JP2006036620A - Lithium ferrite-based multiple oxide and method for producing the same - Google Patents

Lithium ferrite-based multiple oxide and method for producing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new material which can stably charge and discharge in an operating voltage region (about 4 V) equivalent to that of existing lithium cobalt oxide-based positive electrode material, by using inexpensive raw materials having little restriction on resources. <P>SOLUTION: This lithium ferrite-based multiple oxide having a layered rock salt-type structure is expressed by the compositional formula: Li<SB>1+x</SB>(Mn<SB>1-m-n</SB>Fe<SB>n</SB>Co<SB>m</SB>)<SB>1-x</SB>O<SB>2</SB>, where 0<x<1/3; 0.01≤m≤0.50; 0.05≤n≤0.75; 0.06≤m+n<1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、次世代低コストリチウムイオン二次電池の正極材料として有用なリチウムフェライト系複合酸化物およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a lithium ferrite composite oxide useful as a positive electrode material for a next-generation low-cost lithium ion secondary battery and a method for producing the same.

現在我が国において、携帯電話、ノートパソコンなどのポータブル機器に搭載されている二次電池の殆どは、リチウムイオン二次電池である。また、リチウムイオン二次電池は、今後電気自動車、電力負荷平準化システムなどの大型電池としても実用化されるものと予測されており、その重要性はますます高まっている。   In Japan, most of the secondary batteries installed in portable devices such as mobile phones and notebook computers are lithium ion secondary batteries. In addition, lithium ion secondary batteries are expected to be put into practical use as large batteries for electric vehicles and power load leveling systems in the future, and their importance is increasing.

現在、リチウムイオン二次電池においては、正極材料として主にリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)材料を使用し、負極材料として黒鉛などの炭素材料を使用している。 Currently, in lithium ion secondary batteries, a lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) material is mainly used as a positive electrode material, and a carbon material such as graphite is used as a negative electrode material.

特に、正極材料としてのLiCoO2は、電池の作動電圧(正極中の遷移金属の酸化還元電位と負極元素の酸化還元電位との差)、充放電容量(正極から脱離・挿入可能なLi量)などの電池性能に関連する重要な材料であるので、今後需要が一層増大するものと予測されている。しかしながら、この化合物は、希少金属であるコバルトを多量に含むために、リチウムイオン二次電池の高コスト要因の一つとなっている。さらに、現在すでに全世界のコバルト生産量の約20%が電池産業において用いられていることを考慮すれば、LiCoO2からな
る正極材料のみでは、今後の需要拡大に対応可能かどうかは、不明である。
In particular, LiCoO 2 as the positive electrode material has a battery operating voltage (difference between the redox potential of the transition metal in the positive electrode and the redox potential of the negative electrode element), charge / discharge capacity (the amount of Li that can be desorbed and inserted from the positive electrode). ) And other important materials related to battery performance, and demand is expected to increase further in the future. However, since this compound contains a large amount of cobalt, which is a rare metal, it is one of the high cost factors of a lithium ion secondary battery. Furthermore, considering that about 20% of the world's global cobalt production is already used in the battery industry, it is unclear whether only the positive electrode material made of LiCoO 2 can meet future demand growth. is there.

現在、より安価で資源的制約の少ない正極材料として、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、リチウムマンガン酸化物(LiMn2O4)などが知られており、一部はLiCoO2に代替して実
用化されている。しかしながら、これらの材料は、電池充電時の安全性の問題(LiNiO2)、50℃以上でのマンガンの溶解による顕著な特性劣化(LiMn2O4)などの問題点を有している
ので、これら材料によるLiCoO2の代替は、予期された程には進展していない。
Currently, as a cheaper and more cathode material less resource limitations, lithium nickel oxide (LiNiO 2), lithium manganese oxide and (LiMn 2 O 4) or the like are known, some are replaced in LiCoO 2 practical It has become. However, these materials have problems such as safety problems during battery charging (LiNiO 2 ) and significant characteristic degradation due to manganese dissolution at 50 ° C. or higher (LiMn 2 O 4 ). Replacement of LiCoO 2 with these materials has not progressed as expected.

さらに、マンガンおよびニッケルに比べて、資源的により一層豊富であり、毒性が低く、安価な鉄を含むリチウムフェライト(LiFeO2)について、電極材料としての可能性が検討されている。しかしながら、通常の鉄源とLi源とを用いて高温焼成により得られるリチウムフェライトは、殆ど充放電しないので、リチウムイオン二次電池の正極材料としての活性を有していない。 In addition, lithium ferrite (LiFeO 2 ) containing iron, which is more abundant in resources, less toxic, and cheaper than manganese and nickel, is being investigated as a potential electrode material. However, since lithium ferrite obtained by high-temperature firing using a normal iron source and Li source hardly charges and discharges, it does not have activity as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.

一方、α-NaFeO2またはFeOOHを出発物質として、H/Liイオン交換法あるいはNa/Liイオ
ン交換法を用いて得られるLiFeO2は、4V付近に充電平坦電位を有しているものの、放電電位は3V以下である。(下記特許文献1および特許文献2参照)。このイオン交換法により得られたLiFeO2の放電電位は、LiCoO2の放電電位に比べて、約1V以上低く、前者材料による後者材料の代替は、かなり困難である。この様に、実用的レベルに達するリチウムフェライトの製造技術は、未だ確立されていない。
On the other hand, as a starting material alpha-NaFeO 2 or FeOOH, LiFeO 2 obtained using the H / Li ion exchange or Na / Li ion exchange method, although a charge flat potential in the vicinity of 4V, discharge potential Is less than 3V. (See Patent Document 1 and Patent Document 2 below). The discharge potential of LiFeO 2 obtained by this ion exchange method is about 1 V or more lower than the discharge potential of LiCoO 2 , and substitution of the latter material with the former material is quite difficult. As described above, a production technique for lithium ferrite reaching a practical level has not yet been established.

リチウム二次電池において、リチウムフェライト系酸化物がLiCoO2に代替しうる正極材料であるか否かの判断基準としては、4V付近に鉄の3+/4+酸化還元に伴う放電平坦電位を
有するか否かという点がある。本発明者らは、リチウムフェライトとリチウムマンガン酸化物(Li2MnO3)との固溶体(Li1+x(Fe0.5Mn0.5)1-xO2, 0≦x≦1/3。以下「鉄含有Li2MnO3」と略記する)を形成させることにより、4V領域に鉄の3+/4+酸化還元に伴う放電平坦電位を有する化合物が得られることを見出した(下記特許文献3および特許文献4参照)。しかしながら、この材料のもつ4V領域の充放電容量は、充放電試験サイクル数の増加とともに
劣化するという問題があり、現時点では、上記の方法では、実用化のために必要な高容量を有しかつサイクル劣化の少ない材料は得られていないので、さらに技術的改善が必要である(下記非特許文献1参照)。
In the lithium secondary battery, as a criterion for determining whether or not lithium ferrite-based oxide is a positive electrode material that can replace LiCoO 2 , the discharge flat potential associated with 3 + / 4 + redox of iron is present in the vicinity of 4V. There is a point whether or not. The present inventors have prepared a solid solution of lithium ferrite and lithium manganese oxide (Li 2 MnO 3 ) (Li 1 + x (Fe 0.5 Mn 0.5 ) 1-x O 2 , 0 ≦ x ≦ 1/3. It has been found that a compound having a discharge flat potential accompanying 3 + / 4 + redox of iron in the 4V region can be obtained by forming (containing Li 2 MnO 3 ) (abbreviated as “Li 2 MnO 3 ”) (Patent Document 3 and Patent below) Reference 4). However, there is a problem that the charge / discharge capacity in the 4V region of this material deteriorates with an increase in the number of charge / discharge test cycles. At present, the above method has a high capacity necessary for practical use and Since a material with little cycle deterioration has not been obtained, further technical improvement is necessary (see Non-Patent Document 1 below).

また、本発明者らは、ニッケルイオンを鉄含有Li2MnO3相に固溶させることにより、低
い電流密度(7.5mA/g)下では充放電曲線のサイクル数増大に伴う変化を抑制できることを
見出している(下記特許文献5参照)。しかしながら、鉄含有Li2MnO3系正極材料を実用化
するためには、より高い電流密度下(たとえば40mA/g以上)において高容量(90mAh/g以上)
を得ることがきわめて重要である。従って、この様な特性を有する正極材料の開発が強く要望されている。
In addition, the present inventors have found that by changing the nickel ions in the iron-containing Li 2 MnO 3 phase, changes due to an increase in the number of cycles of the charge / discharge curve can be suppressed under a low current density (7.5 mA / g). (See Patent Document 5 below). However, in order to put the iron-containing Li 2 MnO 3 positive electrode material into practical use, it has a high capacity (90 mAh / g or more) at a higher current density (for example, 40 mA / g or more).
Is extremely important. Accordingly, there is a strong demand for the development of a positive electrode material having such characteristics.

更に、新規な材料をリチウムイオン二次電池用正極として実用化するためには、実用化の進んでいる安価で資源的制約の少ない正極材料、例えば、リチウムマンガンスピネル(Li1+δMn2-δO4(0<δ<0.33))に対して優位な特性を有することも重要な要件となる。
特開平10-120421号公報 特開平8-295518号公報 特開2002-68748号公報 特開2002-121026号公報 特開2003-48718号公報 田渕光春ほか、「鉄含有Li2MnO3の充放電特性改善方法の検討」、電気化学会第68回大会、神戸、2001年4月
Furthermore, in order to put a new material into practical use as a positive electrode for a lithium ion secondary battery, a cathode material that has been put into practical use at low cost and has few resource constraints, such as lithium manganese spinel (Li 1 + δ Mn 2− Having an advantage over δ O 4 (0 <δ <0.33) is also an important requirement.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-120421 JP-A-8-295518 JP 2002-68748 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-121026 JP2003-48718 Mitsuharu Tabuchi et al., “Examination of charge / discharge characteristics improvement method for iron-containing Li2MnO3”, The 68th Annual Meeting of the Electrochemical Society of Japan, Kobe, April 2001

本発明は、上記したような従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、リチウムコバルト酸化物系正極材料と同等の作動電圧領域(約4V)において安定に充放電させることが可能な材料であって、資源的な制約が少なくかつ安価な原料を使用して得ることができ、しかも、既存の実用化の進んでいる低価格の正極材料と比較して、より優れた充放電特性を発揮できる新規な材料を提供することである。   The present invention has been made in view of the current state of the prior art as described above, and its main purpose is to stably charge and discharge in an operating voltage range (about 4 V) equivalent to that of a lithium cobalt oxide-based positive electrode material. Can be obtained by using inexpensive raw materials with less resource constraints, and more excellent compared to existing low-priced cathode materials that are in practical use. It is another object of the present invention to provide a novel material capable of exhibiting excellent charge / discharge characteristics.

本発明者は、上記従来技術の問題に鑑みて鋭意研究を重ねてきた。その結果、鉄含有Li2MnO3中にさらに特定量のCoを固溶させた新規な鉄-コバルト含有固溶体を見出すと共に、この固溶体をリチウムイオン二次電池の正極材料として使用する場合には、目的とする4V程度の作動電圧領域において良好なサイクル特性を維持したまま高容量化を達成できることを見出した。更に、この固溶体は、リチウムマンガンスピネル等の比較的安価な原料を用いた既存の正極材料と比較した場合に、例えば炭素負極を用いた60℃程度の高温充放電条件下において、高容量を有するものであることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。 The present inventor has intensively studied in view of the above problems of the prior art. As a result, in addition to finding a novel iron-cobalt-containing solid solution in which a specific amount of Co is further dissolved in iron-containing Li 2 MnO 3 , and using this solid solution as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, It has been found that high capacity can be achieved while maintaining good cycle characteristics in the target operating voltage range of about 4V. Furthermore, this solid solution has a high capacity under high-temperature charge / discharge conditions of, for example, about 60 ° C. using a carbon negative electrode when compared with an existing positive electrode material using a relatively inexpensive raw material such as lithium manganese spinel. I found out that it was. The present invention has been completed based on these findings.

すなわち本発明は、下記に示すリチウムフェライト系複合酸化物、その製造方法、リチウムフェライト系複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極材料およびリチウムイオン二次電池を提供する。
1.組成式Li1+x(Mn1-m-nFenCom)1-xO2 (但し、0<x<1/3、0.01≦m≦0.50、0.05≦n≦0.75、0.06≦m+n<1) で表され、層状岩塩型構造を有するリチウムフェライト系複合酸化物。
2.マンガン化合物、鉄化合物およびコバルト化合物を含む混合水溶液をアルカリ性として沈殿物を形成し、得られた沈殿生成物を酸化剤および水溶性リチウム化合物とともにアルカリ性条件下で水熱処理することを特徴とする上記項1に記載されたリチウムフェライ
ト系複合酸化物の製造方法。
3.上記項2の方法によって水熱処理を行った後、得られた生成物をリチウム化合物とともに焼成することを特徴とする上記項1に記載されたリチウムフェライト系複合酸化物の製造方法。
4.組成式Li1+x(Mn1-m-nFenCom)1-xO2 (但し、0<x<1/3、0.01≦m≦0.50、0.05≦n≦0.75、0.06≦m+n<1) で表され、層状岩塩型構造を有するリチウムフェライト系複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極材料。
5.組成式Li1+x(Mn1-m-nFenCom)1-xO2 (但し、0<x<1/3、0.01≦m≦0.50、0.05≦n≦0.75、0.06≦m+n<1) で表され、層状岩塩型構造を有するリチウムフェライト系複合酸化物からなる正極材料を構成要素とするリチウムイオン二次電池。
That is, the present invention provides a lithium ferrite composite oxide, a manufacturing method thereof, a positive electrode material for a lithium ion secondary battery comprising the lithium ferrite composite oxide, and a lithium ion secondary battery described below.
1. Composition formula Li 1 + x (Mn 1-mn Fe n Co m ) 1-x O 2 (However, 0 <x <1/3, 0.01 ≦ m ≦ 0.50, 0.05 ≦ n ≦ 0.75, 0.06 ≦ m + n < A lithium ferrite complex oxide represented by 1) and having a layered rock salt structure.
2. The above-mentioned item is characterized in that a mixed aqueous solution containing a manganese compound, an iron compound and a cobalt compound is made alkaline to form a precipitate, and the obtained precipitation product is hydrothermally treated under alkaline conditions together with an oxidizing agent and a water-soluble lithium compound. 1. A method for producing a lithium ferrite composite oxide described in 1.
3. 3. The method for producing a lithium ferrite composite oxide according to item 1, wherein the product obtained after hydrothermal treatment by the method of item 2 is fired together with a lithium compound.
4). Composition formula Li 1 + x (Mn 1-mn Fe n Co m ) 1-x O 2 (However, 0 <x <1/3, 0.01 ≦ m ≦ 0.50, 0.05 ≦ n ≦ 0.75, 0.06 ≦ m + n < A positive electrode material for a lithium ion secondary battery represented by 1) and comprising a lithium ferrite composite oxide having a layered rock salt structure.
5. Composition formula Li 1 + x (Mn 1-mn Fe n Co m ) 1-x O 2 (However, 0 <x <1/3, 0.01 ≦ m ≦ 0.50, 0.05 ≦ n ≦ 0.75, 0.06 ≦ m + n < A lithium ion secondary battery comprising as a constituent element a positive electrode material comprising a lithium ferrite composite oxide represented by 1) having a layered rock salt structure.

本発明のリチウムフェライト系複合酸化物は、組成式Li1+x(Mn1-m-nFenCom)1-xO2 (但
し、0<x<1/3、0.01≦m≦0.50、0.05≦n≦0.75、0.06≦m+n<1) で表される新規な化合
物であり、その結晶構造は、公知物質であるLiCoO2に類似する層状岩塩型構造である。
Lithium ferrite composite oxide of the present invention, the composition formula Li 1 + x (Mn 1- mn Fe n Co m) 1-x O 2 ( where, 0 <x <1 / 3,0.01 ≦ m ≦ 0.50,0.05 ≦ n ≦ 0.75, 0.06 ≦ m + n <1). The crystal structure is a layered rock salt structure similar to LiCoO 2 which is a known substance.

図1は、本発明のリチウムフェライト系複合酸化物の構造を模式的に表す図面である。図1の左側には、LiCoO2について、結晶の各層に含まれる元素を示し、図1の右側には、本発明の複合酸化物について、結晶の各層に含まれる元素を示している。 FIG. 1 is a drawing schematically showing the structure of the lithium ferrite composite oxide of the present invention. The left side of FIG. 1 shows the elements contained in each layer of the crystal for LiCoO 2 , and the right side of FIG. 1 shows the elements contained in each layer of the crystal for the composite oxide of the present invention.

図1から判るように、LiCoO2は、立方最密充填した酸化物イオンの8面体格子間位置にa軸方向に沿って2次元的にCoイオンとLiイオンとがそれぞれ配列し、c軸方向に交互に積層した結晶構造を有するものである。一方、本発明のリチウムフェライト系酸化物の結晶構造は、Liイオン、Feイオン、Mnイオンが、LiCoO2のCo層を部分的に置換していることと、Li層内にFeイオンが部分的に置換していることが特徴である。 As can be seen from FIG. 1, in LiCoO 2 , Co ions and Li ions are two-dimensionally arranged along the a-axis direction at the positions between the octahedral lattices of the cubically packed oxide ions in the c-axis direction. It has a crystal structure laminated alternately. On the other hand, the crystal structure of the lithium ferrite-based oxide of the present invention is that Li ions, Fe ions, and Mn ions partially replace the Co layer of LiCoO 2 , and Fe ions are partially in the Li layer. The feature is that it is replaced with.

従来、LiCoO2のCo層内がすべてFeイオンにより置換されたものが、層状岩塩型LiFeO2であるが、この材料はほとんど充放電容量を有しないことが知られている(K.Ado, M.Tabuchi, H.Kobayashi, H.Kageyama, O.Nakamura, Y.Inaba, R.Kanno, M.Takagi and Y.Takeda,
J. Electochem. Soc., 144, [7], L177, (1997))。
Conventionally, the layered rock salt type LiFeO 2 in which the Co layer of LiCoO 2 is completely replaced by Fe ions is known to have almost no charge / discharge capacity (K. Ado, M Tabuchi, H. Kobayashi, H. Kageyama, O. Nakamura, Y. Inaba, R. Kanno, M. Takagi and Y. Takeda,
J. Electochem. Soc., 144, [7], L177, (1997)).

これに対して、上記した通り、本発明のリチウムフェライト系複合酸化物では、Feイオンは、Co層内でLiイオンおよびMnイオンの共存により希釈されている。十分な放電容量を有する複合酸化物を得るためには、この様な鉄イオンの希釈が重要な要件となる。尚、Li層内にもFeイオンがしばしば混在するが、これはリチウムフェライトが立方晶岩塩構造(
図1で全金属元素を同一イオンと仮定したときに対応する構造)をとりやすいため起こるものであり、このFeイオンは充放電に寄与しない。
On the other hand, as described above, in the lithium ferrite composite oxide of the present invention, Fe ions are diluted by the coexistence of Li ions and Mn ions in the Co layer. In order to obtain a complex oxide having a sufficient discharge capacity, such dilution of iron ions is an important requirement. In addition, Fe ions are often mixed in the Li layer, but this is because the lithium ferrite has a cubic rock salt structure (
This occurs because all the metal elements in FIG. 1 are assumed to have the same ion), and this Fe ion does not contribute to charge / discharge.

本発明のリチウムフェライト系複合酸化物では、固溶させるFeイオン量(n値:Fe/(Fe+Mn+Co)は、Liイオン以外の金属イオン量の5〜75モル%(0.05≦Fe/(Fe+Mn+Co) ≦0.75)であ
り、好ましくは20〜60モル%(0.20≦Fe/(Fe+Mn+Co) ≦0.60)である。Feイオンの固溶量が
過剰となる場合には、充放電に関与しないLi層内のFeイオンが多くなるので、電池特性上好ましくない。これに対し、Feイオンの固溶量が少なすぎる場合には、充放電容量が小さくなるため、やはり好ましくない。
In the lithium ferrite composite oxide of the present invention, the amount of Fe ions to be dissolved (n value: Fe / (Fe + Mn + Co)) is 5 to 75 mol% (0.05 ≦ Fe / (Fe + Mn + Co) ≦ 0.75), preferably 20 to 60 mol% (0.20 ≦ Fe / (Fe + Mn + Co) ≦ 0.60) .When the amount of Fe ion solid solution is excessive Is not preferable in terms of battery characteristics because the Fe ions in the Li layer that do not participate in charge / discharge increase, whereas the charge / discharge capacity decreases when the amount of Fe ions dissolved is too small. It is not preferable.

本発明リチウムフェライト系複合酸化物に固溶させるCoイオンも、基本的にFeイオンと同様にMnイオンを置換する形で層状岩塩型構造中に存在している(K.Numata, C.Sasaki, and S.Yamanaka, Solid State Ionics, 117, 257-263, (1999).)。Coイオンは、3価状態で存在しているものと推測され、複合酸化物の電子伝導性の向上や層状岩塩型構造の安定化によるLi層内Feイオン量低減などに寄与しているものと思われる。本発明複合酸化物に固溶させるCoイオン量(m値:Co /(Fe+Mn+Co)は、Liイオン以外の金属イオン量の1〜50モル%(0.01≦Co /(Fe+Mn+Co)≦0.50)であり、好ましくは5〜30モル%(0.05≦Co /(Fe+Mn+Co)≦0
.30)である。MnおよびFeに比して高価なCoを多量に使用する場合には、経済的に不利となる。これに対し、Coイオンの固溶量が少なすぎる場合には、電子伝導性の向上や層状岩塩型構造安定化などの効果が十分に発現されない。
Co ions dissolved in the lithium ferrite composite oxide of the present invention are basically present in the layered rock salt structure in the form of replacing Mn ions in the same manner as Fe ions (K. Numata, C. Sasaki, and S. Yamanaka, Solid State Ionics, 117, 257-263, (1999).). Co ions are presumed to exist in a trivalent state, and contribute to the reduction of the Fe ion content in the Li layer by improving the electronic conductivity of the composite oxide and stabilizing the layered rock salt structure. Seem. The amount of Co ions (m value: Co / (Fe + Mn + Co)) to be dissolved in the composite oxide of the present invention is 1 to 50 mol% (0.01 ≦ Co / (Fe + Mn +) of the amount of metal ions other than Li ions. Co) ≦ 0.50), preferably 5-30 mol% (0.05 ≦ Co / (Fe + Mn + Co) ≦ 0)
.30). When a large amount of Co, which is more expensive than Mn and Fe, is used, it is economically disadvantageous. On the other hand, when the amount of Co ions dissolved is too small, effects such as improvement of electron conductivity and stabilization of the layered rock salt structure are not sufficiently exhibited.

さらに、本発明リチウムフェライト系複合酸化物に固溶させるFeイオンとCoイオンの合計量は、前記組成式において0.06≦m+n<1であり、好ましくは0.3≦m+n≦0.8の範囲内に
ある。
Further, the total amount of Fe ions and Co ions to be dissolved in the lithium ferrite composite oxide of the present invention is 0.06 ≦ m + n <1 in the above composition formula, preferably within the range of 0.3 ≦ m + n ≦ 0.8. It is in.

また、本発明リチウムフェライト系複合酸化物において、層状岩塩型の結晶構造を保つことができる限り、Li1+x(Mn1-m-nFenCom)1-xO2のxは、遷移金属イオンの平均価数によって0と1/3の間の値をとることができる。 In the lithium ferrite composite oxide of the present invention, as long as the layered rock salt type crystal structure can be maintained, Li 1 + x (Mn 1-mn Fe n Co m ) 1-x O 2 x is a transition metal A value between 0 and 1/3 can be taken depending on the average valence of ions.

さらに、本発明複合酸化物は、充放電特性に重大な影響を及ぼさない範囲(最大10モル%程度)の水酸化リチウム、炭酸リチウム(それらの水和物も含む)などの不純物相を含んで
いても良い。
Furthermore, the composite oxide of the present invention contains an impurity phase such as lithium hydroxide and lithium carbonate (including hydrates thereof) in a range that does not significantly affect the charge / discharge characteristics (up to about 10 mol%). May be.

本発明の複合酸化物は、通常の複合酸化物合成法である水熱反応法、固相反応法などにより製造することが可能である。特に、均一に混合できるという観点から、各イオンの生成源となる金属化合物を水、水/アルコール混合物などに溶解させた混合溶液を用いて、
水熱反応法で製造することが好ましい。以下、水熱反応を利用した製造方法について、具体的に説明する。
The composite oxide of the present invention can be produced by a conventional composite oxide synthesis method such as a hydrothermal reaction method or a solid phase reaction method. In particular, from the viewpoint of uniform mixing, using a mixed solution in which a metal compound that is a source of each ion is dissolved in water, a water / alcohol mixture,
It is preferable to produce by a hydrothermal reaction method. Hereinafter, a production method using a hydrothermal reaction will be specifically described.

水熱反応を利用した本発明の複合酸化物の製造は、鉄化合物、マンガン化合物およびコバルト化合物を含む混合水溶液をアルカリ性として沈殿物を形成し、得られた沈殿生成物を酸化剤および水溶性リチウム化合物とともにアルカリ性条件下で水熱処理することにより行うことができる。   The composite oxide of the present invention using hydrothermal reaction is prepared by forming a precipitate by making a mixed aqueous solution containing an iron compound, a manganese compound and a cobalt compound alkaline, and the resulting precipitation product is converted into an oxidant and water-soluble lithium. It can be carried out by hydrothermal treatment with the compound under alkaline conditions.

鉄化合物、マンガン化合物およびコバルト化合物としては、これらの化合物を含む混合水溶液を形成できる成分であれば特に限定なく使用できる。通常、水溶性の化合物を用いればよい。この様な水溶性化合物の具体例としては、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩などの水溶性塩、水酸化物などを挙げることができる。これらの水溶性化合物は、無水物および水和物のいずれであってもよい。また、酸化物などの非水溶性化合物であっても、例えば、塩酸などの酸を用いて溶解させて水溶液として用いることが可能である。これらの各原料化合物は、各金属源について、それぞれ単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   As an iron compound, a manganese compound, and a cobalt compound, if it is a component which can form the mixed aqueous solution containing these compounds, it can use without limitation. Usually, a water-soluble compound may be used. Specific examples of such water-soluble compounds include water-soluble salts such as chlorides, nitrates, sulfates, oxalates and acetates, hydroxides and the like. These water-soluble compounds may be either anhydrides or hydrates. Further, even a water-insoluble compound such as an oxide can be used as an aqueous solution after being dissolved using an acid such as hydrochloric acid. Each of these raw material compounds may be used alone or in combination of two or more for each metal source.

該混合水溶液における鉄化合物、マンガン化合物およびコバルト化合物の混合割合は、目的とする複合酸化物における各元素比と同様の元素比となるようにすればよい。   What is necessary is just to make it the mixing ratio of the iron compound, manganese compound, and cobalt compound in this mixed aqueous solution become an element ratio similar to each element ratio in the target complex oxide.

混合水溶液中の各化合物の濃度については、特に限定的ではなく、均一な混合水溶液を形成でき、且つ円滑に共沈物を形成できるように適宜決めればよい。通常、鉄化合物、マンガン化合物およびコバルト化合物の合計濃度を、0.01〜5mol/l程度、好ましくは0.1〜2mol/l程度とすればよい。   The concentration of each compound in the mixed aqueous solution is not particularly limited, and may be determined as appropriate so that a uniform mixed aqueous solution can be formed and a coprecipitate can be smoothly formed. Usually, the total concentration of the iron compound, manganese compound and cobalt compound may be about 0.01 to 5 mol / l, preferably about 0.1 to 2 mol / l.

該混合水溶液の溶媒としては、水を単独で用いる他、メタノール、エタノールなどの水溶性アルコールを含む水―アルコール混合溶媒を用いても良い。水―アルコール混合溶媒を用いることにより、0℃を下回る温度での沈殿生成が可能となる。アルコールの使用量は、目的とする沈殿生成温度などに応じて適宜決めればよいが、通常、水100重量部に対して、50重量部程度以下の使用量とすることが適当である。   As a solvent for the mixed aqueous solution, water may be used alone, or a water-alcohol mixed solvent containing a water-soluble alcohol such as methanol or ethanol may be used. By using a water-alcohol mixed solvent, a precipitate can be formed at a temperature lower than 0 ° C. The amount of alcohol used may be appropriately determined according to the target precipitation temperature, but it is usually appropriate to use about 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of water.

該混合水溶液から共沈物を生成させるには、該混合水溶液をアルカリ性とすればよい。良好な共沈物を形成する条件は、混合水溶液に含まれる各化合物の種類、濃度などによって異なるので一概に規定出来ないが、通常、pH8程度以上とすることが好ましく、pH11程度以上とすることがより好ましい。   In order to generate a coprecipitate from the mixed aqueous solution, the mixed aqueous solution may be made alkaline. Conditions for forming good coprecipitates vary depending on the type and concentration of each compound contained in the mixed aqueous solution, and thus cannot be defined unconditionally. However, the pH is preferably about 8 or more, and preferably about 11 or more. Is more preferable.

該混合水溶液をアルカリ性にする方法については、特に限定はなく、通常は、該混合水溶液にアルカリ又はアルカリを含む水溶液を添加すればよい。また、アルカリを含む水溶液に該混合水溶液を添加する方法によっても共沈物を形成することができる。   The method for making the mixed aqueous solution alkaline is not particularly limited, and usually an alkali or an aqueous solution containing an alkali may be added to the mixed aqueous solution. Moreover, a coprecipitate can be formed also by the method of adding this mixed aqueous solution to the aqueous solution containing an alkali.

該混合水溶液をアルカリ性にするために用いるアルカリとしては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、などのアルカリ金属水酸化物、アンモニアなどを用いることができる。これらのアルカリを水溶液として用いる場合には、例えば、0.1〜20mol/l程度、好ましくは0.3〜10mol/l程度の濃度の水溶液として用いることができる。   Examples of the alkali used for making the mixed aqueous solution alkaline include alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, and lithium hydroxide, ammonia, and the like. When these alkalis are used as an aqueous solution, for example, they can be used as an aqueous solution having a concentration of about 0.1 to 20 mol / l, preferably about 0.3 to 10 mol / l.

該混合水溶液の溶媒としては、水を単独で用いる他、メタノール、エタノールなどの水溶性アルコールを含む水―アルコール混合溶媒を用いても良い。水―アルコール混合溶媒を用いることにより、0℃を下回る温度での沈殿生成が可能となる。アルコールの使用量は、目的とする沈殿生成温度などに応じて適宜決めればよいが、通常、水100重量部に対して、50重量部程度以下の使用量とすることが適当である。   As a solvent for the mixed aqueous solution, water may be used alone, or a water-alcohol mixed solvent containing a water-soluble alcohol such as methanol or ethanol may be used. By using a water-alcohol mixed solvent, a precipitate can be formed at a temperature lower than 0 ° C. The amount of alcohol used may be appropriately determined according to the target precipitation temperature, but it is usually appropriate to use about 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of water.

沈殿生成の際には、該混合水溶液の温度を-50℃から+15℃程度、好ましくは-40℃から+10℃程度にすることにより、均質な共沈物が形成されやすくなる。   When the precipitate is formed, the temperature of the mixed aqueous solution is set to about −50 ° C. to + 15 ° C., preferably about −40 ° C. to + 10 ° C., whereby a homogeneous coprecipitate is easily formed.

該混合水溶液をアルカリ性として沈殿を形成した後、更に、0〜150℃程度(好ましくは10-100℃程度)で、1〜7日間程度(好ましくは2〜4日間程度)にわたり、反応溶液に空気を吹き込みながら、共沈物の酸化・熟成処理を行うことが好ましい。   After forming the precipitate by making the mixed aqueous solution alkaline, the reaction solution is further air-cooled at about 0 to 150 ° C. (preferably about 10 to 100 ° C.) for about 1 to 7 days (preferably about 2 to 4 days). The coprecipitate is preferably oxidized and aged while blowing.

得られた沈殿を蒸留水等で洗浄して、過剰のアルカリ成分、残留原料等を除去し、濾別することによって、沈殿を精製することができる。   The precipitate can be purified by washing the resulting precipitate with distilled water or the like to remove excess alkali components, residual raw materials, and the like, followed by filtration.

次いで、上記した方法で得た沈殿生成物を酸化剤および水溶性リチウム化合物とともにアルカリ性条件下で水熱処理に供する。水熱処理は、該沈殿生成物、酸化剤及び水溶性リチウム化合物を含む水溶液をアルカリ性条件下で加熱することによって行うことができる。   Next, the precipitation product obtained by the above-described method is subjected to hydrothermal treatment under alkaline conditions together with an oxidizing agent and a water-soluble lithium compound. Hydrothermal treatment can be performed by heating the aqueous solution containing the precipitation product, the oxidizing agent and the water-soluble lithium compound under alkaline conditions.

水熱反応に用いる水溶液では、Fe,Mn及びCoを含む沈殿生成物の含有量は水1リ
ットルあたり1〜100g程度とすることが好ましく、10〜80g程度とすることがより好ましい。
In the aqueous solution used for the hydrothermal reaction, the content of the precipitation product containing Fe, Mn and Co is preferably about 1 to 100 g, more preferably about 10 to 80 g per liter of water.

水溶性リチウム化合物としては、例えば、塩化リチウム、硝酸リチウム等の水溶性リチウム塩、水酸化リチウム等を用いることができる。これらの水溶性リチウム化合物は、一種単独又は二種以上混合して用いることができ、無水物および水和物の何れを用いても良い。   As the water-soluble lithium compound, for example, a water-soluble lithium salt such as lithium chloride or lithium nitrate, lithium hydroxide, or the like can be used. These water-soluble lithium compounds can be used singly or in combination of two or more, and any of anhydrides and hydrates may be used.

水溶性リチウム化合物の使用量は、沈殿生成物中のFe,Mn及びCoの合計モル数に対するリチウム元素モル比として、Li/(Fe+Mn+Co)=1〜10程度とすることが好ましく
、3〜7程度とすることがより好ましい。
The amount of the water-soluble lithium compound used is preferably about Li / (Fe + Mn + Co) = 1 to 10 as a molar ratio of lithium element to the total number of moles of Fe, Mn and Co in the precipitation product, More preferably, it is about 3-7.

水溶性リチウム化合物の濃度は、0.1〜10mol/l程度とすることが好ましく、1〜8mol/l
程度とすることがより好ましい。
The concentration of the water-soluble lithium compound is preferably about 0.1 to 10 mol / l, 1 to 8 mol / l
More preferably, it is about.

酸化剤としては、水熱反応時に分解して酸素発生するものであれば、特に限定無く使用でき、具体例として、塩素酸カリウム、塩素酸リチウム、塩素酸ナトリウム、過酸化水素水等を挙げることができる。   The oxidizing agent can be used without particular limitation as long as it decomposes during the hydrothermal reaction to generate oxygen, and specific examples include potassium chlorate, lithium chlorate, sodium chlorate, hydrogen peroxide water, and the like. Can do.

酸化剤の濃度は、0.1〜10mol/l程度とすることが好ましく、0.5〜5mol/l程度とするこ
とがより好ましい。
The concentration of the oxidizing agent is preferably about 0.1 to 10 mol / l, and more preferably about 0.5 to 5 mol / l.

水熱反応を行う際の水溶液のpHについては、通常、pH8程度以上とすることが好ましく、pH11程度以上とすることがより好ましい。   About pH of the aqueous solution at the time of performing a hydrothermal reaction, it is usually preferable to set it as about pH8 or more, and it is more preferable to set it as about pH11 or more.

沈殿生成物、酸化剤および水溶性リチウム化合物を含む水溶液がアルカリ性条件下にある場合には、そのまま加熱すればよいが、pH値が低い場合には、例えば、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物、アンモニアなどを添加して、pH値を上げればよい。   When the aqueous solution containing the precipitation product, oxidizing agent and water-soluble lithium compound is under alkaline conditions, it may be heated as it is, but when the pH value is low, for example, potassium hydroxide, sodium hydroxide, for example The pH value may be increased by adding an alkali metal hydroxide such as ammonia or ammonia.

水熱反応は、通常の水熱反応装置(例えば、市販のオートクレーブ)を用いて行うことができる。   Hydrothermal reaction can be performed using a normal hydrothermal reaction apparatus (for example, a commercially available autoclave).

水熱反応条件は、特に限定されるものではないが、通常100〜300℃程度で0.1〜150時間程度とすればよく、好ましくは150〜250℃程度で1〜100時間程度とすればよい。   Hydrothermal reaction conditions are not particularly limited, but may be usually about 100 to 300 ° C. and about 0.1 to 150 hours, preferably about 150 to 250 ° C. and about 1 to 100 hours.

水熱反応終了後、通常、残存するリチウム化合物などの残存物を除去するために、反応生成物を洗浄する。洗浄には、例えば、水、水-アルコール、アセトンなどを用いること
ができる。次いで、生成物を濾過し、例えば、80℃以上の温度(通常は100℃程度)で乾燥
することにより、所望の層状岩塩型リチウムフェライト系複合酸化物を得ることができる。
After completion of the hydrothermal reaction, the reaction product is usually washed in order to remove the remaining lithium compound and the like. For example, water, water-alcohol, acetone or the like can be used for washing. The product is then filtered and dried at a temperature of 80 ° C. or higher (usually about 100 ° C.) to obtain a desired layered rock salt type lithium ferrite composite oxide.

本発明においては、さらに必要に応じて、上記で得られた複合酸化物をリチウム化合物と共に焼成することによって、層状岩塩型リチウムフェライト系複合酸化物としての結晶性を一層向上させることができる。   In the present invention, if necessary, the crystallinity of the layered rock salt type lithium ferrite composite oxide can be further improved by firing the composite oxide obtained above together with the lithium compound.

リチウム化合物としては、リチウム元素を含む化合物であれば、特に限定無く使用でき、具体例として、塩化リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等のリチウム塩、水酸化リチウム等を挙げることができる。リチウム化合物の使用量は、上記の層状岩塩型リチウムフェライト系複合酸化物1モルに対して、0.1〜2モル程度とすればよい。   As a lithium compound, if it is a compound containing a lithium element, it can be used without particular limitation, and specific examples include lithium salts such as lithium chloride, lithium nitrate, and lithium acetate, lithium hydroxide, and the like. The usage-amount of a lithium compound should just be about 0.1-2 mol with respect to 1 mol of said layered rock salt type lithium ferrite type complex oxides.

通常、反応性を向上させるために、上記方法で得られたリチウムフェライト系複合酸化物を粉砕した後、焼成することが好ましい。粉砕の程度については、粗大粒子が含まれず、混合物が均一な色調となっていればよい。   Usually, in order to improve the reactivity, it is preferable that the lithium ferrite composite oxide obtained by the above method is pulverized and then fired. As for the degree of pulverization, it is sufficient that coarse particles are not included and the mixture has a uniform color tone.

リチウム化合物は、粉末形態、水溶液形態等として用いることができるが、反応の均一性を確保するために、水溶液の形態で使用することが好ましい。この場合、水溶液の濃度については、通常、0.1〜10mol/l程度とすればよい。   The lithium compound can be used in the form of a powder, an aqueous solution, or the like, but is preferably used in the form of an aqueous solution in order to ensure the uniformity of the reaction. In this case, the concentration of the aqueous solution is usually about 0.1 to 10 mol / l.

焼成雰囲気については、特に限定はなく、大気中、酸素気流中等の酸化性雰囲気中、不活性雰囲気中、還元雰囲気中等任意の雰囲気を選択できる。焼成温度は、200〜1000℃程
度とすることが好ましく、300〜800℃程度とすることがより好ましい。焼成時間は、1〜100時間程度とすることが好ましく、20〜60時間程度とすることがより好ましい。
There is no particular limitation on the firing atmosphere, and any atmosphere such as an oxidizing atmosphere such as the air or an oxygen stream, an inert atmosphere, or a reducing atmosphere can be selected. The firing temperature is preferably about 200 to 1000 ° C, more preferably about 300 to 800 ° C. The firing time is preferably about 1 to 100 hours, and more preferably about 20 to 60 hours.

焼成終了後、通常、過剰のリチウム化合物を除去するために、焼成物を水洗処理、溶媒洗浄処理等に供する。その後、濾過を行い、例えば、80℃以上の温度、好ましくは100℃
程度の温度で加熱乾燥してもよい。
After completion of the firing, the fired product is usually subjected to a water washing treatment, a solvent washing treatment or the like in order to remove excess lithium compound. Thereafter, filtration is performed, for example, a temperature of 80 ° C. or higher, preferably 100 ° C.
You may heat-dry at the temperature of a grade.

更に必要に応じて、この加熱乾燥物を粉砕し、リチウム化合物を加えて、焼成し、洗浄し、乾燥するという一連の操作を繰り返し行うことにより、リチウムフェライト系複合酸化物の優れた特性(リチウムイオン二次電池用正極材料としての作動電圧領域における安
定的な充放電特性、高容量など)をより一層改善することができる。
Furthermore, if necessary, the heat-dried product is pulverized, added with a lithium compound, calcined, washed and dried. Stable charge / discharge characteristics, high capacity, etc. in the operating voltage region as a positive electrode material for ion secondary batteries can be further improved.

本発明によるリチウムフェライト系複合酸化物を用いるリチウムイオン二次電池は、公知の手法により製造することができる。すなわち、正極材料として、本発明による新規な複合酸化物を使用し、負極材料として、公知の金属リチウム、炭素系材料(活性炭、黒鉛)などを使用し、電解液として、公知のエチレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの溶媒に過塩素酸リチウム、LiPF6などのリチウム塩を溶解させた溶液を使用し、さらに
その他の公知の電池構成要素を使用して、常法に従って、リチウムイオン二次電池を組立てることができる。
The lithium ion secondary battery using the lithium ferrite composite oxide according to the present invention can be manufactured by a known method. That is, the novel composite oxide according to the present invention is used as the positive electrode material, the known metal lithium, carbon-based material (activated carbon, graphite), etc. are used as the negative electrode material, and the known ethylene carbonate and dimethyl are used as the electrolyte. Assembling a lithium ion secondary battery according to a conventional method using a solution in which a lithium salt such as lithium perchlorate or LiPF 6 is dissolved in a solvent such as carbonate, and using other known battery components Can do.

本発明によれば、安価な原料を使用して、既存のリチウムコバルト酸化物系正極材料と同等の作動電圧領域(約4V)において安定に充放電させることができる新規な材料を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a novel material that can be stably charged and discharged in an operating voltage range (about 4 V) equivalent to that of an existing lithium cobalt oxide-based positive electrode material by using an inexpensive raw material. .

また、この材料は、高温環境下においても正極材料として優れた性能を発揮し得るものである。例えば、高温充放電条件(例えば、60℃程度)では、実用化されている代表的な低価格正極材料であるリチウムマンガンスピネルと比較した場合に、より高容量を有するものである。   In addition, this material can exhibit excellent performance as a positive electrode material even in a high temperature environment. For example, under high-temperature charge / discharge conditions (for example, about 60 ° C.), it has a higher capacity when compared with lithium manganese spinel, which is a typical low-cost positive electrode material in practical use.

よって、本発明のリチウムフェライト系複合酸化物は、高容量で、かつ、低コストのリチウムイオン二次電池用正極材料として極めて有用であり、更に、例えば、車載用二次電池などの高温環境下で使用される可能性のあるリチウムイオン二次電池用の正極としても優れた性能を発揮し得るものである。   Therefore, the lithium ferrite-based composite oxide of the present invention is extremely useful as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery with a high capacity and low cost, and further, for example, in a high temperature environment such as an in-vehicle secondary battery. As a positive electrode for a lithium ion secondary battery that may be used in, it can exhibit excellent performance.

以下に実施例および比較例を示し、本発明の特徴とするところを一層明確にする。本発明は、これら実施例により限定されるものではない。   Examples and comparative examples are shown below to further clarify the features of the present invention. The present invention is not limited to these examples.

硝酸鉄(III)9水和物50.50g、塩化マンガン(II)4水和物14.84gおよび硝酸コバルト(II)6水和物14.55g(全量0.25mol、Fe:Mn:Coモル比=5:3:2)を500mlの蒸留水に加え、完全に溶解させた。別のビーカーに水酸化リチウム水溶液(蒸留水500mlに水酸化リチウム1水和物50gを溶解させた溶液)を作製した。この水溶液をチタン製ビーカーに入れ、恒温漕内に静置
し恒温漕内を+5℃に保った。水酸化リチウム水溶液に上記金属塩水溶液を徐々に滴下することにより、Fe-Mn-Co沈殿物を形成させた。反応液が完全にアルカリ性(pH11以上)を保持していることを確認し、攪拌下に共沈物を含む反応液に室温で2日間空気を吹き込んで酸
化処理して、沈殿を熟成させた。
Iron (III) nitrate nonahydrate 50.50 g, manganese (II) chloride tetrahydrate 14.84 g and cobalt nitrate (II) hexahydrate 14.55 g (total amount 0.25 mol, Fe: Mn: Co molar ratio = 5: 3: 2) was added to 500 ml of distilled water and completely dissolved. An aqueous lithium hydroxide solution (a solution in which 50 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 500 ml of distilled water) was prepared in another beaker. This aqueous solution was placed in a titanium beaker and allowed to stand in a thermostat and kept in the thermostat at + 5 ° C. The metal salt aqueous solution was gradually dropped into the lithium hydroxide aqueous solution to form an Fe-Mn-Co precipitate. It was confirmed that the reaction solution was completely alkaline (pH 11 or more), and the reaction solution containing the coprecipitate was stirred for 2 days at room temperature with air to oxidize the precipitate.

得られた沈殿を蒸留水で洗浄し、濾別した後、この沈殿25gを水酸化リチウム1水和物50g、塩素酸カリウム50g、蒸留水600mlとともにポリテトラフルオロエチレンビーカー
中に入れ、よく攪拌した後、水熱反応炉(オートクレーブ)内に設置し、220℃で8時間水
熱処理した。
The obtained precipitate was washed with distilled water and filtered, and 25 g of this precipitate was placed in a polytetrafluoroethylene beaker together with 50 g of lithium hydroxide monohydrate, 50 g of potassium chlorate and 600 ml of distilled water, and stirred well. Thereafter, it was placed in a hydrothermal reactor (autoclave) and hydrothermally treated at 220 ° C. for 8 hours.

水熱処理終了後、反応炉を室温付近まで冷却し、水熱処理反応液を含むビーカーをオートクレーブ外に取り出し、生成している沈殿物を蒸留水で洗浄して、過剰に存在する水酸化リチウムなどの塩類を除去し、濾過し、乾燥することにより、粉末状生成物(鉄およびコバルト含有Li2MnO3)を得た。 After the hydrothermal treatment is completed, the reaction furnace is cooled to near room temperature, the beaker containing the hydrothermal treatment reaction solution is taken out of the autoclave, and the generated precipitate is washed with distilled water to remove excess lithium hydroxide and the like. Salts were removed, filtered and dried to obtain a powdery product (iron and cobalt containing Li 2 MnO 3 ).

次いで、得られた生成物の結晶性を改善するために、生成物粉末25gと水酸化リチウム1水和物5.25gを蒸留水100mlに溶解させた水酸化リチウム水溶液とを混合し、100℃で乾燥し、粉砕し、得られた粉末を大気中650℃で20時間焼成した。次いで、過剰のリチウム塩
を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、乾燥して、所望の粉末状生成物である鉄及びコバルト含有Li2MnO3(すなわち、Li1+x(Fe0.5Mn0.3Co0.2)1-xO2)を得た。
Next, in order to improve the crystallinity of the obtained product, 25 g of the product powder and a lithium hydroxide aqueous solution in which 5.25 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 100 ml of distilled water were mixed, and the temperature was 100 ° C. The powder obtained after drying and pulverization was calcined at 650 ° C. for 20 hours in the air. The calcined product is then washed with distilled water, filtered and dried to remove excess lithium salt, and the desired powdered product containing iron and cobalt containing Li 2 MnO 3 (i.e., Li 1+ x (Fe 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 ) 1-x O 2 ) was obtained.

この最終生成物のX線回折パターンを図2に示す。すべてのピークは、"M.Tabuchi, A.Nakashima, H.Shigemura, K.Ado, H.Kobayashi, H.Sakaebe, H.Kageyama, T.Nakamura, M.Kohzaki, A.Hirano and R.Kanno, Journal of the Electrochemical Society, 149, A509-524, (2002)."に記載されている層状岩塩型の鉄含有Li2MnO3(すなわち、Li1.26Fe0.22Mn0.52O2)の単位胞

Figure 2006036620
で指数付けすることができた。 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. All peaks are shown in “M. Tabuchi, A. Nakashima, H. Shigemura, K. Ado, H. Kobayashi, H. Sakaebe, H. Kageyama, T. Nakamura, M. Kohzaki, A. Hirono and R. Kanno, Journal of the Electrochemical Society, 149, A509-524, (2002). "Unit cell of layered rock salt type iron-containing Li 2 MnO 3 (ie Li 1.26 Fe 0.22 Mn 0.52 O 2 )
Figure 2006036620
I was able to index.

また、最終生成物の組成は、誘導結合高周波プラズマ分光分析(ICP)および原子吸光分
析により、評価を行った。その元素分析結果を表1に示す。
The composition of the final product was evaluated by inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy (ICP) and atomic absorption analysis. The elemental analysis results are shown in Table 1.

本実施例において得られた鉄及びコバルト含有Li2MnO3の各ピークより計算される格子
定数(a= 2.8787(4)A, c=14.3116(17)A)が、上記文献の記載値よりも大きくなっているこ
と、化学分析(下記表1)により、FeおよびCoが仕込量通りそれぞれ50モル%(n値)および20モル%(m値)含まれていること、Li/(Mn+Fe+Co)値より計算されるx値が0.13であることから、本実施例において、鉄及びコバルト含有Li2MnO3(すなわち、Li1.13(Fe0.5Mn0.3Co0.2)0.87O2)が得られたことが確認できた。
The lattice constant (a = 2.8787 (4) A, c = 14.3116 (17) A) calculated from each peak of the iron and cobalt-containing Li 2 MnO 3 obtained in this example is more than the value described in the above document. According to chemical analysis (Table 1 below), Fe and Co are included in the amount of 50 mol% (n value) and 20 mol% (m value), respectively, and Li / (Mn + Fe Since the x value calculated from the (+ Co) value is 0.13, in this example, iron- and cobalt-containing Li 2 MnO 3 (that is, Li 1.13 (Fe 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 ) 0.87 O 2 ) is obtained. I was able to confirm.

また、図3は、本実施例で最終生成物として得られた鉄及びコバルト含有Li2MnO3の電子顕微鏡写真を電子的に画像処理した図面である。図3から、本実施例により、粒径が100nm程度で比較的揃った鉄及びコバルト含有Li2MnO3が形成されていることが明らかである。 FIG. 3 is a drawing obtained by electronically processing an electron micrograph of iron- and cobalt-containing Li 2 MnO 3 obtained as a final product in this example. FIG. 3 clearly shows that iron and cobalt-containing Li 2 MnO 3 having a particle diameter of about 100 nm and relatively uniform are formed according to this example.

Fe-Mn-Co混合水溶液から共沈物を得て水熱処理を行い水洗・濾過・乾燥処理により粉末状生成物である鉄及びコバルト含有Li2MnO3を得る工程までは実施例1と同様である。 The process is the same as in Example 1 until the step of obtaining the co-precipitate from the Fe-Mn-Co mixed aqueous solution, hydrothermally treating it, washing with water, filtering and drying to obtain the powdered product iron- and cobalt-containing Li 2 MnO 3. is there.

次いで、得られた生成物の結晶性を改善するために、生成物粉末25gと水酸化リチウム1水和物5.25gを蒸留水100mlに溶解させた水酸化リチウム水溶液とを混合し、100℃で乾燥し、粉砕し、得られた粉末を大気中700℃で20時間焼成した。   Next, in order to improve the crystallinity of the obtained product, 25 g of the product powder and a lithium hydroxide aqueous solution in which 5.25 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 100 ml of distilled water were mixed, and the temperature was 100 ° C. The powder obtained after drying and pulverization was calcined at 700 ° C. for 20 hours in the air.

次いで、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、乾燥して、所望の粉末状生成物である鉄及びコバルト含有Li2MnO3(すなわち、Li1+x(Fe0.5Mn0.3Co0.2)1-xO2)を得た。 The calcined product is then washed with distilled water, filtered and dried to remove excess lithium salt, and the desired powdered product containing iron and cobalt containing Li 2 MnO 3 (i.e., Li 1+ x (Fe 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 ) 1-x O 2 ) was obtained.

この最終生成物のX線回折パターンを図2に示す。すべてのピークは、"M.Tabuchi, A.Nakashima, H.Shigemura, K.Ado, H.Kobayashi, H.Sakaebe, H.Kageyama, T.Nakamura, M.K
ohzaki, A.Hirano and R.Kanno, Journal of the Electrochemical Society, 149, A509-524, (2002)."に記載されている層状岩塩型の鉄含有Li2MnO3(すなわち、Li1.26Fe0.22Mn0.52O2)の単位胞

Figure 2006036620
で指数付けすることができた。また、実施例1に比べて各回折ピークがシャープであり本
実施例の試料が実施例1の試料に比べ結晶性が高いことがわかる。 The X-ray diffraction pattern of this final product is shown in FIG. All peaks are shown in “M. Tabuchi, A. Nakashima, H. Shigemura, K. Ado, H. Kobayashi, H. Sakaebe, H. Kageyama, T. Nakamura, MK.
ohzaki, A.Hirano and R.Kanno, Journal of the Electrochemical Society, 149, A509-524, (2002). "The layered rock salt-type iron-containing Li 2 MnO 3 (ie Li 1.26 Fe 0.22 Mn 0.52 O 2 ) unit cell
Figure 2006036620
I was able to index. In addition, each diffraction peak is sharper than that of Example 1, indicating that the sample of this example has higher crystallinity than the sample of Example 1.

また、最終生成物の組成は、誘導結合高周波プラズマ分光分析(ICP)および原子吸光分
析により、評価を行った。その元素分析結果を表1に示す。
The composition of the final product was evaluated by inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy (ICP) and atomic absorption analysis. The elemental analysis results are shown in Table 1.

本実施例において得られた鉄及びコバルト含有Li2MnO3の各ピークより計算される格子
定数(a= 2.8738(3)A, c=14.2940(11)A)が、上記文献の記載値よりも大きくなっているこ
と、化学分析(下記表1)により、FeおよびCoが仕込量通りそれぞれ50モル%(n値)および20モル%(m値)含まれていること、Li/(Mn+Fe+Co)値より計算されるx値が0.14であることから、本実施例において、鉄及びコバルト含有Li2MnO3(すなわち、Li1.14(Fe0.5Mn0.3Co0.2)0.86O2)が得られたことが明らかである。
Lattice constants (a = 2.8738 (3) A, c = 14.2940 (11) A) calculated from the peaks of the iron and cobalt-containing Li 2 MnO 3 obtained in this example are larger than the values described in the above document. According to chemical analysis (Table 1 below), Fe and Co are included in the amount of 50 mol% (n value) and 20 mol% (m value), respectively, and Li / (Mn + Fe Since the x value calculated from the (+ Co) value is 0.14, in this example, iron- and cobalt-containing Li 2 MnO 3 (that is, Li 1.14 (Fe 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 ) 0.86 O 2 ) is obtained. It is clear that

比較例1
硝酸鉄(III)9水和物50.50g、塩化マンガン(II)4水和物24.74g (全量0.25mol、Fe:Mnモ
ル比=5:5)を500mlの蒸留水に加え、完全に溶解させた。別のビーカーに水酸化リチウム水溶液(蒸留水500mlに水酸化リチウム1水和物50gを溶解させた溶液)を作製し、エタノール100mlを添加した。この水酸化リチウム溶液をチタン製ビーカーに入れ、恒温漕内に静置し恒温漕内を-10℃に保った。水酸化リチウム溶液に上記金属塩水溶液を徐々に滴下するこ
とにより、Fe-Mn沈殿物を形成させた。反応液が完全にアルカリ性(pH11以上) を保持していることを確認し、攪拌下に共沈物を含む反応液に室温で2日間空気を吹き込んで酸化処
理して、沈殿を熟成させた。
Comparative Example 1
Add 50.50 g of iron (III) nitrate nonahydrate and 24.74 g of manganese (II) chloride tetrahydrate (total amount 0.25 mol, Fe: Mn molar ratio = 5: 5) to 500 ml of distilled water and dissolve completely. It was. An aqueous lithium hydroxide solution (a solution in which 50 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 500 ml of distilled water) was prepared in another beaker, and 100 ml of ethanol was added. This lithium hydroxide solution was placed in a titanium beaker and allowed to stand in a thermostatic oven, and the thermostatic oven was kept at −10 ° C. The metal salt aqueous solution was gradually added dropwise to the lithium hydroxide solution to form an Fe-Mn precipitate. It was confirmed that the reaction solution was completely alkaline (pH 11 or more), and the reaction solution containing the coprecipitate was stirred for 2 days at room temperature with air to oxidize the precipitate.

得られた沈殿を蒸留水で洗浄し、濾別した後、この沈殿25gを水酸化リチウム1水和物50g、塩素酸カリウム50g、蒸留水600mlとともにポリテトラフルオロエチレンビーカー
中に入れ、よく攪拌した後、水熱反応炉(オートクレーブ)内に設置し、220℃で8時間水熱処理した。
The obtained precipitate was washed with distilled water and filtered, and 25 g of this precipitate was placed in a polytetrafluoroethylene beaker together with 50 g of lithium hydroxide monohydrate, 50 g of potassium chlorate and 600 ml of distilled water, and stirred well. Thereafter, it was placed in a hydrothermal reactor (autoclave) and hydrothermally treated at 220 ° C. for 8 hours.

水熱処理終了後、反応炉を室温付近まで冷却し、水熱処理反応液を含むビーカーをオートクレーブ外に取り出し、生成している沈殿物を蒸留水で洗浄して、過剰に存在する水酸化リチウムなどの塩類を除去し、濾過し、乾燥することにより、粉末状生成物(鉄含有Li2MnO3)を得た。 After the hydrothermal treatment is completed, the reaction furnace is cooled to near room temperature, the beaker containing the hydrothermal treatment reaction solution is taken out of the autoclave, and the generated precipitate is washed with distilled water to remove excess lithium hydroxide and the like. Salts were removed, filtered and dried to obtain a powdery product (iron-containing Li 2 MnO 3 ).

次いで、得られた生成物の結晶性を改善するために、生成物粉末25gと水酸化リチウム1水和物10.49gを蒸留水100mlに溶解させた水酸化リチウム水溶液とを混合し、100℃で乾
燥し、粉砕し、得られた粉末を大気中650℃で20時間焼成した。
Next, in order to improve the crystallinity of the obtained product, 25 g of the product powder and a lithium hydroxide aqueous solution in which 10.49 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 100 ml of distilled water were mixed, and the temperature was 100 ° C. The powder obtained after drying and pulverization was calcined at 650 ° C. for 20 hours in the air.

次いで、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、乾燥して、比較例1の粉末状生成物である鉄含有Li2MnO3(すなわち、Li1+x(Fe0.5Mn0.5)1-xO2)を得た。 The calcined product is then washed with distilled water, filtered and dried to remove excess lithium salt, and the powdered product of Comparative Example 1 containing iron-containing Li 2 MnO 3 (ie, Li 1+ x (Fe 0.5 Mn 0.5 ) 1-x O 2 ) was obtained.

この最終生成物のX線回折分析よりすべてのピークは、"M.Tabuchi, A.Nakashima, H.Shigemura, K.Ado, H.Kobayashi, H.Sakaebe, H.Kageyama, T.Nakamura, M.Kohzaki, A.Hirano and R.Kanno, Journal of the Electrochemical Society, 149, A509-524, (2002)."に記載されている層状岩塩型の鉄含有Li2MnO3(Li1.26Fe0.22Mn0.52O2)の単位胞

Figure 2006036620
で指数付けすることができた。 From the X-ray diffraction analysis of this final product, all peaks are shown as “M. Tabuchi, A. Nakashima, H. Shigemura, K. Ado, H. Kobayashi, H. Sakaebe, H. Kageyama, T. Nakamura, M. Layered rock salt-type iron-containing Li 2 MnO 3 (Li 1.26 Fe 0.22 Mn 0.52 O described in Kohzaki, A. Hirono and R. Kanno, Journal of the Electrochemical Society, 149, A509-524, (2002). 2 ) Unit cell
Figure 2006036620
I was able to index.

また、最終生成物の組成は、誘導結合高周波プラズマ分光分析(ICP)および原子吸光分
析により、評価を行った。その元素分析結果を表1に示す。
The composition of the final product was evaluated by inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy (ICP) and atomic absorption analysis. The elemental analysis results are shown in Table 1.

本比較例において得られた鉄含有Li2MnO3の各ピークより計算される格子定数(a= 2.8803(2)A, c=14.2741(10)A)が、上記文献の記載値よりも大きくなっていること、化学分析(
下記表1)により、Feが仕込量通り50モル%含まれていること、x値が0.26であることから
、本比較例において、鉄含有Li2MnO3(すなわち、Li1.26(Fe0.5Mn0.5)0.74O2)が得られた
ことが確認できた。
The lattice constant (a = 2.8803 (2) A, c = 14.2741 (10) A) calculated from each peak of iron-containing Li 2 MnO 3 obtained in this comparative example is larger than the value described in the above document. Chemical analysis (
According to Table 1 below, Fe is contained in an amount of 50 mol% as charged, and the x value is 0.26. Therefore, in this comparative example, iron-containing Li 2 MnO 3 (ie, Li 1.26 (Fe 0.5 Mn 0.5 It was confirmed that 0.74 O 2 ) was obtained.

比較例2
Fe-Mn混合水溶液から共沈物を得て水熱処理を行い水洗・濾過・乾燥処理により粉末状
生成物である鉄含有Li2MnO3を得る工程までは比較例1と同様である。
Comparative Example 2
The process until obtaining the iron-containing Li 2 MnO 3 which is a powdery product by hydrothermal treatment after performing a co-precipitate from the Fe-Mn mixed aqueous solution and washing with water, filtering and drying is the same as in Comparative Example 1.

次いで、得られた生成物の結晶性を改善するために、生成物粉末25gと水酸化リチウム1水和物10.49gを蒸留水100mlに溶解させた水酸化リチウム水溶液とを混合し、100℃で乾
燥し、粉砕し、得られた粉末を大気中700℃で20時間焼成した。
Next, in order to improve the crystallinity of the obtained product, 25 g of the product powder and a lithium hydroxide aqueous solution in which 10.49 g of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 100 ml of distilled water were mixed, and the temperature was 100 ° C. The powder obtained after drying and pulverization was calcined at 700 ° C. for 20 hours in the air.

次いで、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、乾燥して、比較例2の粉末状生成物である鉄含有Li2MnO3(すなわち、Li1+x(Fe0.5Mn0.5)1-xO2)を得た。 The calcined product is then washed with distilled water, filtered and dried to remove excess lithium salt, and the powdered product of Comparative Example 2 containing iron-containing Li 2 MnO 3 (ie, Li 1+ x (Fe 0.5 Mn 0.5 ) 1-x O 2 ) was obtained.

この最終生成物のX線回折分析よりすべてのピークは、"M.Tabuchi, A.Nakashima, H.Shigemura, K.Ado, H.Kobayashi, H.Sakaebe, H.Kageyama, T.Nakamura, M.Kohzaki, A.Hirano and R.Kanno, Journal of the Electrochemical Society, 149, A509-524, (2002)."に記載されている層状岩塩型の鉄含有Li2MnO3(Li1.26Fe0.22Mn0.52O2)の単位胞

Figure 2006036620
で指数付けすることができた。 From the X-ray diffraction analysis of this final product, all peaks are shown as “M. Tabuchi, A. Nakashima, H. Shigemura, K. Ado, H. Kobayashi, H. Sakaebe, H. Kageyama, T. Nakamura, M. Layered rock salt-type iron-containing Li 2 MnO 3 (Li 1.26 Fe 0.22 Mn 0.52 O described in Kohzaki, A. Hirono and R. Kanno, Journal of the Electrochemical Society, 149, A509-524, (2002). 2 ) Unit cell
Figure 2006036620
I was able to index.

また、最終生成物の組成は、誘導結合高周波プラズマ分光分析(ICP)および原子吸光分
析により、評価を行った。その元素分析結果を表1に示す。
The composition of the final product was evaluated by inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy (ICP) and atomic absorption analysis. The elemental analysis results are shown in Table 1.

本比較例において得られた鉄及びコバルト含有Li2MnO3の各ピークより計算される格子
定数(a= 2.8835(3)A, c=14.2985(11)A)が、上記文献の記載値よりも大きくなっているこ
と、化学分析(表1)により、Feが仕込量通り50モル%含まれていること、x値が0.28であることから、本比較例において、鉄含有Li2MnO3(すなわち、Li1.28(Fe0.5Mn0.5)0.72O2)が
得られたことが確認できた。
The lattice constant (a = 2.8835 (3) A, c = 14.2985 (11) A) calculated from each peak of iron and cobalt-containing Li 2 MnO 3 obtained in this comparative example is more than the value described in the above document. According to the chemical analysis (Table 1), Fe is contained in an amount of 50 mol% as charged, and the x value is 0.28. Therefore, in this comparative example, iron-containing Li 2 MnO 3 (ie, It was confirmed that Li 1.28 (Fe 0.5 Mn 0.5 ) 0.72 O 2 ) was obtained.

比較例3
硝酸鉄(III)9水和物30.30g、硝酸コバルト(II)6水和物50.93g (全量0.25mol、Fe:Coモ
ル比=3:7)を500mlの蒸留水に加え、完全に溶解させた。別のビーカーに水酸化ナトリウム水溶液(蒸留水500mlに水酸化ナトリウム50gを溶解させた溶液)を作製した。この水酸化ナトリウム溶液を上記金属塩水溶液に徐々に滴下することにより、Fe-Co沈殿物を形成させ
た。反応液が完全にアルカリ性(pH11以上)になっていることを確認し、攪拌下に共沈物を含む反応液に室温で2日間空気を吹き込んで酸化処理して、沈殿を熟成させた。
Comparative Example 3
Add 30.30 g of iron (III) nitrate nonahydrate and 50.93 g of cobalt (II) nitrate hexahydrate (total amount 0.25 mol, Fe: Co molar ratio = 3: 7) to 500 ml of distilled water and dissolve completely. It was. An aqueous sodium hydroxide solution (a solution in which 50 g of sodium hydroxide was dissolved in 500 ml of distilled water) was prepared in another beaker. This sodium hydroxide solution was gradually added dropwise to the aqueous metal salt solution to form an Fe—Co precipitate. After confirming that the reaction solution was completely alkaline (pH 11 or higher), air was blown into the reaction solution containing the coprecipitate with stirring at room temperature for 2 days to ripen the precipitate.

得られた沈殿を蒸留水で洗浄し、濾別した後、仕込みのLi/(Fe+Co)モル比を1.2になる
ように調製した水酸化リチウム水溶液(水酸化リチウム1水和物12.59gを蒸留水100mlに溶解させたもの)と混合し、100℃で乾燥し、粉砕し、得られた粉末を大気中800℃で20時間
焼成した。
The obtained precipitate was washed with distilled water and filtered, and then an aqueous lithium hydroxide solution (12.59 g of lithium hydroxide monohydrate) prepared so that the charged Li / (Fe + Co) molar ratio was 1.2. And dissolved in 100 ml of distilled water), dried at 100 ° C., pulverized, and the obtained powder was calcined at 800 ° C. for 20 hours in the atmosphere.

次いで、過剰のリチウム塩を除去するために、焼成物を蒸留水で水洗し、濾過し、乾燥して、比較例3の粉末状生成物である鉄含有LiCoO2(すなわち、Li1+x(Fe0.3Co0.7)1-xO2)を得た。 The calcined product is then washed with distilled water, filtered and dried to remove the excess lithium salt, and the iron-containing LiCoO 2 (ie, Li 1 + x ( Fe 0.3 Co 0.7 ) 1-x O 2 ) was obtained.

この最終生成物のX線回折分析よりすべてのピークは、"R.Alkantara, J.C.Jumas, P.Lavela, J.Olivier-Fourcade, C.Plez-Vicente and J.L.Tirado, Journal of Power Sources, 81-82, 547-553, (1999)."に記載されている層状岩塩型の鉄含有LiCoO2(すなわち、LiFe0.3Co0.7O2)の単位胞

Figure 2006036620
で指数付けすることができた。 From the X-ray diffraction analysis of this final product, all peaks are shown as "R. Alkantara, JC Jumas, P. Lavela, J. Olivier-Fourcade, C. Plez-Vicente and JLTirado, Journal of Power Sources, 81-82, 547. -553, (1999). "Unit cell of layered rock salt type iron-containing LiCoO 2 (ie LiFe 0.3 Co 0.7 O 2 )
Figure 2006036620
I was able to index.

また、最終生成物の組成は、誘導結合高周波プラズマ分光分析(ICP)および原子吸光分
析により、評価を行った。その元素分析結果を表1に示す。
The composition of the final product was evaluated by inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy (ICP) and atomic absorption analysis. The elemental analysis results are shown in Table 1.

本比較例において得られた鉄含有LiCoO2の各ピークより計算される格子定数(a= 2.84509(10)A, c=14.2196(4)A)が、上記文献の記載値に近いこと、化学分析(下記表1)により、Feが仕込量通り30モル%含まれていること、x値が0.024であることから、本比較例におい
て、鉄含有LiCoO2(すなわち、Li1.024(Fe0.3Co0.7)0.976O2)が得られたことが確認できた。
The lattice constant (a = 2.84509 (10) A, c = 14.2196 (4) A) calculated from each peak of the iron-containing LiCoO 2 obtained in this comparative example is close to the value described in the above document, chemical analysis According to (Table 1 below), Fe is contained in an amount of 30 mol% as charged, and the x value is 0.024. Therefore, in this comparative example, iron-containing LiCoO 2 (ie, Li 1.024 (Fe 0.3 Co 0.7 )) It was confirmed that 0.976 O 2 ) was obtained.

Figure 2006036620
Figure 2006036620

充放電試験
正極材料として上記実施例1および2で得られた各試料を用い、負極材料として金属リチウムを用いた。また、電解液として、支持塩であるLiPF6をエチレンカーボネートとジ
エチルカーボネートとの混合溶媒に溶解させた1M溶液を用いた。そして、コイン型リチウム電池としての充放電特性を試験温度30℃で(電位範囲3.0-4.3V、電流密度42mA/g)充電開始にて検討した。上記のリチウム電池の充放電特性を図4に示す。図4中において、右上がりの曲線は充電曲線に対応し、右下がりの曲線は放電曲線に対応する。Q1cおよびQ10cはそれぞれ初期および10サイクル目の充電容量を示し、Q1d3.5およびQ1d3.0はそれぞ
れ3.5Vおよび3.0V以上での初期放電容量を示し、 Q10d3.5およびQ10d3.0はそれぞれ3.5V
および3.0V以上での10サイクル目の放電容量を示す。図4に示されるように、実施例にて
得られた試料は初期充電より充放電可能である。また、初期放電容量(Q1d3.0)は90mAh/g
以上あり、42mA/gという高い電流密度において大きな容量を示している。
Each sample obtained in Examples 1 and 2 was used as the positive and negative electrode material for charge / discharge test, and metallic lithium was used as the negative electrode material. As the electrolytic solution, a 1M solution in which LiPF 6 as a supporting salt was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used. The charge / discharge characteristics as a coin-type lithium battery were examined at the start of charging at a test temperature of 30 ° C. (potential range: 3.0-4.3 V, current density: 42 mA / g). The charge / discharge characteristics of the lithium battery are shown in FIG. In FIG. 4, the upward curve corresponds to the charging curve, and the downward curve corresponds to the discharge curve. Q 1c and Q 10c shows the charge capacity of each initial and 10 th cycle, shows the initial discharge capacity at Q 1D3.5 and Q 1D3.0 respectively 3.5V and 3.0V or more, Q 10D3.5 and Q 10D3 .0 is 3.5V each
And the discharge capacity at the 10th cycle at 3.0 V or higher. As shown in FIG. 4, the sample obtained in the example can be charged / discharged from the initial charge. The initial discharge capacity (Q 1d3.0 ) is 90mAh / g
Thus, a large capacity is shown at a high current density of 42 mA / g.

上記リチウム電池の充放電特性評価を表2に示す。表2により、比較例1〜3で得られ
た試料と比較して、同一の電流密度において、本発明試料は初期放電容量(Q1d3.0及びQ1d3.5)および10サイクル後放電容量(Q10d3.5)が大きな容量を示すことから、リチウムイオ
ン二次電池用リチウムフェライト系正極材料として有用であることが明らかである。
Table 2 shows the evaluation of charge / discharge characteristics of the lithium battery. According to Table 2, compared with the samples obtained in Comparative Examples 1 to 3, at the same current density, the present invention sample has an initial discharge capacity (Q 1d3.0 and Q 1d3.5 ) and a discharge capacity after 10 cycles ( Since Q 10d3.5 ) exhibits a large capacity, it is clear that it is useful as a lithium ferrite positive electrode material for lithium ion secondary batteries.

Figure 2006036620
Figure 2006036620

高温充放電試験
実施例1で得られた材料を正極材料として用い、負極材料を黒鉛に変更したこと以外は、上記充放電特性評価で用いたものと同様の構造のコイン型リチウム二次電池を作製した。この電池を60℃に保たれた恒温槽に入れ、充放電電位範囲2.5-4.3V(ただし最大充電容量を150mAh/gに制限)、電流密度42mA/gとして充電開始で10サイクルまで充放電特性評価を行った。
High temperature charge / discharge test A coin-type lithium secondary battery having the same structure as that used in the charge / discharge characteristic evaluation was used except that the material obtained in Example 1 was used as a positive electrode material and the negative electrode material was changed to graphite. Produced. Charge and discharge characteristics up to 10 cycles at the start of charging at a charge density of 2.5-4.3V (however, the maximum charge capacity is limited to 150mAh / g) and current density of 42mA / g. Evaluation was performed.

比較として、リチウムマンガンスピネル(Li1.1Mn1.9O4)を正極材料とすること以外は、上記方法と同様にして作製したコイン型リチウム二次電池を用いて、60℃において充放電試験を行った。尚、ここで用いたLi1.1Mn1.9O4は、Mn2O3とLiOHをモル比0.95:1.1の割合で乾式混合し、大気中900℃、20時間焼成することにより作製したものである。 For comparison, a charge / discharge test was performed at 60 ° C. using a coin-type lithium secondary battery manufactured in the same manner as described above except that lithium manganese spinel (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) was used as the positive electrode material. . The Li 1.1 Mn 1.9 O 4 used here was prepared by dry-mixing Mn 2 O 3 and LiOH at a molar ratio of 0.95: 1.1 and firing in the atmosphere at 900 ° C. for 20 hours.

図5は60℃における充放電特性を示すグラフであり、右上がりの曲線が充電曲線であり、右下がりの曲線が放電曲線である。図5において、"1c"とあるのは、初期充電容量を示す曲線、"10c"とあるのは、10サイクル後充電容量を示す曲線、"1d"とあるのは、初期
放電容量を示す曲線、"10d"とあるのは、10サイクル後放電容量を示す曲線である。
FIG. 5 is a graph showing the charge / discharge characteristics at 60 ° C., the curve rising to the right is the charge curve, and the curve falling to the right is the discharge curve. In FIG. 5, “1c” is a curve indicating the initial charge capacity, “10c” is a curve indicating the charge capacity after 10 cycles, and “1d” is a curve indicating the initial discharge capacity. "10d" is a curve showing the discharge capacity after 10 cycles.

得られた充放電特性(図5)より、実施例1の材料を用いた電池は、初期放電容量こそ101mAh/gと低いものの10サイクル後の放電容量は147mAh/gであり、比較としたリチウムマン
ガンスピネルを用いた電池(1サイクル目放電容量74mAh/g、10サイクル目放電容量41mAh/g)に比べて高容量であった。また、実施例1材料を用いた電池は、10サイクル後の平均放電電圧も3.26Vあり、高電位を維持していることがわかる。
From the obtained charge / discharge characteristics (FIG. 5), the battery using the material of Example 1 had a low initial discharge capacity of 101 mAh / g, but the discharge capacity after 10 cycles was 147 mAh / g. Compared to batteries using manganese spinel (1st cycle discharge capacity 74 mAh / g, 10th cycle discharge capacity 41 mAh / g). In addition, the battery using the material of Example 1 has an average discharge voltage after 10 cycles of 3.26 V, which indicates that a high potential is maintained.

以上の試験は、実用化されている負極材料である黒鉛を用いて高温での充放電特性を評価するものであり、上記結果は、実施例1の材料は負極として黒鉛を用いた実用に近い電
池構成においても安定に充放電可能なことを示すものである。この結果から、本発明の複合酸化物が、既存正極であるリチウムマンガンスピネルと比較して、特に、高温サイクル試験において優位性を有することが明らかである。
The above test evaluates the charge / discharge characteristics at high temperature using graphite, which is a negative electrode material that has been put into practical use. The above results are close to practical use in which the material of Example 1 uses graphite as the negative electrode. This shows that charging and discharging can be performed stably even in the battery configuration. From this result, it is clear that the composite oxide of the present invention has an advantage particularly in the high-temperature cycle test as compared with lithium manganese spinel which is an existing positive electrode.

本発明のリチウムフェライト系複合酸化物の結晶構造を模式的に示す図面である。It is drawing which shows typically the crystal structure of the lithium ferrite type complex oxide of the present invention. 実施例1および2で得られた鉄およびコバルト含有Li2MnO3のX線回折パターンを示す図面である。1 is a drawing showing X-ray diffraction patterns of iron and cobalt-containing Li 2 MnO 3 obtained in Examples 1 and 2. 実施例1で得られた鉄およびコバルト含有Li2MnO3の電子顕微鏡写真を電子的に画像処理した図面である。An electron micrograph of the resulting iron and cobalt containing Li 2 MnO 3 in Example 1 is an electronic image-processed drawings. 実施例1および2で得られた鉄およびコバルト含有Li2MnO3をそれぞれ正極材料とし、Li金属を負極材料とする2種のコイン型リチウム電池の初期および10サイクル目の充放電特性を示すグラフである。Graph showing the initial and tenth cycle charge / discharge characteristics of two types of coin-type lithium batteries using the iron and cobalt-containing Li 2 MnO 3 obtained in Examples 1 and 2 as the cathode material and Li metal as the anode material, respectively. It is. 実施例1で作製したコイン型リチウム二次電池(黒鉛負極)とリチウムマンガンスピネルを正極材料として用いたコイン型リチウム二次電池(黒鉛負極)についての60℃における充放電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the charging / discharging characteristic in 60 degreeC about the coin-type lithium secondary battery (graphite negative electrode) using the coin-type lithium secondary battery (graphite negative electrode) produced in Example 1 and lithium manganese spinel as a positive electrode material.

Claims (5)

組成式Li1+x(Mn1-m-nFenCom)1-xO2 (但し、0<x<1/3、0.01≦m≦0.50、0.05≦n≦0.75、0.06≦m+n<1) で表され、層状岩塩型構造を有するリチウムフェライト系複合酸化物。 Composition formula Li 1 + x (Mn 1-mn Fe n Co m ) 1-x O 2 (However, 0 <x <1/3, 0.01 ≦ m ≦ 0.50, 0.05 ≦ n ≦ 0.75, 0.06 ≦ m + n < A lithium ferrite complex oxide represented by 1) and having a layered rock salt structure. マンガン化合物、鉄化合物およびコバルト化合物を含む混合水溶液をアルカリ性として沈殿物を形成し、得られた沈殿生成物を酸化剤および水溶性リチウム化合物とともにアルカリ性条件下で水熱処理することを特徴とする請求項1に記載されたリチウムフェライト系
複合酸化物の製造方法。
A mixed aqueous solution containing a manganese compound, an iron compound and a cobalt compound is made alkaline to form a precipitate, and the obtained precipitation product is hydrothermally treated under alkaline conditions together with an oxidizing agent and a water-soluble lithium compound. 1. A method for producing a lithium ferrite composite oxide described in 1.
請求項2の方法によって水熱処理を行った後、得られた生成物をリチウム化合物とともに焼成することを特徴とする請求項1に記載されたリチウムフェライト系複合酸化物の製造方法。 3. The method for producing a lithium ferrite composite oxide according to claim 1, wherein after the hydrothermal treatment is performed by the method of claim 2, the obtained product is fired together with a lithium compound. 組成式Li1+x(Mn1-m-nFenCom)1-xO2 (但し、0<x<1/3、0.01≦m≦0.50、0.05≦n≦0.75、0.06≦m+n<1) で表され、層状岩塩型構造を有するリチウムフェライト系複合酸化物からなるリチウムイオン二次電池用正極材料。 Composition formula Li 1 + x (Mn 1-mn Fe n Co m ) 1-x O 2 (However, 0 <x <1/3, 0.01 ≦ m ≦ 0.50, 0.05 ≦ n ≦ 0.75, 0.06 ≦ m + n < A positive electrode material for a lithium ion secondary battery represented by 1) and comprising a lithium ferrite composite oxide having a layered rock salt structure. 組成式Li1+x(Mn1-m-nFenCom)1-xO2 (但し、0<x<1/3、0.01≦m≦0.50、0.05≦n≦0.75、0.06≦m+n<1) で表され、層状岩塩型構造を有するリチウムフェライト系複合酸化物からなる正極材料を構成要素とするリチウムイオン二次電池。



Composition formula Li 1 + x (Mn 1-mn Fe n Co m ) 1-x O 2 (However, 0 <x <1/3, 0.01 ≦ m ≦ 0.50, 0.05 ≦ n ≦ 0.75, 0.06 ≦ m + n < A lithium ion secondary battery comprising as a constituent element a positive electrode material comprising a lithium ferrite composite oxide represented by 1) having a layered rock salt structure.



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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009005164A1 (en) * 2007-07-03 2009-01-08 Sumitomo Chemical Company, Limited Lithium composite metal oxide
WO2009063838A1 (en) 2007-11-12 2009-05-22 Gs Yuasa Corporation Active material for lithium rechargeable battery, lithium rechargeable battery, and process for producing the same
WO2010001850A1 (en) 2008-06-30 2010-01-07 ダイキン工業株式会社 Lithium secondary cell
JP2010282874A (en) * 2009-06-05 2010-12-16 Toyota Motor Corp Method of manufacturing lithium secondary battery
WO2013047379A1 (en) * 2011-09-26 2013-04-04 日本電気株式会社 Lithium secondary battery and method for producing same
JP2014534574A (en) * 2011-10-21 2014-12-18 コリア インスティテュート オブ インダストリアル テクノロジー High energy density cathode composite material synthesis and electrode manufacturing technology for lithium secondary batteries for electric vehicles
JP2015041583A (en) * 2013-08-23 2015-03-02 日本電気株式会社 Lithium-iron-manganese-based composite oxide and lithium-ion secondary battery using the same
CN110048120A (en) * 2019-04-23 2019-07-23 王柯娜 A kind of preparation method of nanometer of ferrous acid lithium

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8440353B2 (en) 2007-07-03 2013-05-14 Sumitomo Chemical Company, Limited Lithium mixed metal oxide
JP2009032655A (en) * 2007-07-03 2009-02-12 Sumitomo Chemical Co Ltd Lithium composite metal oxide
WO2009005164A1 (en) * 2007-07-03 2009-01-08 Sumitomo Chemical Company, Limited Lithium composite metal oxide
US8551659B2 (en) 2007-11-12 2013-10-08 Gs Yuasa International Ltd. Active material for lithium secondary battery, lithium secondary battery, and method for producing the same
EP2278642A1 (en) 2007-11-12 2011-01-26 GS Yuasa International Ltd. Method for producing an active material for lithium secondary battery and a lithium secondary battery
US8382860B2 (en) 2007-11-12 2013-02-26 Gs Yuasa International Ltd. Process for producing lithium secondary battery
WO2009063838A1 (en) 2007-11-12 2009-05-22 Gs Yuasa Corporation Active material for lithium rechargeable battery, lithium rechargeable battery, and process for producing the same
WO2010001850A1 (en) 2008-06-30 2010-01-07 ダイキン工業株式会社 Lithium secondary cell
JP2010282874A (en) * 2009-06-05 2010-12-16 Toyota Motor Corp Method of manufacturing lithium secondary battery
WO2013047379A1 (en) * 2011-09-26 2013-04-04 日本電気株式会社 Lithium secondary battery and method for producing same
JP2014534574A (en) * 2011-10-21 2014-12-18 コリア インスティテュート オブ インダストリアル テクノロジー High energy density cathode composite material synthesis and electrode manufacturing technology for lithium secondary batteries for electric vehicles
US9478993B2 (en) 2011-10-21 2016-10-25 Korea Institute Of Industrial Technology Cathode composite material synthesis having high energy density for lithium secondary battery for electric vehicle and electrode manufacturing technology thereof
JP2015041583A (en) * 2013-08-23 2015-03-02 日本電気株式会社 Lithium-iron-manganese-based composite oxide and lithium-ion secondary battery using the same
CN110048120A (en) * 2019-04-23 2019-07-23 王柯娜 A kind of preparation method of nanometer of ferrous acid lithium

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