JP2007250417A - Electrode material, its manufacturing method and lithium ion battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode material composed of an element which is of low cost and is available abundantly in natural resources and can obtain a high discharging capacity, stable charge/discharge cycle characteristics, a high filling property, a high output, and excellent low temperature load characteristics or the like, and provide its manufacturing method and a lithium ion battery. <P>SOLUTION: The electrode material is composed of a combination of a plurality of primary particles 1 composed of Li<SB>x</SB>A<SB>y</SB>D<SB>z</SB>PO<SB>4</SB>(wherein, A for one or two kinds selected from a group of Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu, D for one or two kinds selected from a group of Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y and rare earth elements, and 0≪x≪2, 0≪y≪1.5, 0≤z≪1.5), and each of these primary particles 1 is jointed with carbon 2 formed by the thermal decomposition of reducing sugar of a third dimensional net shape to form secondary particles 3. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電極材料及びその製造方法並びにリチウムイオン電池に関し、特に、非水電解液系の二次電池用の正極材料、とりわけリチウムイオン電池用の正極材料に用いて好適な電極材料、及びこの電極材料の製造方法、並びにこの電極材料を用いたリチウムイオン電池に関するものである。   The present invention relates to an electrode material, a method for producing the same, and a lithium ion battery, and in particular, a positive electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, particularly an electrode material suitable for use as a positive electrode material for a lithium ion battery, and this The present invention relates to a method for producing an electrode material, and a lithium ion battery using the electrode material.

近年、小型化、軽量化、高容量化が期待される電池として、リチウムイオン電池等の非水電解液系の二次電池が提案され、実用に供されている。
このリチウムイオン電池は、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)等の正極活物質を正極材料として用いたもので、小型でありながら起電力が4Vを超えるという優れた特徴がある。
一方、リチウムイオン電池用の正極材料として、資源的に豊富で安価であるFeが注目されている。例えば、LiFePOで表されるリン酸化合物は、金属Liに対して3.3V程度の電位を有することから、充放電可能な正極材料として用いることが可能である(例えば、非特許文献1参照)。
また、近年、Fe以外の遷移金属とリチウムを含むリン酸塩、例えば、LiMnPO4、LiCoPO4等が注目されている。これらのリン酸塩は、高い動作電位を有し、高温での安定性にも優れている。
A.K.パディ他(A.K.Padhi et al.)、ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサエティー(J.Electrochem.Soc.)第144巻、1609頁(1997年)
In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries have been proposed and put into practical use as batteries that are expected to be reduced in size, weight, and capacity.
This lithium ion battery uses a positive electrode active material such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ) as a positive electrode material, and has a small electromotive force. There is an excellent feature of exceeding 4V.
On the other hand, Fe, which is abundant in resources and inexpensive, has attracted attention as a positive electrode material for lithium ion batteries. For example, since the phosphoric acid compound represented by LiFePO 4 has a potential of about 3.3 V with respect to the metal Li, it can be used as a chargeable / dischargeable positive electrode material (see, for example, Non-Patent Document 1). ).
In recent years, phosphates containing transition metals other than Fe and lithium, such as LiMnPO4 and LiCoPO4, have attracted attention. These phosphates have a high operating potential and are excellent in stability at high temperatures.
A. K. Paddy et al., J. Electrochem. Soc. Vol. 144, p. 1609 (1997)

しかしながら、従来のリチウムイオン電池では、用いる正極材料に様々な問題点があった。
例えば、LiCoOは、Coの埋蔵量が少ないために、高価であり、しかも価格が市況の影響を受け易いという問題点の他、Co自体に毒性がある等の問題点があった。
また、LiNiOは、優れた充放電特性を有するものの決して安価ではなく、また、高温での安定性の低下、定比からの組成ずれによる急激な特性の低下等の問題点があった。
また、LiMnは、高温でMnが溶出するという問題点、Mn3+のヤーン・テラー歪によるサイクル劣化の問題点等があった。
However, the conventional lithium ion battery has various problems in the positive electrode material used.
For example, LiCoO 2 has a problem that Co itself is toxic in addition to the problem that it is expensive because the amount of Co reserve is small and the price is easily affected by market conditions.
In addition, LiNiO 2 has excellent charge / discharge characteristics, but is never cheap, and has problems such as a decrease in stability at high temperatures and a rapid decrease in characteristics due to a composition shift from a constant ratio.
In addition, LiMn 2 O 4 has a problem that Mn is eluted at a high temperature, a problem of cycle deterioration due to a Mn 3+ yarn-teller strain, and the like.

一方、LiFePOは、人体や環境に対する毒性の問題が無いという優れた点はあるものの、LiCoO等のリチウム化合物に比べて起電力や高容量化の点でいまだに不十分であるという問題点があった。また、材料自体の導電性が低いために電池の内部抵抗が大きく、高出力化が困難であるという問題点があった。また、Fe(II)を含む化合物であるために酸化され易く、したがって、Ar、N等の非酸化性雰囲気、あるいはHを含む還元性雰囲気等にて合成を行う必要性がある。
また、近年注目されているFe以外の遷移金属とリチウムを含むリン酸塩も、LiFePO等と同様、導電性が低いという問題点があった。これらのリン酸塩は、Feに比べて酸化され難いものの、酸化雰囲気下では表面に酸化物からなる不活性相が生成するために、容量の低下、反応性の低下が生じ易く、必ずしも酸素に対して安定なものではない。
On the other hand, although LiFePO 4 has an excellent point that there is no problem of toxicity to the human body and the environment, it has a problem that it is still insufficient in terms of electromotive force and high capacity compared to lithium compounds such as LiCoO 2. there were. In addition, since the conductivity of the material itself is low, there is a problem that the internal resistance of the battery is large and it is difficult to increase the output. In addition, since it is a compound containing Fe (II), it is easily oxidized. Therefore, it is necessary to synthesize in a non-oxidizing atmosphere such as Ar or N 2 or a reducing atmosphere containing H 2 .
Further, phosphates containing transition metals other than Fe and lithium, which have been attracting attention in recent years, have a problem of low conductivity, like LiFePO 4 and the like. These phosphates are harder to oxidize than Fe, but in an oxidizing atmosphere, an inert phase composed of oxides is formed on the surface. Therefore, the capacity and the reactivity are apt to decrease. On the other hand, it is not stable.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、安価で資源的に豊富な元素を用い、高い放電容量、安定した充放電サイクル性能、高い充填性、高出力、良好な低温負荷特性等を実現することが可能な電極材料及びその製造方法並びにリチウムイオン電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and uses inexpensive and resource-rich elements, and has a high discharge capacity, stable charge / discharge cycle performance, high fillability, high output, and good quality. An object of the present invention is to provide an electrode material capable of realizing low-temperature load characteristics and the like, a manufacturing method thereof, and a lithium ion battery.

本発明者等が、本発明を完成させるに至った経緯を説明する。
本発明者等は、すでに、リチウム化合物からなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これらの1次粒子の間に炭素等の電子導電性物質を介在させることにより、電子導電性の優れた粒子状の複合正極材料が得られることを見出しているが、このような粒子状の複合正極材料を容易に合成するために、さらに検討を重ねた結果、リチウム化合物を構成するLiと、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上であるAと、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上であるDと、Pと、還元糖とを含む溶液を噴霧し、加熱することにより、LiPOからなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これら1次粒子を電子伝導性物質である還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合した粒子状の複合電極材料を容易に合成することができることを見出した。
The reason why the present inventors have completed the present invention will be described.
The present inventors have already assembled a plurality of primary particles made of lithium compounds into secondary particles, and interposing an electron conductive material such as carbon between these primary particles, It has been found that a particulate composite cathode material having excellent conductivity can be obtained. As a result of further studies in order to easily synthesize such a particulate composite cathode material, a lithium compound is formed. Li, A selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu, or two or more, and Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In Li x A y by spraying and heating a solution containing one or more selected from the group consisting of Si, Ge, Sc, Y and rare earth elements, P, and reducing sugar A plurality of primary particles composed of D z PO 4 It has been found that a particulate composite electrode material can be easily synthesized with secondary particles and these primary particles joined via carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar as an electron conductive substance.

一般に、LiCoO、LiNiO、LiMn、LiFe1−xPO(MはCo、Mn、Niのいずれか1種)等のLi化合物をリチウムイオン電池の正極材料に用いた場合、電池の充電には正極材料からLiイオンが脱離し、逆に放電時には正極材料にLiイオンが添加される。このLiイオンの脱離及び添加は正極材料の表面にて起こるが、同時に正極材料の内部ではCo、Ni、Mn、Fe等の遷移金属イオンの還元と酸化が起こる。
すなわち、正極材料の表面の反応点においては、正極材料、電解質からのLiイオン、電子の三者の存在が必要であるが、従来のリチウムイオン電池では、材料自体の電子導電性が低く、電子の供給が追いつかないことが高出力化を妨げている一因になっている。そこで、正極材料の内部に電子導電性を有する物質を含有させることで電子の供給能力を高めることができれば、電池の高出力化が可能になる。
In general, when a Li compound such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFe 1-x M x PO 4 (M is any one of Co, Mn, and Ni) is used as a positive electrode material of a lithium ion battery. In charging the battery, Li ions are desorbed from the positive electrode material, and conversely, Li ions are added to the positive electrode material during discharging. The desorption and addition of Li ions occur on the surface of the positive electrode material, but at the same time, reduction and oxidation of transition metal ions such as Co, Ni, Mn, and Fe occur inside the positive electrode material.
That is, at the reaction point on the surface of the positive electrode material, the presence of the positive electrode material, Li ions from the electrolyte, and electrons must be present, but in the conventional lithium ion battery, the material itself has low electronic conductivity, and the electron This is one of the factors that hinder high output. Therefore, if the ability to supply electrons can be increased by containing a substance having electronic conductivity in the positive electrode material, the output of the battery can be increased.

特に、LiFe1−xPO系材料の場合は、材料自体の電子導電性が低いので、内部に電子導電性を有する物質を含有させることで、電子の供給能力向上、すなわち電池の高出力化の効果が極めて高いものとなる。
また、Feは安価な原料であるが、非常に酸化され易い。そのため、原料の品位、保管方法、合成雰囲気に特に注意を要し、それによるコストの上昇が問題となっているが、リチウム化合物を構成する元素及びブドウ糖のような還元糖を含む溶液を噴霧し、加熱することにより、Feの酸化の問題を大幅に緩和することができる。このFeの酸化の防止は、LiFe1−xPO系材料の場合に特に効果的である。
本発明は、以上のような発想に基づいてなされたものである。
In particular, in the case of a LiFe 1-x M x PO 4 system material, since the electronic conductivity of the material itself is low, it is possible to improve the electron supply capability by containing a substance having electronic conductivity inside, that is, the high battery performance. The output effect is extremely high.
Fe is an inexpensive raw material, but is very easily oxidized. For this reason, special attention must be paid to the quality of raw materials, storage methods, and the synthesis atmosphere, and the resulting increase in cost is a problem. However, a solution containing elements constituting lithium compounds and reducing sugars such as glucose is sprayed. By heating, the problem of oxidation of Fe can be greatly relieved. This prevention of Fe oxidation is particularly effective in the case of LiFe 1-x M x PO 4 -based materials.
The present invention has been made based on the above idea.

すなわち、本発明の電極材料は、LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)からなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これら1次粒子を還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合してなることを特徴とする。 That is, the electrode material of the present invention is Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, D is Mg, One or more selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y and rare earth elements, 0 <x <2, 0 <y <1.5, 0 ≦ z <1.5), a plurality of primary particles are aggregated to form secondary particles, and these primary particles are joined via carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar. It is characterized by.

前記炭素の含有率は、0.1重量%以上かつ30重量%以下であることが好ましい。   The carbon content is preferably 0.1% by weight or more and 30% by weight or less.

本発明の電極材料の製造方法は、LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)からなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これら1次粒子を還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合してなる電極材料の製造方法であって、Li成分と、A成分(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上)と、D成分(但し、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上)と、P成分と、還元糖とを含む溶液または懸濁液を噴霧し、加熱することを特徴とする。 The manufacturing method of the electrode material of the present invention is Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and D is Mg , Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, one or more selected from the group of rare earth elements, 0 <x <2, 0 < A plurality of primary particles composed of y <1.5 and 0 ≦ z <1.5) are assembled into secondary particles, and these primary particles are joined via carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar. And a Li component, an A component (where A is one or more selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu), and D Component (However, D is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y With one or more members selected from the group of rare earth elements), and sprayed with P component, the solution or suspension containing a reducing sugar, characterized by heating.

前記A成分は、Feであることが好ましい。
前記還元糖は、ブドウ糖、果糖、麦芽糖、乳糖の群から選択される1種または2種以上であることが好ましい。
前記溶液または懸濁液における前記還元糖の含有率は、前記LiPOに対して0.2重量%以上かつ70重量%以下であることが好ましい。
The component A is preferably Fe.
The reducing sugar is preferably one or more selected from the group consisting of glucose, fructose, maltose and lactose.
The content of the reducing sugar in the solution or suspension is preferably 0.2% by weight or more and 70% by weight or less with respect to the Li x A y D z PO 4 .

本発明のリチウムイオン電池は、本発明の電極材料を用いた正電極を備えてなることを特徴とする。   The lithium ion battery of the present invention includes a positive electrode using the electrode material of the present invention.

本発明の電極材料によれば、LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)からなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これら1次粒子を還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合したので、1次粒子の表面に酸化物からなる不活性相が生成する虞がなく、容量の低下及び反応性の低下を防止することができる。したがって、放電容量を高めることができ、充放電サイクル性能を安定化させることができる。また、高出力、良好な低温負荷特性を実現することができる。 According to the electrode material of the present invention, Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, D is Mg, One or more selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y and rare earth elements, 0 <x <2, 0 <y <1.5, 0 ≦ z <1.5), a plurality of primary particles are assembled into secondary particles, and these primary particles are joined via carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar. Therefore, there is no possibility that an inert phase made of an oxide is generated on the surface of the primary particles, and a decrease in capacity and a decrease in reactivity can be prevented. Therefore, the discharge capacity can be increased, and the charge / discharge cycle performance can be stabilized. In addition, high output and good low temperature load characteristics can be realized.

本発明の電極材料の製造方法によれば、Liと、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上であるAと、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上であるDと、Pと、還元糖とを含む溶液または懸濁液を噴霧し、加熱するので、還元糖の熱分解により炭素を生成する過程で、還元糖が1次粒子の表面に酸化物からなる不活性相が生成するのを防止することができる。したがって、高い放電容量、安定した充放電サイクル性能、高い充填性、高出力、良好な低温負荷特性を実現することができる電極材料を安価かつ容易に作製することができる。   According to the method for producing an electrode material of the present invention, Li, one or more selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu, Mg, Ca, Sr, and Ba , Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, a solution containing one or more selected from the group of rare earth elements, P, and a reducing sugar, or Since the suspension is sprayed and heated, it is possible to prevent the reducing sugar from forming an inactive phase composed of an oxide on the surface of the primary particles in the process of generating carbon by thermal decomposition of the reducing sugar. . Therefore, an electrode material capable of realizing high discharge capacity, stable charge / discharge cycle performance, high filling property, high output, and good low-temperature load characteristics can be easily produced at low cost.

本発明のリチウムイオン電池によれば、本発明の電極材料を用いた正電極を備えたので、この電極を用いた正電極の放電容量を高めることができ、充放電サイクル性能を安定化させることができる。したがって、高い放電容量、安定した充放電サイクル性能、高い充填性、高出力、良好な低温負荷特性を実現することができるリチウムイオン電池を提供することができる。   According to the lithium ion battery of the present invention, since the positive electrode using the electrode material of the present invention is provided, the discharge capacity of the positive electrode using this electrode can be increased, and the charge / discharge cycle performance can be stabilized. Can do. Therefore, it is possible to provide a lithium ion battery capable of realizing high discharge capacity, stable charge / discharge cycle performance, high filling property, high output, and good low-temperature load characteristics.

本発明の電極材料及びその製造方法並びにリチウムイオン電池を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The best mode for carrying out the electrode material of the present invention, the manufacturing method thereof and the lithium ion battery will be described.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

本実施形態の電極材料は、LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)からなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これら1次粒子を電子導電性物質である還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合してなる電極材料である。
ここで、希土類元素とは、ランタン系列であるLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの15元素のことである。
The electrode material of this embodiment is Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu, and D is Mg, Ca , Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, one or more selected from the group of rare earth elements, 0 <x <2, 0 <y < A plurality of primary particles composed of 1.5, 0 ≦ z <1.5) are formed into secondary particles, and these primary particles are produced by thermal decomposition of reducing sugar, which is an electronically conductive substance. It is the electrode material formed by joining via.
Here, the rare earth elements are 15 elements of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu which are lanthanum series.

この電極材料は、電子導電性物質である還元糖の熱分解により生成した炭素にて被覆されたLiPOからなる1次粒子が複数個集合して2次粒子となっていることが好ましく、2次粒子を構成する1次粒子のうち外側に表出している部分も還元糖の熱分解により生成した炭素にて被覆されていることが好ましい。
ここで「接合」とは、1次粒子同士が単なる凝集の状態で2次粒子となっているのではなく、2次粒子が1つの粒子として挙動する程度に強固に結合していることをいう。この2次粒子においては、電子導電性物質である還元糖の熱分解により生成した炭素は3次元網目状になっていることが好ましい。
In this electrode material, a plurality of primary particles made of Li x A y D z PO 4 coated with carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar, which is an electron conductive substance, are aggregated to form secondary particles. It is preferable that the portion of the primary particles constituting the secondary particles that are exposed to the outside are also covered with carbon generated by thermal decomposition of the reducing sugar.
Here, “bonding” means that the primary particles are not simply agglomerated to form secondary particles, but are firmly bonded so that the secondary particles behave as one particle. . In the secondary particles, it is preferable that the carbon generated by the thermal decomposition of the reducing sugar, which is an electron conductive substance, has a three-dimensional network shape.

図1は、本発明の電極材料の断面形状を示す断面図であり、LiPOからなる1次粒子1が複数個集合し、これらの1次粒子1、1、…同士が3次元網目状とされた薄層状の電子導電性物質である還元糖の熱分解により生成した炭素2により接合され、2次粒子3とされている。なお、2次粒子3の全体形状は、図1に示すような表面に凹凸のある略球状の他、表面に凹凸のない球状、多角形状等、様々な形状のものが可能である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the electrode material of the present invention, in which a plurality of primary particles 1 made of Li x A y D z PO 4 are assembled, and these primary particles 1, 1,. Are joined by carbon 2 generated by thermal decomposition of reducing sugar, which is a thin-layered electronically conductive substance having a three-dimensional network shape, to form secondary particles 3. The overall shape of the secondary particles 3 can be various shapes such as a spherical shape having irregularities on the surface, a polygonal shape, etc., in addition to a substantially spherical shape having irregularities on the surface as shown in FIG.

上記のAについては、Mn、Fe、Co、Niの群から選択される1種または2種以上が、また、Dについては、Mg、Ca、Sr、Ti、Zn、Alの群から選択される1種または2種以上が、高い放電電位、豊富な資源量、安全性等の点から好ましい。   For A, one or more selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, and Ni, and for D, selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ti, Zn, and Al. 1 type or 2 types or more are preferable from points, such as a high discharge potential, abundant resource amount, and safety | security.

また、還元糖は、その分子構造が環状であるために、熱分解により容易に炭化し易く、しかも熱分解過程で還元性を呈することにより金属元素の酸化を防止することが可能である。この還元糖は、熱分解することにより炭素を生成するが、この炭素は、化学的安定性、安全性及びコストの点から好ましいものである。
還元糖としては、還元性を有する単糖またはオリゴ糖が好ましく、特に、ブドウ糖、果糖、麦芽糖、乳糖の群から選択される1種または2種以上が好ましい。中でも、ブドウ糖は、還元能、溶解性、価格等の点で優れているので、さらに好ましい。
Moreover, since the molecular structure of the reducing sugar is cyclic, it is easily carbonized by thermal decomposition, and it is possible to prevent oxidation of the metal element by exhibiting reducing properties in the thermal decomposition process. This reducing sugar generates carbon by thermal decomposition, and this carbon is preferable in terms of chemical stability, safety and cost.
The reducing sugar is preferably a monosaccharide or oligosaccharide having reducibility, and particularly preferably one or two or more kinds selected from the group of glucose, fructose, maltose and lactose. Among these, glucose is more preferable because it is excellent in reducing ability, solubility, price, and the like.

ここで、1次粒子の平均粒径は0.001μm以上かつ20μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.05μm以上かつ2μm以下である。
その理由は、平均粒径が0.001μmより小さいと、充放電による体積変化により結晶構造が破壊される虞があるからであり、また、平均粒径が20μmより大きいと、粒子内部への電子の供給量が不足し、利用効率が低下するからである。
Here, the average particle diameter of the primary particles is preferably 0.001 μm or more and 20 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 2 μm or less.
The reason is that if the average particle size is smaller than 0.001 μm, the crystal structure may be destroyed due to the volume change due to charge / discharge, and if the average particle size is larger than 20 μm, the electrons inside the particles may be destroyed. This is because there is a shortage of supply amount and the utilization efficiency is lowered.

また、炭素の厚みは0.001μm以上かつ1μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.01μm以上かつ0.2μm以下である。
その理由は、厚みが0.001μmより薄いと、電子導電性が十分でなく、電子の供給量が不足するからであり、また、厚みが1μmより厚いと、電極材料中の活物質の割合が減少し、活物質が有効に利用され難くなるからである。
Further, the thickness of carbon is preferably 0.001 μm or more and 1 μm or less, more preferably 0.01 μm or more and 0.2 μm or less.
The reason is that if the thickness is less than 0.001 μm, the electron conductivity is not sufficient, and the amount of electrons supplied is insufficient. If the thickness is more than 1 μm, the ratio of the active material in the electrode material is small. This is because the active material is hardly used effectively.

また、2次粒子の平均粒径は0.01μm以上かつ200μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1μm以上かつ50μm以下である。
その理由は、平均粒径が0.01μmより小さいと、電極材料合剤を作製する際に多くの結合剤を必要とし、その結果、電極材料合剤中の活物質の割合が低下し、電極材料合剤の導電性も低下するからであり、また、平均粒径が200μmより大きいと、電極材料合剤内に空隙が生じ易くなり、その結果、放電容量が低下し、充放電サイクル性能が不安定になる虞があるからである。
この2次粒子の形状は、球状であることが好ましい。なぜならば、球状であると、最密充填し易くなり、単位体積当たりの正極材料の充填量が多くなり、同じ容量でも電池体積を小さくすることができるからである。
The average particle size of the secondary particles is preferably 0.01 μm or more and 200 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less.
The reason is that if the average particle size is smaller than 0.01 μm, a large amount of binder is required in preparing the electrode material mixture, and as a result, the ratio of the active material in the electrode material mixture decreases, and the electrode This is because the conductivity of the material mixture also decreases, and if the average particle size is larger than 200 μm, voids are likely to occur in the electrode material mixture, resulting in a decrease in discharge capacity and charge / discharge cycle performance. This is because it may become unstable.
The shape of the secondary particles is preferably spherical. This is because the spherical shape facilitates closest packing, increases the amount of positive electrode material per unit volume, and can reduce the battery volume even with the same capacity.

この2次粒子における炭素の含有率は、0.1重量%以上かつ30重量%以下が好ましく、さらに好ましくは1重量%以上かつ20重量%以下である。
その理由は、炭素の含有率が0.1重量%より少ないと、電子導電性が十分発現しない虞があり、また、30重量%より多いと、炭素を必要な導電性を得る量以上に含むこととなり、粒子中の正極活物質の重量及び体積密度が低下するからである。
The carbon content in the secondary particles is preferably 0.1 wt% or more and 30 wt% or less, more preferably 1 wt% or more and 20 wt% or less.
The reason is that if the carbon content is less than 0.1% by weight, the electronic conductivity may not be sufficiently developed, and if it is more than 30% by weight, the carbon is contained in an amount greater than the amount necessary to obtain the necessary conductivity. This is because the weight and volume density of the positive electrode active material in the particles are reduced.

この2次粒子における炭素は、炭素単体として存在するものであり、他の成分と化合物を形成するものではない。また、この炭素は、LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)からなる1次粒子の外側に存在するものであり、上記のLiPOからなる1次粒子と、炭素とを、単に混合したものとは大きく異なる。 The carbon in the secondary particles exists as a simple carbon and does not form a compound with other components. The carbon is Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu, and D is Mg, Ca, Sr). , Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, one or more selected from the group of rare earth elements, 0 <x <2, 0 <y <1. 5, 0 ≦ z <1.5) existing outside the primary particles, and the primary particles composed of Li x A y D z PO 4 and a simple mixture of carbon and Are very different.

この炭素は、2次粒子中に均一に分散していることが好ましく、また、1次粒子同士の間に網目状に存在していることが好ましい。
この電極材料をリチウムイオン電池の正電極材料として用いれば、得られたリチウムイオン電池は、高い放電容量、安定した充放電サイクル性能、高い充填性、高出力等を有するものとなる。
The carbon is preferably dispersed uniformly in the secondary particles, and is preferably present in a network form between the primary particles.
If this electrode material is used as a positive electrode material of a lithium ion battery, the obtained lithium ion battery has a high discharge capacity, a stable charge / discharge cycle performance, a high filling property, a high output, and the like.

本実施形態の電極材料の製造方法は、Li成分と、A成分(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上)と、D成分(但し、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上)と、P成分と、還元糖とを含む溶液または懸濁液を噴霧し、加熱する方法である。
上記のD成分については、必要に応じて添加することとする。
この方法では、噴霧により球状の液滴となった溶液または懸濁液を加熱するので、充填性に優れた球状の粒子を容易に得ることができる。
The electrode material manufacturing method of the present embodiment includes a Li component, an A component (where A is one or more selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu), and a D component. (Wherein D is one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, and rare earth elements); This is a method of spraying and heating a solution or suspension containing a P component and a reducing sugar.
About said D component, it shall add as needed.
In this method, since the solution or suspension that has become spherical droplets by spraying is heated, spherical particles having excellent filling properties can be easily obtained.

ここで、この電極材料の製造方法について詳細に説明する。
Li成分としては、例えば、塩化リチウム(LiCl)、臭化リチウム(LiBr)、炭酸リチウム(LiCO)、硝酸リチウム(LiNO)、硫酸リチウム(LiSO)、リン酸リチウム(LiPO)、水酸化リチウム(LiOH)等のリチウム無機酸塩、酢酸リチウム(LiCHCOO)、蓚酸リチウム((COOLi))等のリチウム有機酸塩、あるいは、リチウムエトキシド(LiCO)等のリチウムアルコキシド、(Li(CH)等の有機リチウム化合物、等のLi含有有機金属化合物を用いることができる。
Here, the manufacturing method of this electrode material is demonstrated in detail.
Examples of the Li component include lithium chloride (LiCl), lithium bromide (LiBr), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium inorganic acid salts such as lithium hydroxide (LiOH), lithium organic acid salts such as lithium acetate (LiCH 3 COO) and lithium oxalate ((COOLi) 2 ), or lithium ethoxide (LiC 2 H Li-containing organometallic compounds such as lithium alkoxides such as 5 O), organic lithium compounds such as (Li 4 (CH 3 ) 4 ), and the like can be used.

A成分としては、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上の元素を含む化合物が好ましく、特に、Fe、Co、Mn、Niのいずれか1種、またはこれらのうち2種以上の元素を含む化合物が、高い放電電位、豊富な資源量、安全性等から好ましい。
これらの化合物としては、例えば、Feを含む化合物としては、塩化鉄(II)(FeCl)、臭化鉄(II)(FeBr)、酢酸鉄(II)(Fe(CHCOO))、硫酸鉄(II)(FeSO)等を、Mn、Co、Ni成分としては、塩化マンガン(MnCl)、酢酸マンガン(Mn(CHCOO))、塩化ニッケル(NiCl)等の塩を用いることができる。
As the component A, a compound containing one or more elements selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu is preferable, and in particular, any one of Fe, Co, Mn, and Ni Or a compound containing two or more of these elements is preferred from the viewpoint of high discharge potential, abundant resource amount, safety, and the like.
As these compounds, for example, as a compound containing Fe, iron chloride (II) (FeCl 2 ), iron bromide (II) (FeBr 2 ), iron acetate (II) (Fe (CH 3 COO) 2 ) , Iron (II) sulfate (FeSO 4 ), etc., Mn, Co, and Ni components such as manganese chloride (MnCl 2 ), manganese acetate (Mn (CH 3 COO) 2 ), nickel chloride (NiCl 2 ), etc. Can be used.

D成分としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上の元素を含む化合物が好ましく、特に、Mg、Ca、Ti、Al等を含む化合物が、高い放電電位、豊富な資源量、安全性等から好ましい。
これらの化合物としては、例えば、Alを含む化合物としては、塩化アルミニウム(AlCl)等の塩を用いることができる、また、Mgを含む化合物としては、硫酸マグネシウム(MgSO)、酢酸マグネシウム(Mg(CHCOO))等の塩を用いることができる、また、Tiを含む化合物としては、硫酸チタン(Ti(SO)、塩化チタン(TiCl)等の塩を用いることができる。
特に、塩化アルミニウム(AlCl)等のAlを含む化合物が、高い放電電位、豊富な資源量、安全性等から好ましい。
As the D component, one or more elements selected from the group of Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, and rare earth elements are used. A compound containing Mg, Ca, Ti, Al and the like is particularly preferable from the viewpoint of high discharge potential, abundant resource amount, safety and the like.
As these compounds, for example, a salt such as aluminum chloride (AlCl 3 ) can be used as a compound containing Al, and magnesium sulfate (MgSO 4 ), magnesium acetate (Mg) as a compound containing Mg. A salt such as (CH 3 COO) 2 ) can be used, and as a compound containing Ti, a salt such as titanium sulfate (Ti (SO 4 ) 2 ) or titanium chloride (TiCl 4 ) can be used. .
In particular, a compound containing Al, such as aluminum chloride (AlCl 3 ), is preferable from the viewpoint of high discharge potential, abundant resources, safety, and the like.

P成分としては、例えば、オルトリン酸(HPO)、メタリン酸(HPO)等のリン酸、リン酸水素2アンモニウム((NHHPO)、リン酸2水素アンモニウム(NHPO)等のリン酸水素アンモニウム塩を用いることができる。
中でも、比較的純度が高く、組成制御を行うことが容易な点から、オルトリン酸、リン酸水素2アンモニウム、リン酸2水素アンモニウムが好ましい。
Examples of the P component include phosphoric acid such as orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) and metaphosphoric acid (HPO 3 ), diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ), and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 An ammonium hydrogen phosphate salt such as H 2 PO 4 ) can be used.
Of these, orthophosphoric acid, diammonium hydrogen phosphate, and ammonium dihydrogen phosphate are preferred because of their relatively high purity and ease of composition control.

還元糖としては、還元性を有する単糖またはオリゴ糖を用いることができ、特に、ブドウ糖、果糖、麦芽糖、乳糖の群から選択される1種または2種以上が好ましく、中でも、ブドウ糖は、還元能、溶解性、価格等の点で優れているので、好適である。
この還元糖を加えることにより、A成分やD成分の酸化を抑制し、それらに含まれる金属元素を還元することができる。したがって、A成分やD成分により低品位の原料を用いても、良好な正極材料を得ることができ、原料の取り扱いや保管状態にさほど気を使う必要がなく、Fe(II)塩の様な酸化し易い原料であっても、通常の取り扱い及び保管が可能である。
特に、噴霧前に反応・凝集を起こさない均一な混合原料とするには、各金属成分を塩化物とし、P成分としてオルトリン酸(HPO)を用いることが好ましい。
As the reducing sugar, monosaccharide or oligosaccharide having reducibility can be used, and in particular, one or two or more kinds selected from the group of glucose, fructose, maltose, and lactose are preferable. Among them, glucose is reduced. It is preferable because of its excellent performance, solubility, and price.
By adding this reducing sugar, the oxidation of A component and D component can be suppressed, and the metal element contained in them can be reduced. Therefore, even if a low-grade raw material is used with the A component and the D component, a good positive electrode material can be obtained, and it is not necessary to pay much attention to the handling and storage state of the raw material, as in Fe (II) salt. Even raw materials that are easily oxidized can be handled and stored normally.
In particular, in order to obtain a uniform mixed raw material that does not cause reaction / aggregation before spraying, it is preferable to use chloride as the metal component and orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) as the P component.

これらの原料(Li成分、A成分、D成分、P成分及び還元糖)を溶媒中に溶解あるいは分散させ、均一な溶液あるいは懸濁液とし、この溶液あるいは懸濁液を不活性雰囲気下または還元性雰囲気下にて噴霧するとともに加熱する。
この溶媒としては、例えば、水、アルコール類、ケトン類、水−アルコール溶液、水−ケトン溶液、水−エーテル溶液等を用いることができるが、使い易さ、安全性の点から水が好ましい。
These raw materials (Li component, A component, D component, P component and reducing sugar) are dissolved or dispersed in a solvent to form a uniform solution or suspension, and the solution or suspension is subjected to inert atmosphere or reduction. Spray and heat in a sexual atmosphere.
As this solvent, for example, water, alcohols, ketones, water-alcohol solutions, water-ketone solutions, water-ether solutions, and the like can be used, but water is preferable from the viewpoint of ease of use and safety.

この溶液あるいは懸濁液中の原料の濃度は、噴霧することができればよく、特に限定されるものではないが、良好な噴霧状態を得るためには1重量%以上かつ30重量%以下が好ましい。また、溶液または懸濁液における還元糖の含有量は、A成分やD成分の酸化を抑制し、それらに含まれる金属元素を還元するに充分な量であればよく、その含有率は、電極材料、すなわちLiPOに対して0.2重量%以上かつ70重量%以下が好ましい。 The concentration of the raw material in this solution or suspension is not particularly limited as long as it can be sprayed, but is preferably 1% by weight or more and 30% by weight or less in order to obtain a good spray state. Further, the content of the reducing sugar in the solution or suspension may be an amount sufficient to suppress the oxidation of the A component and the D component and reduce the metal element contained in them. The content is preferably 0.2% by weight or more and 70% by weight or less based on the material, that is, Li x A y D z PO 4 .

噴霧の際の液滴の粒径は0.05μm以上かつ500μm以下とすることが好ましい。噴霧時の加熱温度は、使用する原料により異なるが、好ましくは500℃以上かつ1000℃以下、より好ましくは650℃以上かつ900℃以下である。その理由は、加熱温度が500℃より低いと、液滴の分解・反応が十分進行せず、結晶性も低くなってしまい、非晶質化してしまう可能性があるからであり、一方、加熱温度が1000℃より高いと、生成物が融解してガラス化したり、あるいはLi等の低融点金属が蒸発してしまい、生成する電極材料が組成ずれを起こす虞があるからである。   The particle diameter of the droplets during spraying is preferably 0.05 μm or more and 500 μm or less. Although the heating temperature at the time of spraying varies depending on the raw materials used, it is preferably 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, more preferably 650 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. The reason for this is that if the heating temperature is lower than 500 ° C., the decomposition / reaction of the droplets does not proceed sufficiently, the crystallinity is lowered, and it may become amorphous. If the temperature is higher than 1000 ° C., the product melts and vitrifies, or a low-melting point metal such as Li evaporates, and the generated electrode material may cause a composition shift.

噴霧、加熱する際の雰囲気としては、N、Ar等の不活性雰囲気が好ましい。
この製造方法では、溶液または懸濁液に還元糖を加えているので、N、Ar等の不活性雰囲気にて充分に、A成分やD成分の酸化を抑制し、それらに含まれる金属元素を還元することができるが、特に酸化し易い金属等を含む場合には、H等の還元性ガスを含む還元性雰囲気が好ましい。
As an atmosphere for spraying and heating, an inert atmosphere such as N 2 or Ar is preferable.
In this manufacturing method, since reducing sugar is added to the solution or suspension, the oxidation of the A component and D component is sufficiently suppressed in an inert atmosphere such as N 2 and Ar, and the metal elements contained therein However, a reducing atmosphere containing a reducing gas such as H 2 is preferable when it contains a metal that is easily oxidized.

この製造方法では、各成分の原料が溶液中あるいは懸濁液中に均一に分散された状態で、微小な液滴として噴霧され、その状態で加熱されるので、瞬時に熱分解反応が起こり、LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)にて示される物質からなる1次粒子間に、電子導電性物質である還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合してなる2次粒子が形成される。 In this production method, the raw materials of each component are sprayed as fine droplets in a state of being uniformly dispersed in a solution or suspension, and heated in that state, so a thermal decomposition reaction occurs instantaneously, Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, D is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn) , B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, one or more selected from the group of rare earth elements, 0 <x <2, 0 <y <1.5, 0 ≦ z < The secondary particles formed by joining the primary particles made of the substance shown in 1.5) through carbon generated by the thermal decomposition of the reducing sugar, which is an electron conductive substance, are formed.

この溶液中あるいは懸濁液中に均一に溶解している還元糖は、噴霧された微小な液滴中においても均一に分布しているので、1次粒子から2次粒子が生成する際に、その2次粒子中に均一に分布した状態で取り込まれ、1次粒子間に、還元糖が熱分解することにより生成した炭素が介在することとなり、この炭素が1次粒子間に介在した状態で1次粒子同士が結合する。
同時に、個々の1次粒子も還元糖の熱分解により生成した炭素により覆われるので、1次粒子同士が結合した2次粒子の表面も、還元糖の熱分解により生成した炭素により被覆される。
以上により、高い放電容量、安定した充放電サイクル性能、高い充填性、高出力、良好な低温負荷特性を実現することができる電極材料を安価かつ容易に作製することができる。
The reducing sugar that is uniformly dissolved in the solution or suspension is evenly distributed in the sprayed minute droplets, so when the secondary particles are generated from the primary particles, Incorporated in a state of being uniformly distributed in the secondary particles, carbon produced by thermal decomposition of the reducing sugar is interposed between the primary particles, and in a state where the carbon is interposed between the primary particles. Primary particles are bonded to each other.
At the same time, since the individual primary particles are also covered with carbon generated by the thermal decomposition of reducing sugar, the surfaces of the secondary particles bonded with the primary particles are also covered with carbon generated by the thermal decomposition of reducing sugar.
As described above, an electrode material capable of realizing high discharge capacity, stable charge / discharge cycle performance, high filling property, high output, and good low-temperature load characteristics can be easily produced at low cost.

この電極材料をリチウムイオン電池の正電極に適用することにより、高い放電容量、安定した充放電サイクル性能、高い充填性、高出力、良好な低温負荷特性を実現することが可能になる。   By applying this electrode material to the positive electrode of a lithium ion battery, it is possible to achieve a high discharge capacity, stable charge / discharge cycle performance, high fillability, high output, and good low-temperature load characteristics.

本実施形態の電極材料によれば、LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)からなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これら1次粒子を還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合したので、高い放電容量、安定した充放電サイクル性能、高い充填性、高出力、良好な低温負荷特性等を実現することができる。 According to the electrode material of this embodiment, Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu, and D is Mg , Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, one or more selected from the group of rare earth elements, 0 <x <2, 0 < A plurality of primary particles composed of y <1.5 and 0 ≦ z <1.5) are assembled into secondary particles, and these primary particles are joined via carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar. Therefore, high discharge capacity, stable charge / discharge cycle performance, high fillability, high output, good low-temperature load characteristics, etc. can be realized.

本実施形態の電極材料の製造方法によれば、Li成分と、A成分(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上)と、D成分(但し、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上)と、P成分と、還元糖とを含む溶液または懸濁液を噴霧し、加熱するので、微小な液滴の状態で反応を進行させることができ、平均粒径が0.01〜200μmの範囲の2次粒子を容易かつ安価に作製することができ、さらに、球状の2次粒子を容易かつ安価に作製することができる。   According to the method for producing an electrode material of the present embodiment, a Li component, an A component (where A is one or more selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu), D component (where D is one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y and rare earth elements) In addition, since the solution or suspension containing the P component and the reducing sugar is sprayed and heated, the reaction can proceed in the form of minute droplets, and the average particle diameter is in the range of 0.01 to 200 μm. Secondary particles can be produced easily and inexpensively, and spherical secondary particles can be produced easily and inexpensively.

また、噴霧熱分解時に還元糖の還元作用により原料の酸化を防止するので、酸化され易い原料を用いても容易に、良好な電極材料を得ることができる。
また、噴霧熱分解の際に、1次粒子同士を、電子導電性物質である還元糖の熱分解により生成する炭素を介して接合するので、1次粒子間に還元糖の熱分解により生成した炭素を網目状に形成することができる。したがって、1次粒子間に炭素を網目状に形成した2次粒子を容易に作製することができる。
In addition, since the raw material is prevented from being oxidized by the reducing action of the reducing sugar during spray pyrolysis, a good electrode material can be easily obtained even by using a raw material that is easily oxidized.
Further, during spray pyrolysis, primary particles are joined to each other through carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar, which is an electron conductive substance, so that the primary particles are generated by thermal decomposition of reducing sugar. Carbon can be formed in a network. Therefore, secondary particles in which carbon is formed in a network shape between primary particles can be easily produced.

本実施形態のリチウムイオン電池によれば、本実施形態の電極材料を正電極に適用したので、高い放電容量、安定した充放電サイクル性能、高い充填性、高出力、良好な低温負荷特性等を有するリチウムイオン電池を提供することができる。
また、用いる原料も安価で資源的に豊富なものであるから、安価なリチウムイオン電池を提供することができる。
According to the lithium ion battery of the present embodiment, since the electrode material of the present embodiment is applied to the positive electrode, high discharge capacity, stable charge / discharge cycle performance, high fillability, high output, good low temperature load characteristics, etc. A lithium ion battery can be provided.
In addition, since the raw materials used are inexpensive and rich in resources, an inexpensive lithium ion battery can be provided.

以下、実施例1〜3及び比較例1、2により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
例えば、本実施例では、電極材料自体の挙動をデータに反映させるため、負極に金属Liを用いたが、炭素材料、Li合金、LiTi12等の負極材料を用いてもかまわない。また電解液とセパレータの代わりに固体電解質を用いても良い。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely by Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2, this invention is not limited by these Examples.
For example, in this embodiment, metal Li is used for the negative electrode in order to reflect the behavior of the electrode material itself in the data. However, a negative electrode material such as a carbon material, a Li alloy, or Li 4 Ti 5 O 12 may be used. . A solid electrolyte may be used instead of the electrolytic solution and the separator.

(実施例1)
LiCl、FeCl及びHPOを、これらの化学量論比が1:1:1、かつ、各々の濃度が0.1mol/kgとなるように純水に溶解し、水溶液Aを作製した。次いで、この水溶液A1000gにブドウ糖1.8gを添加して溶解させた。このときの電極材料に対するブドウ糖の含有率は11.4重量%であった。
次いで、この溶液を超音波霧化器を用いて噴霧して霧状の液滴とし、この霧状の液滴をO1%−N99%の混合ガスをキャリアガスとして700℃の熱処理炉内に導入し、熱分解を行った。その後、この熱分解物を回収し、粒径が0.2〜5μmの球状の電極材料粉末A(2次粒子)を得た。
この電極材料粉末AのLiFePO/C比は、重量比で94.5/4.5であった。
Example 1
LiCl, FeCl 2 and H 3 PO 4 were dissolved in pure water so that their stoichiometric ratio was 1: 1: 1 and each concentration was 0.1 mol / kg to prepare an aqueous solution A. . Next, 1.8 g of glucose was added to 1000 g of the aqueous solution A and dissolved. At this time, the glucose content in the electrode material was 11.4% by weight.
Next, this solution is sprayed using an ultrasonic atomizer to form mist droplets, and the mist droplets are heat-treated at 700 ° C. using a mixed gas of O 2 1% -N 2 99% as a carrier gas. It was introduced into the furnace and pyrolyzed. Then, this pyrolyzate was collect | recovered and spherical electrode material powder A (secondary particle) with a particle size of 0.2-5 micrometers was obtained.
The electrode material powder A had a LiFePO 4 / C ratio of 94.5 / 4.5 by weight.

(実施例2)
FeClを、相対湿度80%、室温(25℃)の湿潤大気中に1ヶ月間放置してFeClの一部を酸化させ、FeClを強制的に変質させた。次いで、この変質したFeClを用い、実施例1と同様にして水溶液Bを作製した。次いで、この水溶液B1000gにブドウ糖1.8gを添加して溶解させた。このときの電極材料に対するブドウ糖の含有率は11.4重量%であった。
次いで、この溶液を超音波霧化器を用いて噴霧して霧状の液滴とし、この霧状の液滴をNガスをキャリアガスとして700℃の熱処理炉内に導入し、熱分解を行った。その後、この熱分解物を回収し、粒径が0.2〜5μmの球状の電極材料粉末B(2次粒子)を得た。
この電極材料粉末BのLiFePO/C比は、重量比で95/5であった。
(Example 2)
The FeCl 2, 80% relative humidity, oxidizing the 1 month left part of FeCl 2 in the humidified air at room temperature (25 ° C.), forcibly alter the FeCl 2. Next, an aqueous solution B was prepared in the same manner as in Example 1 by using the modified FeCl 2 . Next, 1.8 g of glucose was added to 1000 g of this aqueous solution B and dissolved. At this time, the glucose content in the electrode material was 11.4% by weight.
Next, this solution is sprayed using an ultrasonic atomizer to form mist droplets. The mist droplets are introduced into a heat treatment furnace at 700 ° C. using N 2 gas as a carrier gas, and pyrolysis is performed. went. Then, this pyrolyzate was collect | recovered and spherical electrode material powder B (secondary particle) with a particle size of 0.2-5 micrometers was obtained.
The electrode material powder B had a LiFePO 4 / C ratio of 95/5 by weight.

(実施例3)
実施例1の水溶液A1000gに果糖1.8gを添加して溶解させた。このときの電極材料に対する果糖の含有率は11.4重量%であった。
次いで、この溶液の噴霧熱分解を実施例1に準じて行った。その後、この熱分解物を回収し、粒径が0.2〜5μmの球状の電極材料粉末C(2次粒子)を得た。
この電極材料粉末CのLiFePO/C比は、重量比で94.5/4.5であった。
(Example 3)
To 1000 g of the aqueous solution A of Example 1, 1.8 g of fructose was added and dissolved. The content rate of fructose with respect to the electrode material at this time was 11.4 weight%.
Subsequently, spray pyrolysis of this solution was performed according to Example 1. Then, this pyrolyzate was collect | recovered and spherical electrode material powder C (secondary particle) with a particle size of 0.2-5 micrometers was obtained.
The electrode material powder C had a LiFePO 4 / C ratio of 94.5 / 4.5 by weight.

(実施例4)
実施例2の水溶液B1000gに果糖1.8gを添加して溶解させた。このときの電極材料に対する果糖の含有率は11.4重量%であった。
次いで、この溶液の噴霧熱分解を実施例2に準じて行った。その後、この熱分解物を回収し、粒径が0.2〜5μmの球状の電極材料粉末D(2次粒子)を得た。
この電極材料粉末DのLiFePO/C比は、重量比で95/5であった。
Example 4
To 1000 g of the aqueous solution B of Example 2, 1.8 g of fructose was added and dissolved. The content rate of fructose with respect to the electrode material at this time was 11.4 weight%.
Subsequently, spray pyrolysis of this solution was performed according to Example 2. Then, this pyrolyzate was collect | recovered and spherical electrode material powder D (secondary particle) with a particle size of 0.2-5 micrometers was obtained.
The electrode material powder D had a LiFePO 4 / C ratio of 95/5 by weight.

(実施例5)
実施例1の水溶液A1000gに麦芽糖1.7gを添加して溶解させた。このときの電極材料に対する麦芽糖の含有率は10.8重量%であった。
次いで、この溶液の噴霧熱分解を実施例1に準じて行った。その後、この熱分解物を回収し、粒径が0.2〜5μmの球状の電極材料粉末E(2次粒子)を得た。
この電極材料粉末EのLiFePO/C比は、重量比で94.5/4.5であった。
(Example 5)
1.7 g of maltose was added to 1000 g of the aqueous solution A of Example 1 and dissolved. The maltose content in the electrode material at this time was 10.8% by weight.
Subsequently, spray pyrolysis of this solution was performed according to Example 1. Then, this pyrolyzate was collect | recovered and spherical electrode material powder E (secondary particle) with a particle size of 0.2-5 micrometers was obtained.
The electrode material powder E had a LiFePO 4 / C ratio of 94.5 / 4.5 by weight.

(実施例6)
実施例2の水溶液B1000gに麦芽糖1.7gを添加して溶解させた。このときの電極材料に対する麦芽糖の含有率は10.8重量%であった。
次いで、この溶液の噴霧熱分解を実施例2に準じて行った。その後、この熱分解物を回収し、粒径が0.2〜5μmの球状の電極材料粉末F(2次粒子)を得た。
この電極材料粉末FのLiFePO/C比は、重量比で95/5であった。
(Example 6)
1.7 g of maltose was added to 1000 g of the aqueous solution B of Example 2 and dissolved. The maltose content in the electrode material at this time was 10.8% by weight.
Subsequently, spray pyrolysis of this solution was performed according to Example 2. Then, this pyrolyzate was collect | recovered and spherical electrode material powder F (secondary particle) with a particle size of 0.2-5 micrometers was obtained.
The electrode material powder F had a LiFePO 4 / C ratio of 95/5 by weight.

(比較例1)
実施例1の水溶液A1000gに還元性を示さないショ糖1.7gを添加して溶解させた。このときの電極材料に対するショ糖の含有率は10.8重量%であった。
次いで、この溶液の噴霧熱分解を実施例1に準じて行った。その後、この熱分解物を回収し、粒径が0.2〜5μmの球状の電極材料粉末G(2次粒子)を得た。
この電極材料粉末GのLiFePO/C比は、重量比で94.5/4.5であった。
(Comparative Example 1)
1.7 g of sucrose having no reducing property was added to 1000 g of the aqueous solution A of Example 1 and dissolved. The sucrose content in the electrode material at this time was 10.8% by weight.
Subsequently, spray pyrolysis of this solution was performed according to Example 1. Then, this pyrolyzate was collect | recovered and spherical electrode material powder G (secondary particle) with a particle size of 0.2-5 micrometers was obtained.
The electrode material powder G had a LiFePO 4 / C ratio of 94.5 / 4.5 by weight.

(比較例2)
実施例2の水溶液B1000gに還元性を示さないショ糖1.7gを添加して溶解させた。このときの電極材料に対するショ糖の含有率は10.8重量%であった。
次いで、この溶液の噴霧熱分解を実施例2に準じて行った。その後、この熱分解物を回収し、粒径が0.2〜5μmの球状の電極材料粉末H(2次粒子)を得た。
この電極材料粉末HのLiFePO/C比は、重量比で95/5であった。
(Comparative Example 2)
1.7 g of sucrose having no reducing property was added to 1000 g of the aqueous solution B of Example 2 and dissolved. The sucrose content in the electrode material at this time was 10.8% by weight.
Subsequently, spray pyrolysis of this solution was performed according to Example 2. Then, this pyrolyzate was collect | recovered and spherical electrode material powder H (secondary particle) with a particle size of 0.2-5 micrometers was obtained.
The electrode material powder H had a LiFePO 4 / C ratio of 95/5 by weight.

「リチウムイオン電池の作製」
(実施例1)
上記にて得られた電極材料粉末A、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)、溶媒としてN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)を用い、これらを混合しペースト化した。なお、ペースト中の重量比LiFePO:C:PVdFは85:10:5であった。
次いで、このペーストを厚み30μmのアルミニウム(Al)箔上に塗布し、乾燥した。その後、40MPaの圧力にて圧密し、正電極とした。
“Production of lithium-ion batteries”
Example 1
The electrode material powder A obtained above, acetylene black (AB) as a conductive auxiliary agent, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) as a solvent, these are mixed and paste Turned into. The weight ratio in the paste LiFePO 4: C: PVdF 85: 10: 5.
Next, this paste was applied onto an aluminum (Al) foil having a thickness of 30 μm and dried. Then, it compacted with the pressure of 40 Mpa, and set it as the positive electrode.

次いで、この正電極を成形機を用いて面積が2cmの円板状に打ち抜き、真空乾燥後、乾燥Ar雰囲気下にてステンレススチール(SUS)製の2016コイン型セルを用いて、実施例1のリチウムイオン電池を作製した。なお、負極には金属Liを、セパレーターには多孔質ボリプロピレン膜を、電解質溶液には1MのLiPF溶液を、それぞれ用いた。このLiPF溶液の溶媒としては、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとの比が1:1のものを用いた。 Next, this positive electrode was punched into a disk shape having an area of 2 cm 2 using a molding machine, vacuum dried, and then subjected to a stainless steel (SUS) 2016 coin cell in a dry Ar atmosphere. A lithium ion battery was prepared. Metal Li was used for the negative electrode, a porous polypropylene film was used for the separator, and a 1M LiPF 6 solution was used for the electrolyte solution. As a solvent for this LiPF 6 solution, a solvent having a ratio of ethylene carbonate to diethyl carbonate of 1: 1 was used.

また、実施例2〜6及び比較例1、2の電極材料粉末B〜Hを用い、実施例1のリチウム電池と全く同様にして実施例2〜6及び比較例1、2それぞれのリチウムイオン電池を作製した。なお、実施例2〜6及び比較例1、2それぞれのペースト中の重量比LiFePO:C:PVdFは全て85:10:5であった。 Further, the lithium ion batteries of Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were respectively used in the same manner as the lithium battery of Example 1 using the electrode material powders B to H of Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 and 2. Was made. The weight ratios LiFePO 4 : C: PVdF in the pastes of Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were all 85: 10: 5.

「電池充放電試験」
実施例1〜6及び比較例1、2各々のリチウムイオン電池の充放電試験を、室温(25℃)にて、カットオフ電圧2−4.5V、充放電レート1Cの定電流(1時間充電の後、1時間放電)下にて実施した。
実施例1〜6及び比較例1、2各々の室温(25℃)における放電容量(1C)を表1に示す。また、実施例1、2及び比較例1、2各々の室温(25℃)における充放電特性を図2に示す。
"Battery charge / discharge test"
The charge / discharge test of each of the lithium ion batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 was performed at room temperature (25 ° C.) at a constant voltage (charged for 1 hour) with a cutoff voltage of 2-4.5 V and a charge / discharge rate of 1 C 1 hour discharge).
Table 1 shows the discharge capacities (1C) of each of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 at room temperature (25 ° C.). Moreover, FIG. 2 shows the charge / discharge characteristics at room temperature (25 ° C.) of each of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

Figure 2007250417
Figure 2007250417

以上の結果によれば、還元糖を用いた実施例の電極材料粉末A〜Fは、還元糖を用いない比較例の電極材料粉末G、Hと比べて高い放電容量が得られることが分かった。また、強制的に酸化させたFeClを用いた電極材料粉末B、D、Fにおいても、酸化していないFeClを用いた電極材料粉末A、C、Eと殆ど同等の高い放電容量が得られることが分かった。したがって、酸化され易い電極材料を合成する際においても、雰囲気中の酸素濃度を厳密に制御する必要が無く、かつ強制的に酸化させた(低品位の)原料を用いた場合であっても、良好な電極材料の合成が可能であることが分かった。 According to the above results, it was found that the electrode material powders A to F of the examples using reducing sugars can obtain a higher discharge capacity than the electrode material powders G and H of comparative examples not using reducing sugars. . In addition, the electrode material powders B, D, and F using forcibly oxidized FeCl 2 have high discharge capacities almost equivalent to the electrode material powders A, C, and E using non-oxidized FeCl 2. I found out that Therefore, even when synthesizing an electrode material that is easily oxidized, there is no need to strictly control the oxygen concentration in the atmosphere, and even when a forcedly oxidized (low-grade) raw material is used, It has been found that a good electrode material can be synthesized.

本発明の電極材料は、LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)からなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これら1次粒子を電子導電性物質である還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合したものであるから、リチウムイオン電池のさらなる充放電容量の向上、充放電サイクルの安定化、充填性の向上、高出力化、低温負荷特性の向上が可能なのはもちろんのこと、より小型化、軽量化、高容量化が期待される次世代の二次電池に対しても適用することが可能であり、次世代の二次電池の場合、その効果は非常に大きなものである。 The electrode material of the present invention is Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, D is Mg, Ca, One or more selected from the group consisting of Sr, Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y and rare earth elements, 0 <x <2, 0 <y <1 .5, 0 ≦ z <1.5), a plurality of primary particles are aggregated to form secondary particles, and carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar, which is an electron conductive substance, is formed from the primary particles. It is possible to further improve the charge / discharge capacity of the lithium ion battery, stabilize the charge / discharge cycle, improve the filling property, increase the output, and improve the low-temperature load characteristics. Suitable for next-generation secondary batteries that are expected to be lighter, lighter, and higher capacity It is possible to, when the next generation of the secondary battery, the effect is very large.

本発明の電極材料の断面形状の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the cross-sectional shape of the electrode material of this invention. 実施例1、2及び比較例1、2各々の室温における充放電特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging characteristic in each of Example 1, 2 and Comparative Example 1, 2 at room temperature.

符号の説明Explanation of symbols

1 1次粒子
2 還元糖の熱分解により生成した炭素
3 2次粒子

1 Primary particle 2 Carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar 3 Secondary particle

Claims (7)

LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)からなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これら1次粒子を還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合してなることを特徴とする電極材料。 Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, D is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn) , B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, one or more selected from the group of rare earth elements, 0 <x <2, 0 <y <1.5, 0 ≦ z < 1.5) An electrode material comprising a plurality of primary particles made of 1.5) to form secondary particles, and the primary particles are joined via carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar. . 前記炭素の含有率は、0.1重量%以上かつ30重量%以下であることを特徴とする請求項1記載の電極材料。   The electrode material according to claim 1, wherein the carbon content is 0.1 wt% or more and 30 wt% or less. LiPO(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5)からなる1次粒子を複数個集合して2次粒子とし、かつ、これら1次粒子を還元糖の熱分解により生成した炭素を介して接合してなる電極材料の製造方法であって、
Li成分と、A成分(但し、AはCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuの群から選択される1種または2種以上)と、D成分(但し、DはMg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y、希土類元素の群から選択される1種または2種以上)と、P成分と、還元糖とを含む溶液または懸濁液を噴霧し、加熱することを特徴とする電極材料の製造方法。
Li x A y D z PO 4 (where A is one or more selected from the group of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, D is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn) , B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, one or more selected from the group of rare earth elements, 0 <x <2, 0 <y <1.5, 0 ≦ z < 1.5) is a method for producing an electrode material in which a plurality of primary particles made of 1.5) are aggregated into secondary particles, and these primary particles are joined via carbon generated by thermal decomposition of reducing sugar. And
Li component, A component (where A is one or more selected from the group of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu) and D component (where D is Mg, Ca, Sr, A solution containing Ba, Ti, Zn, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y, or a rare earth element), a P component, and a reducing sugar A method for producing an electrode material, wherein the suspension is sprayed and heated.
前記A成分は、Feであることを特徴とする請求項3記載の電極材料の製造方法。   The method for producing an electrode material according to claim 3, wherein the component A is Fe. 前記還元糖は、ブドウ糖、果糖、麦芽糖、乳糖の群から選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項3または4記載の電極材料の製造方法。   The method for producing an electrode material according to claim 3 or 4, wherein the reducing sugar is one or more selected from the group consisting of glucose, fructose, maltose and lactose. 前記溶液または懸濁液における前記還元糖の含有率は、前記LiPOに対して0.2重量%以上かつ70重量%以下であることを特徴とする請求項3、4または5記載の電極材料の製造方法。 The content of the reducing sugar in solution or suspension, said Li x A y D z claim 3, 4, characterized in that relative to PO 4 is 0.2 wt% or more and 70 wt% Or the manufacturing method of the electrode material of 5. 請求項1または2記載の電極材料を用いた正電極を備えてなることを特徴とするリチウムイオン電池。

A lithium ion battery comprising a positive electrode using the electrode material according to claim 1.

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