜9のように2時間でも良いことがわかる。また熱処理
時の雰囲気は実施例7の大気中よりも実施例8の酸素中
のほうが特性が優れていることが分かった。
From the data in Tables 5 and 6, the heat treatment temperature at 400 ° C. in Comparative Example 5 is too low for practical use because both the initial discharge capacity and the discharge capacity at the 50th cycle are too low. On the other hand, at the heat treatment temperature of 1000 ° C. in Comparative Example 6, there is no problem in the initial discharge capacity,
At the cycle, the discharge capacity decreased by about 30%. Since a lithium secondary battery is used for 500 cycles or more, this cycle characteristic is not practical. From this result, the heat treatment temperature was 5
It turned out that the range of 00-900 degreeC is good. The heat treatment time in Example 1 was 10 hours, but in Example 6
As can be seen from FIG. It was also found that the atmosphere during the heat treatment was better in oxygen in Example 8 than in air in Example 7.

【0066】実験4 ここではスピネル型マンガン酸リチウム粒子表面を溶融
凝固して球状化をする熱プラズマ処理条件を決める実験
として、熱プラズマ処理条件と焼成条件以外は実施例1
と同様に処理して正極活物質を作製した。ここで各試料
の熱プラズマ処理条件は表7に示す。なお焼成はすべて
大気中900℃で5時間行った。
Experiment 4 Here, an experiment was performed to determine the thermal plasma processing conditions for melting and solidifying the surface of the spinel type lithium manganate particles to form a spheroid.
A positive electrode active material was prepared in the same manner as described above. Table 7 shows the thermal plasma processing conditions for each sample. The firing was all performed at 900 ° C. for 5 hours in the atmosphere.

【0067】[0067]

【表7】 [Table 7]

【0068】ここで得た各試料の球状化率(%)とし
て、SEMにより粒子形態を撮影後、画像処理装置を用
いて球状化している粒子の個数比率を算出した。また顆
粒の形状を評価するためにシスメックス 製フロー式粒
子像分析装置FPIA-2100 により調べた。本装置はC
CDカメラを用いて粒子を数千個撮影し1個1個の粒子
の投影面積、周囲長を計測し円相当径、円形度を算出す
る。円相当径は数1で、円形度は数2で計算される。こ
こで円相当径とは測定して得られた粒子の投影面積を持
つ真円の直径であり、円形度はその直径から求めた円周
長と前記投影像の周囲長の比である。
As the spheroidization ratio (%) of each of the obtained samples, the number ratio of the spheroidized particles was calculated using an image processing device after photographing the particle morphology by SEM. In order to evaluate the shape of the granules, the granules were examined with a flow particle image analyzer FPIA-2100 manufactured by Sysmex Corporation. This device is C
Thousands of particles are photographed using a CD camera, and the projected area and perimeter of each particle are measured to calculate the equivalent circle diameter and circularity. The equivalent circle diameter is calculated by Equation 1, and the circularity is calculated by Equation 2. Here, the equivalent circle diameter is the diameter of a perfect circle having the projected area of the particles obtained by measurement, and the circularity is the ratio of the circumference measured from the diameter to the circumference of the projected image.

【0069】[0069]

【数1】 (Equation 1)

【0070】[0070]

【数2】 (Equation 2)

【0071】図9は測定の一例で、実施例11と比較例
7の粒子について円形度を円相当径との関係で示してい
るグラフである。横軸は円相当径、縦軸が円形度で、各
粒子のデータを図中に点で示している。この装置は、本
発明の特徴である球状粒子の分布状態をグラフ化し数値
化することができる。特に特徴が現れるのは円相当径
(粒径)が5〜15μmで円形度が0. 9〜1. 0領域
に分布する粒子の体積比率である。この体積比率を本明
細書では限定粒子率と表示している。下側の図ではSE
Mで球状化が0%の比較例7では円相当径(粒径)が5
〜15μmで円形度が0. 9〜1. 0の粒子が殆ど無
い、一方球状化を確認している実施例11では粒子の分
布が確認できる。この比較例7の限定粒子率は1. 2%
で実施例11は16. 0%であった。同様にして求めた
他の試料についても限定粒子率の値を表8に示す。
FIG. 9 is a graph showing an example of the measurement, showing the circularity of the particles of Example 11 and Comparative Example 7 in relation to the circle equivalent diameter. The horizontal axis is the equivalent circle diameter and the vertical axis is the circularity, and the data of each particle is indicated by a dot in the figure. This apparatus can graph and digitize the distribution state of the spherical particles, which is a feature of the present invention. Particularly characteristic is the volume ratio of particles having a circle-equivalent diameter (particle diameter) of 5 to 15 μm and a circularity of 0.9 to 1.0. This volume ratio is expressed as a limited particle ratio in this specification. In the lower diagram, SE
In Comparative Example 7 where the spheroidization was 0% and the equivalent circle diameter (particle diameter) was 5%.
Almost no particles having a circularity of 0.9 to 1.0 at 1515 μm, while in Example 11 where spheroidization was confirmed, the particle distribution can be confirmed. The limited particle ratio of Comparative Example 7 was 1.2%.
In Example 11, the value was 16.0%. Table 8 shows the values of the limited particle ratios for other samples obtained in the same manner.

【0072】またここで得た各試料を実験1と同様に図
3のフローチャートに従ってアルミ集電体箔上に塗布し
て正電極として、各試料を正極活物質として図4に示す
非水系リチウム二次電池を用いてその特性の評価を行い
表8に合わせて示している。
Each of the samples obtained here was coated on an aluminum current collector foil according to the flow chart of FIG. 3 in the same manner as in Experiment 1 to serve as a positive electrode, and each sample was used as a positive electrode active material in the nonaqueous lithium secondary battery shown in FIG. The characteristics of the secondary battery were evaluated and the results are shown in Table 8.

【0073】[0073]

【表8】 [Table 8]

【0074】比較例7と実施例10〜14は投入電力を
変えて球状化率と電極特性への影響を調べたものであ
る。表7,表8の結果より、比較例7の1KWでは球状
化が確認できなかったが、供給電力を上げ投入電力を3
KW以上にすることで球状化することが確認できた。球
状化率3%の実施例10であっても0%の比較例7に比
して体積容量で8. 5%の向上が得られたので、球状化
率は3%以上あればよいことがわかる。更に投入電力を
上げた試料は球状化率の上昇と共に電極密度が上昇し体
積容量が上昇している。望ましい球状化率は20%以
上、更に望ましい球状化率は50%以上である。
In Comparative Example 7 and Examples 10 to 14, the effects on the spheroidization ratio and the electrode characteristics were examined by changing the input power. From the results in Tables 7 and 8, no spheroidization was observed at 1 KW in Comparative Example 7, but the supply power was increased and
It could be confirmed that spheroidization was achieved by setting the KW or more. Even in Example 10 having a spheroidization rate of 3%, an improvement of 8.5% in volume capacity was obtained as compared with Comparative Example 7 of 0%, so that the spheroidization rate may be 3% or more. Understand. Further, in the sample in which the input power was increased, the electrode density increased and the volume capacity increased as the spheroidization rate increased. A desirable spheroidization ratio is 20% or more, and a more desirable spheroidization ratio is 50% or more.

【0075】限定粒子率と体積容量との相関は球状化率
と同様に限定粒子率が高いほど特性が向上しており、限
定粒子率が7 %以上の実施例10で特性が向上している
ことが確認できる。望ましい限定粒子率(円形度0.9 〜
1.0 かつ粒径が5 〜15μm)は20%以上、更に望ましい
球状化率は40%以上である。なお、比較例7の試料はS
EMで粒子が球状化していることが確認できなかった
が、偶然限定粒子率の数値が出ているものと考えられ
る。
As in the case of the spheroidization ratio, the correlation between the limited particle ratio and the volume capacity is improved as the limited particle ratio is higher, and the characteristics are improved in Example 10 in which the limited particle ratio is 7% or more. Can be confirmed. Desirable limited particle ratio (circularity of 0.9 to
1.0 and a particle size of 5 to 15 μm) is 20% or more, and a more desirable spheroidization ratio is 40% or more. The sample of Comparative Example 7 was S
Although it was not confirmed by EM that the particles were spherical, it is considered that the numerical value of the limited particle ratio was accidentally obtained.

【0076】実施例15は熱プラズマ処理装置を取り替
え投入電力の周波数を13.56MHzから4MHzに変更した場合
の影響を調べたものである。表7と表8の結果から周波
数4MHzの試料(実施例15)は投入電力の同じである周
波数13.56MHzの実施例12と比較すると球状化率、限定
粒子率、電極密度、体積容量は低下しているが、球状化
処理の行われなかった比較例7と比較すると熱プラズマ
処理による球状化の効果は確認できた。
Example 15 examines the effect of replacing the thermal plasma processing apparatus and changing the frequency of the input power from 13.56 MHz to 4 MHz. From the results of Tables 7 and 8, the sample having a frequency of 4 MHz (Example 15) has a lower spheroidization rate, a limited particle rate, an electrode density, and a volume capacity as compared with Example 12 having a frequency of 13.56 MHz, which has the same input power. However, as compared with Comparative Example 7 in which the spheroidizing treatment was not performed, the effect of the spheroidizing by the thermal plasma treatment was confirmed.

【0077】また、実施例16、実施例17、実施例1
8は装置内の雰囲気をそれぞれ大気、酸素、窒素に変え
て実施したものであるがアルゴン雰囲気の場合と同様に
体積容量向上の効果が確認できた。実施例19は装置内
の圧力を下げ影響を調べたものである。表8から大気圧
に比べ球状化率、電極密度、体積容量が低下している
が、球状化が生じなかった比較例7と比較すると熱プラ
ズマ処理による球状化の効果は確認できた 実験5 原料として四三酸化コバルトと炭酸リチウムを使用し、
原子比でLi/Co比が1. 00になるよう秤量し、樹
脂製のボールミルにより湿式で50時間混合した。混合
液にはPVA溶液を添加後、スプレードライヤにより造
粒し乾燥させて10〜80μmの顆粒を作成した。作成
した顆粒は大気中900℃で焼成後、ライカイ機で解砕
し目開き32μmの篩を通過させ実施例20と比較例8
の試料に用いた。実施例20の試料では実施例1と同様
にAr雰囲気中で周波数13.56MHz、電力5KW を投入し大
気圧で熱プラズマ処理を行い熱処理を大気中600℃で
10時間行い、SEMで球状の粒子ができていることを
確認したものである。比較例8の試料は熱プラズマ処理
を行わず熱処理のみ大気中600℃で10時間行った。
Further, Embodiment 16, Embodiment 17, Embodiment 1
8 was carried out with the atmosphere in the apparatus changed to air, oxygen, and nitrogen, respectively, and the effect of improving the volume capacity was confirmed as in the case of the argon atmosphere. Example 19 is to investigate the effect of lowering the pressure in the apparatus. Table 8 shows that the spheroidization rate, electrode density, and volume capacity are lower than atmospheric pressure, but the effect of spheroidization by thermal plasma treatment was confirmed as compared with Comparative Example 7 in which spheroidization did not occur. Using cobalt tetroxide and lithium carbonate as
It was weighed so that the Li / Co ratio was 1.00 in atomic ratio, and was mixed by a resin ball mill in a wet manner for 50 hours. After adding the PVA solution to the mixture, the mixture was granulated by a spray drier and dried to prepare granules of 10 to 80 μm. The prepared granules were fired at 900 ° C. in the air, crushed with a raikai machine, and passed through a sieve having an opening of 32 μm to obtain a mixture of Example 20 and Comparative Example 8.
Was used for the sample. The sample of Example 20 was subjected to thermal plasma treatment at 13.56 MHz and power of 5 kW in an Ar atmosphere at atmospheric pressure and heat treatment at 600 ° C. in the atmosphere for 10 hours in the same manner as in Example 1. It is confirmed that it is done. For the sample of Comparative Example 8, only heat treatment was performed at 600 ° C. in the air for 10 hours without performing thermal plasma treatment.

【0078】ここで得た試料を実験1と同様に正極活物
質として、評価して電極密度と0.33Cで放電したと
きの初期放電容量と体積容量を測定してその結果を表9
に示している。
The obtained sample was evaluated as a positive electrode active material in the same manner as in Experiment 1, and the electrode density and the initial discharge capacity and volume capacity when discharged at 0.33 C were measured.
Is shown in

【0079】[0079]

【表9】 [Table 9]

【0080】この結果から熱プラズマ処理を行った実施
例20の試料は熱プラズマ処理を行わなかった比較例8
に比較して電極密度、初期放電容量が向上し体積容量が
15%向上することが確認できCo系正極活物質として
有効であることが判った。
From the results, the sample of Example 20 which was subjected to the thermal plasma treatment was compared with Comparative Example 8 which did not perform the thermal plasma treatment.
It was confirmed that the electrode density and the initial discharge capacity were improved and the volume capacity was improved by 15% as compared with that of the above, and it was found that the electrode was effective as a Co-based positive electrode active material.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の製
造方法で得た正極活物質は、リチウム遷移金属酸化物粒
子の少なくとも表面が溶融凝固して球状化していてそれ
が熱処理されているものであり、従来の正極活物質(例
えば比較例2,3)に比して、初期放電容量で約10%
の向上が得られ、50サイクル目の放電容量の低下が小
さいものとなっている。また、大電流放電においても特
性の低下の小さい正極活物質となっている。体積容量に
おいては従来品に比して15%以上の向上が得られてい
る。
As described in detail above, the positive electrode active material obtained by the production method of the present invention is one in which at least the surface of the lithium transition metal oxide particles is melted and solidified to form a sphere, which is heat-treated. The initial discharge capacity is about 10% as compared with a conventional positive electrode active material (for example, Comparative Examples 2 and 3).
And the decrease in the discharge capacity at the 50th cycle is small. In addition, it is a positive electrode active material with less deterioration in characteristics even in large current discharge. The volume capacity is improved by 15% or more compared to the conventional product.

【0082】コバルト酸リチウムを正極活物質とした場
合にも同様に大きな充放電容量が得られた。
Similarly, when lithium cobaltate was used as the positive electrode active material, a large charge / discharge capacity was obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に従って正極活物質を作製するためのフ
ローチャートを示す。
FIG. 1 shows a flowchart for producing a positive electrode active material according to the present invention.

【図2】本発明において熱プラズマ処理を行うために用
いる高周波熱プラズマの発生装置の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a high-frequency thermal plasma generator used for performing thermal plasma processing in the present invention.

【図3】本発明の正極活物質を用いて正電極を作製する
ためのフローチャートを示す。
FIG. 3 shows a flowchart for manufacturing a positive electrode using the positive electrode active material of the present invention.

【図4】非水系リチウム二次電池の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a non-aqueous lithium secondary battery.

【図5】正極活物質の粒子構造を示すSEM写真であ
る。
FIG. 5 is an SEM photograph showing a particle structure of a positive electrode active material.

【図6】正極活物質の粒子分布を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a particle distribution of a positive electrode active material.

【図7】正極活物質のX線回折チャートである。FIG. 7 is an X-ray diffraction chart of a positive electrode active material.

【図8】正極活物質の粒子分布を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a particle distribution of a positive electrode active material.

【図9】実施例11と比較例7の粒子について円形度を円
相当径との関係で示しているグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the circularity of the particles of Example 11 and Comparative Example 7 in relation to the circle equivalent diameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 高周波熱プラズマの発生装置 21 高周波誘導コイル 22 材料供給口 23 プラズマ作動用ガス供給口 24 排気口 25 プラズマ 26 球状化した粒子 40 (非水系リチウム)二次電池 41 電解液 42 正電極 43 負電極 44 (充電用)電源 45 負荷抵抗 46 電圧計 47 切り換えスイッチ 20 High-frequency thermal plasma generator 21 High-frequency induction coil 22 Material supply port 23 Gas supply port for plasma operation 24 Exhaust port 25 Plasma 26 Spherical particles 40 (non-aqueous lithium) secondary battery 41 Electrolyte 42 Positive electrode 43 Negative electrode 44 (for charging) power supply 45 load resistance 46 voltmeter 47 selector switch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内川 晃夫 鳥取県鳥取市南栄町70番地2号 日立金属 株式会社鳥取工場内 Fターム(参考) 4G048 AA04 AB01 AB05 AC06 AD04 AE05 5H029 AJ03 AJ05 AJ14 AK03 AM03 AM05 AM07 CJ02 CJ08 DJ16 DJ17 HJ01 HJ05 HJ13 HJ14 5H050 AA02 AA07 AA08 AA19 BA17 CA09 FA17 FA19 GA02 GA10 HA01 HA05 HA13 HA14  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Akio Uchikawa 70-2, Minamisakaemachi, Tottori-shi, Tottori Prefecture F-term (reference) 4G048 AA04 AB01 AB05 AC06 AD04 AE05 5H029 AJ03 AJ05 AJ14 AK03 AM03 AM05 AM07 CJ02 CJ08 DJ16 DJ17 HJ01 HJ05 HJ13 HJ14 5H050 AA02 AA07 AA08 AA19 BA17 CA09 FA17 FA19 GA02 GA10 HA01 HA05 HA13 HA14

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 焼成によってそれぞれ酸化物となる遷移
金属化合物とリチウム化合物とを所定割合で混合し、 それを焼成してリチウムと遷移金属の複合酸化物とした
上で、 前記リチウムと遷移金属の複合酸化物からなる粒子の少
なくとも表面を溶融した後凝固し、 その後、その粒子を熱処理することを特徴とする非水系
リチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
A mixture of a transition metal compound and a lithium compound, each of which becomes an oxide upon firing, is mixed at a predetermined ratio, and the mixture is fired to form a composite oxide of lithium and a transition metal. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery, comprising melting at least the surface of particles of a composite oxide, coagulating the particles, and then heat treating the particles.
【請求項2】 焼成によってそれぞれ酸化物となるマン
ガン化合物とコバルト化合物の少なくとも一種とリチウ
ム化合物とを所定割合で混合し、 それを焼成してリチウムと遷移金属の複合酸化物とした
上で、 前記リチウムと遷移金属の複合酸化物からなる粒子の少
なくとも表面を溶融した後凝固し、 その後、その粒子を熱処理することを特徴とする非水系
リチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
2. A method according to claim 1, wherein at least one of a manganese compound and a cobalt compound, each of which becomes an oxide upon firing, is mixed with a lithium compound at a predetermined ratio, and the mixture is fired to form a composite oxide of lithium and a transition metal. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery, characterized by melting at least the surface of particles comprising a composite oxide of lithium and a transition metal, coagulating the particles, and then heat treating the particles.
【請求項3】 焼成によってそれぞれ酸化物となるマン
ガン化合物とリチウム化合物とを所定割合で混合し、 それを焼成してスピネル型マンガン酸リチウムとした上
で、 前記スピネル型マンガン酸リチウムからなる粒子の少な
くとも表面を溶融凝固し、 その後、その粒子を熱処理することを特徴とする非水系
リチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
3. A manganese compound and a lithium compound, each of which becomes an oxide by firing, are mixed at a predetermined ratio, and the mixture is fired to obtain spinel-type lithium manganate. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery, wherein at least the surface is melt-solidified, and then the particles are heat-treated.
【請求項4】 前記溶融凝固は熱プラズマ処理であるこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の非水系リ
チウム二次電池用正極活物質の製造方法。
4. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to claim 1, wherein said melt-solidification is a thermal plasma treatment.
【請求項5】 前記熱プラズマ処理は前記リチウムと遷
移金属の複合酸化物の融点以上の温度で、雰囲気をアル
ゴン、酸素、大気あるいは窒素とし、圧力を50KPa から
大気圧として行うことを特徴とする請求項4記載の非水
系リチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
5. The thermal plasma treatment is performed at a temperature equal to or higher than the melting point of the composite oxide of lithium and transition metal, with an atmosphere of argon, oxygen, air or nitrogen, and a pressure of 50 KPa to atmospheric pressure. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to claim 4.
【請求項6】 前記溶融凝固によって変質した結晶構造
を前記熱処理によって前記リチウムと遷移金属の複合酸
化物の元の結晶構造に戻すことを特徴とする請求項1〜
5のいずれか記載の非水系リチウム二次電池用正極活物
質の製造方法。
6. The crystal structure altered by the melt-solidification is returned to the original crystal structure of the composite oxide of lithium and transition metal by the heat treatment.
6. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to any one of 5.
【請求項7】 前記熱処理は、大気あるいは酸素雰囲気
中で、温度500 〜900 ℃で行うことを特徴とする請求項
6記載の非水系リチウム二次電池用正極活物質の製造方
法。
7. The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to claim 6, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 500 to 900 ° C. in the air or an oxygen atmosphere.
【請求項8】 リチウムと遷移金属の複合酸化物からな
る粒子であり、その少なくとも表面が溶融凝固して球状
化されていることを特徴とする非水系リチウム二次電池
用正極活物質。
8. A positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery, comprising particles comprising a composite oxide of lithium and a transition metal, wherein at least the surface thereof is melt-solidified and spherical.
【請求項9】 スピネル型マンガン酸リチウム、コバル
ト酸リチウムの少なくとも一種からなる粒子であり、そ
の少なくとも表面が溶融凝固して球状化されていること
を特徴とする非水系リチウム二次電池用正極活物質。
9. A positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery, comprising particles comprising at least one of spinel type lithium manganate and lithium cobaltate, at least the surface of which is melted and solidified to be spherical. material.
【請求項10】 スピネル型マンガン酸リチウムからな
る粒子であり、その少なくとも表面が溶融凝固による球
状化されていることを特徴とする非水系リチウム二次電
池用正極活物質。
10. A positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery, comprising particles made of spinel-type lithium manganate, wherein at least the surface of the particles is formed into a spheroid by melting and solidifying.
【請求項11】 前記溶融凝固による球状化は熱プラズ
マに曝すことによって行われていることを特徴とする請
求項8〜10のいずれか記載の非水系リチウム二次電池
用正極活物質。
11. The positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to claim 8, wherein the spheroidization by melting and solidification is performed by exposing to thermal plasma.
【請求項12】 前記粒子の粒径の分布範囲は0.5 〜10
0 μmでその平均粒径は0.6 〜50μmであることを特徴
とする請求項8〜11のいずれか記載の非水系リチウム
二次電池用正極活物質。
12. The particle size distribution range of the particles is 0.5 to 10
The positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to any one of claims 8 to 11, wherein the positive electrode active material has a particle size of 0.6 to 50 µm at 0 µm.
【請求項13】 前記粒子の球状化率は3 %以上である
ことを特徴とする請求項8〜12のいずれか記載の非水
系リチウム二次電池用正極活物質。
13. The positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to claim 8, wherein a spheroidization ratio of the particles is 3% or more.
【請求項14】 前記粒子の限定粒子率(円形度0.9 〜
1.0 、粒径5 〜15μm領域にある粒子の体積比率)は7
%以上であることを特徴とする請求項8〜13のいずれ
か記載の非水系リチウム二次電池用正極活物質。
14. The limited particle ratio of the particles (circularity of 0.9 to 0.9).
1.0, the volume ratio of particles in the range of 5 to 15 μm) is 7
The positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery according to any one of claims 8 to 13, wherein
【請求項15】 リチウムと遷移金属の複合酸化物から
なる正極活物質を集電体に形成してなる正極を備えたリ
チウム二次電池において、 前記リチウムと遷移金属の複合酸化物は、少なくとも表
面が溶融凝固して球状化されている粒子であり、集電体
に付けられている正極活物質の密度は2.54×10 3Kg/m3
上であることを特徴とする非水系リチウム二次電池。
15. From a composite oxide of lithium and a transition metal
With a positive electrode formed by forming a positive electrode active material
In the lithium secondary battery, the composite oxide of lithium and a transition metal is at least
Particles whose surface has been melted and solidified to form spheroids.
The density of the positive electrode active material attached to is 2.54 × 10 ThreeKg / mThreeLess than
A non-aqueous lithium secondary battery characterized by the above.
【請求項16】 前記リチウムと遷移金属の複合酸化物
はスピネル型マンガン酸リチウム、コバルト酸リチウム
の少なくとも一種であることを特徴とする請求項15記
載の非水系リチウム二次電池。
16. The non-aqueous lithium secondary battery according to claim 15, wherein the composite oxide of lithium and a transition metal is at least one of spinel-type lithium manganate and lithium cobaltate.
【請求項17】 前記リチウムと遷移金属の複合酸化物
はスピネル型マンガン酸リチウムであることを特徴とす
る請求項16記載の非水系リチウム二次電池。
17. The non-aqueous lithium secondary battery according to claim 16, wherein the composite oxide of lithium and a transition metal is spinel-type lithium manganate.
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