JP2008123823A - Method of manufacturing electrode material, electrode material, and nonaqueous lithium secondary battery using it - Google Patents

Method of manufacturing electrode material, electrode material, and nonaqueous lithium secondary battery using it Download PDF

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麻男 岩田
Ryuji Shiozaki
竜二 塩崎
Satoko Kaneko
聡子 金子
Masahiko Taniguchi
雅彦 谷口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the manufacturing method of an electrode material without the need of a pulverizing process of pulverizing large particles into small particles. <P>SOLUTION: In the manufacturing method of an amorphous vanadium oxide or the like usable as the positive electrode material of a nonaqueous lithium secondary battery, a spray drying method is applied so as not to include a pulverizing process of mechanically pulverizing large particles into small particles. By adopting such a method, both of the pulverizing process and a sieving process needed after the pulverizing process are eliminated, manufacture processes are simplified and manufacture costs are reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はリチウム二次電池の技術に関し、特に、非水系リチウム二次電池及びその正極材料等に適用して有効な技術である。   The present invention relates to a technology of a lithium secondary battery, and is particularly effective when applied to a non-aqueous lithium secondary battery and a positive electrode material thereof.

以下に説明する技術は、本発明を完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。   The technology described below has been studied by the present inventors in completing the present invention, and the outline thereof is as follows.

従来の非水系リチウム二次電池は、正極としてコバルト酸リチウムやマンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウムを用いていた。その容量は、理論的に137mAh/g、148mAh/g、198mAh/gと200mAh/gを越えることはなかった。   Conventional non-aqueous lithium secondary batteries use lithium cobaltate, lithium manganate, or lithium nickelate as the positive electrode. The capacity theoretically did not exceed 137 mAh / g, 148 mAh / g, 198 mAh / g and 200 mAh / g.

そこで、多数の原子価を持ち、高容量のポテンシャルを持つ五酸化バナジウム系材料を、リチウム二次電池の正極材料として使用する検討が進められている。しかし、かかる正極材料にはリチウムイオン供給源が含まれていないため、負極にリチウムイオン供給源を使う必要があり、その用途が一次電池、もしくは非常に電流量の低い二次電池に限られていた。   Thus, studies are underway to use a vanadium pentoxide-based material having a large number of valences and a high capacity potential as a positive electrode material for a lithium secondary battery. However, since the positive electrode material does not include a lithium ion supply source, it is necessary to use a lithium ion supply source for the negative electrode, and its use is limited to a primary battery or a secondary battery with a very low current amount. It was.

さらに結晶性の五酸化バナジウムを正極材料に用いた場合には、高容量を取り出すために低原子価のバナジウムを利用すると、充放電に伴う結晶構造の崩壊が発生し、充放電サイクルの繰り返しによる容量の低下が発生した。   In addition, when crystalline vanadium pentoxide is used for the positive electrode material, if low-valent vanadium is used to extract a high capacity, the crystal structure collapses due to charge / discharge, and the charge / discharge cycle is repeated. A decrease in capacity occurred.

一方、特許文献1には、五酸化バナジウム等の絶縁性の層状化合物の層間に、硫黄含有導電性ポリマー等の有機硫黄材料を挿入することで、層状化合物の結晶構造をある程度固定化して相変態を抑制し得ることが開示されている。かかる構成を採用することで、層状化合物の容量特性を最大限に引き出すのである。   On the other hand, in Patent Document 1, an organic sulfur material such as a sulfur-containing conductive polymer is inserted between layers of an insulating layered compound such as vanadium pentoxide, so that the crystal structure of the layered compound is fixed to some extent and phase transformation is performed. It is disclosed that it can suppress. By adopting such a configuration, the capacity characteristics of the layered compound are maximized.

また、かかる構成では、放電電位範囲を広げる絶縁性(非導電性)の有機硫黄化合物も層間に挿入されているため、例えばメルカプト基のプロトンが負極上で還元されて水素ガスが発生するといった事態が抑制できる等、高サイクル特性をも同時に達成できるとされている。   Further, in such a configuration, an insulating (non-conductive) organic sulfur compound that expands the discharge potential range is also inserted between the layers, so that, for example, a proton of a mercapto group is reduced on the negative electrode to generate hydrogen gas. It is said that high cycle characteristics can be achieved at the same time.

また、特許文献2には、非水系リチウム二次電池用正極活物質の製造方法について、フロー図を示した詳細な開示がある。
特開2005−285376号公報 特開2002−279984号公報
Further, Patent Document 2 has a detailed disclosure showing a flow diagram for a method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery.
JP 2005-285376 A JP 2002-279984 A

前記特許文献1に記載の発明では、実際には、得られる固体には数十μm〜数百μm以上の粗大粒子が混在しており、正極材料として用いるためにはさらなる微紛化が必要である。そのため、かかる方法で大量の活物質を製造するには、反応液からのろ別、乾燥、その後の微紛化、篩い分け等々、複雑な処理工程がどうしても必要となっていた。   In the invention described in Patent Document 1, in practice, coarse particles of several tens of μm to several hundreds of μm or more are mixed in the obtained solid, and further micronization is necessary for use as a positive electrode material. is there. Therefore, in order to produce a large amount of active material by such a method, complicated processing steps such as filtration from the reaction solution, drying, subsequent pulverization, and sieving are inevitably necessary.

また、特許文献2に開示の発明では、湿式混合により形成したスラリーを、噴霧乾燥し、その後さらに焼成し、焼成後に解砕し、篩い分けして正極材用の粉末を製造している。かかる製造方法により、粒径分布が1〜20μmで、最大粒径が50μm以下の正極材用粉末が製造できる旨述べられている。   In the invention disclosed in Patent Document 2, a slurry formed by wet mixing is spray-dried, then further fired, crushed after firing, and sieved to produce a powder for a positive electrode material. It is stated that such a production method can produce a positive electrode material powder having a particle size distribution of 1 to 20 μm and a maximum particle size of 50 μm or less.

特許文献1、2に記載の発明は、確かに優れた発明ではあるが、しかし、電極材料の製造に関しては、いずれの場合も、大きな粒子を小さな粒子に粉砕する機械的な粉砕工程を必要としていた。また、本発明者が提案した前記電極材料も、電極材料の合成後に粉砕工程を経て製造されていた。   The inventions described in Patent Documents 1 and 2 are certainly excellent inventions. However, in the production of electrode materials, in any case, a mechanical crushing process for crushing large particles into small particles is required. It was. Further, the electrode material proposed by the present inventor has also been manufactured through a pulverization step after synthesis of the electrode material.

また、乾燥後に微紛化する際、例えば機械的な粉砕で、長時間、乾式粉砕を実施すると、折角の活物質の結晶構造が変化してしまい、電池充放電特性を低下させてしまう場合も見られた。   In addition, when finely pulverizing after drying, for example, by mechanical pulverization, if dry pulverization is performed for a long time, the crystal structure of the active material at the corner may change, and the battery charge / discharge characteristics may be degraded. It was seen.

本発明者は、先の出願で提案した前記電極材料における製造コストの低減を図る技術的開発を行う中、電極材料の反応系に関わる合成工程の時間短縮は容易には解決できないものの、粉砕工程での時間短縮は図れるのではないかと考えた。かかる粉砕工程は、その後の篩い分けの工程も必要となり、工程的にはかなりの時間を費やしている工程である。   While the present inventor is performing technical development to reduce the manufacturing cost of the electrode material proposed in the previous application, although the time reduction of the synthesis process related to the reaction system of the electrode material cannot be easily solved, the grinding process I thought that it would be possible to shorten the time. Such a pulverization process requires a subsequent sieving process, and is a process in which a considerable amount of time is spent in the process.

本発明の目的は、電極材料の製造に際して粉砕工程の時間短縮を図ることにある。   An object of the present invention is to shorten the time of the pulverization process when manufacturing the electrode material.

本発明の目的は、大きな粒子を小さな粒子に粉砕する粉砕工程を必要としない電極材料の製造方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the manufacturing method of the electrode material which does not require the grinding | pulverization process which grind | pulverizes a large particle into a small particle.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

すなわち、電極材料の活物質の製造に際して、水とのスラリーに、噴霧乾燥法を適用することで、機械的な粉砕工程を省いた。   That is, when the active material of the electrode material is manufactured, the mechanical pulverization step is omitted by applying the spray drying method to the slurry with water.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

本発明では、酸化バナジウム等の電極材料の活物質を有するスラリーを噴霧乾燥法(スプレードライ法とも言う)により乾燥させるため、乾燥後の機械的な粉砕工程を不要とした。そのため、製造工程の簡略化と、工程時間の短縮化と、製造コストの低減化とを図ることができる。   In the present invention, since the slurry having the active material of the electrode material such as vanadium oxide is dried by the spray drying method (also referred to as spray drying method), the mechanical pulverization step after drying is unnecessary. Therefore, the manufacturing process can be simplified, the process time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.

本発明では、上記の如く、酸化バナジウム等の電極材料の活物質を有するスラリーを噴霧乾燥法により乾燥させるため、再粉砕が不要な球状の微粉末となり、所要の密度を有した電極の作成が容易に行える。   In the present invention, as described above, since the slurry having the active material of the electrode material such as vanadium oxide is dried by the spray drying method, it becomes a spherical fine powder that does not require re-grinding, and an electrode having a required density can be produced. Easy to do.

本発明の製造方法で作製された電極材料としての活物質は、一定の平均粒子径を有する球状粒子であるため、電極密度の向上と、電池のエネルギー密度の向上を図ることができる。   Since the active material as the electrode material produced by the production method of the present invention is a spherical particle having a certain average particle diameter, it is possible to improve the electrode density and the energy density of the battery.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明は、電極材料の製造に関する技術である。特に、製造工程中に、大きな粒子を小さな粒子に粉砕する粉砕工程を含まない製造技術である。かかる製造技術について、電極材料として非水系リチウム二次電池の正極材料を例に挙げて、以下説明する。   The present invention is a technique related to the production of an electrode material. In particular, it is a manufacturing technique that does not include a pulverizing step of pulverizing large particles into small particles during the manufacturing process. This manufacturing technique will be described below by taking the positive electrode material of a non-aqueous lithium secondary battery as an example of the electrode material.

上記非水系リチウム二次電池の正極材料の活物質として、広くは、周期律表第V族元素及び第VI族元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素の酸化物を含むものが使用できる。かかる金属酸化物としては、例えば、バナジウム酸化物(酸化バナジウム)、あるいは酸化ニオブを挙げることができる。特に、五酸化バナジウムが好ましい。かかる金属酸化物は、層状結晶構造を保ったままマクロ的にアモルファス化されていても構わない。より詳しくは、図1にこの状態を模式的に示すように、層長L1が1nm以上、30nm以下の範囲に入っていればよい。   As the active material of the positive electrode material of the non-aqueous lithium secondary battery, a material containing an oxide of at least one metal element selected from Group V elements and Group VI elements in the periodic table can be used. Examples of the metal oxide include vanadium oxide (vanadium oxide) and niobium oxide. In particular, vanadium pentoxide is preferable. Such metal oxides may be made macroscopically amorphous while maintaining a layered crystal structure. More specifically, as schematically shown in FIG. 1, the layer length L1 may be in the range of 1 nm or more and 30 nm or less.

かかる層状結晶状態は、層間へのリチウムイオンの出入りという観点から、層状結晶が1nm未満であるとリチウムの挿入、脱離ができず、高容量を取り出すことができない。逆に30nmを超えると充放電に伴う結晶構造の崩壊が起こり、サイクル特性が悪くなる。そこで、層長は、1nm以上30nm以下であることが望ましい。より好ましくは、層長が5nm以上25nm以下であればよい。   In the layered crystal state, from the viewpoint of entering and exiting lithium ions between layers, if the layered crystal is less than 1 nm, lithium cannot be inserted or desorbed, and high capacity cannot be taken out. On the other hand, if it exceeds 30 nm, the crystal structure collapses due to charge / discharge, resulting in poor cycle characteristics. Therefore, the layer length is desirably 1 nm or more and 30 nm or less. More preferably, the layer length may be 5 nm or more and 25 nm or less.

その結果、層間へのリチウムイオンの出入りに関係する経路(パス)が短くなるのである。かかる構成をとることにより、バナジウム酸化物の層間へのリチウムイオンの出入りがし易くなり、放電容量、サイクル特性等が向上するのである。図2に示すように、層長L2が長い状態では、短い層長L1の場合に比べて、リチウムイオンの層間への出入りが行い難いのである。   As a result, the path related to the entry / exit of lithium ions between layers is shortened. By adopting such a configuration, it becomes easy for lithium ions to enter and exit between the vanadium oxide layers, and the discharge capacity, cycle characteristics, and the like are improved. As shown in FIG. 2, in the state where the layer length L2 is long, it is difficult for lithium ions to enter and exit between the layers as compared with the case where the layer length L1 is short.

尚、マクロ的にアモルファス化されているというのは、かかる層状結晶性物質の状態が、nm以下のオーダの観察が行えるミクロ的な視点では、層長が30nm以下の結晶構造のみ、もしくはかかる結晶構造とアモルファス構造とが共存している状態が確認されるが、かかる状態を、nmより大きいμmオーダの観察しか行えないマクロ的な視点から見た場合には、結晶構造がランダムに配列したアモルファス構造が観察される状態を言い、前記層状結晶物質の断面で観測される微細結晶粒の面積率%の上限は限りなく100%に近い値まで有効である。100%の場合には、既に完全なアモルファス状態は存在せず、層状結晶状態のみとなる。層長が1nm以上、30nm以下の層状結晶は、勿論、100%あっても構わない。   Note that macroscopic amorphization means that the state of the layered crystalline substance is only a crystal structure with a layer length of 30 nm or less, or such a crystal, from a microscopic viewpoint where the order of nanometers or less can be observed. It is confirmed that the structure and the amorphous structure coexist, but when this state is viewed from a macro viewpoint that can only observe μm orders larger than nm, the amorphous structure with randomly arranged crystal structures The upper limit of the area ratio% of the fine crystal grains observed in the cross section of the layered crystal substance is effective to a value close to 100%. In the case of 100%, a complete amorphous state does not already exist, and only a layered crystal state is obtained. Of course, the layered crystal having a layer length of 1 nm or more and 30 nm or less may be 100%.

上記の如くアモルファス化された金属酸化物には、リチウムイオンがドープされている。リチウムイオンは、金属酸化物に対し、モル比で0.1〜6の割合でドープされることが好ましい。リチウムイオンのドープ量がモル比で0.1未満であると、ドープ効果が充分に発揮されず、他方リチウムイオンのドープ量が6を超えると、金属酸化物が金属にまで還元されてしまうおそれがあるため好ましくないのである。   The metal oxide made amorphous as described above is doped with lithium ions. The lithium ions are preferably doped at a molar ratio of 0.1 to 6 with respect to the metal oxide. If the doping amount of lithium ions is less than 0.1 in terms of molar ratio, the doping effect is not sufficiently exhibited, and if the doping amount of lithium ions exceeds 6, the metal oxide may be reduced to metal. Therefore, it is not preferable.

尚、本発明では、ドープとは、吸蔵、担持、吸着または挿入を意味し、正極等の電極活物質にリチウムイオンが入る現象を意味する。   In the present invention, dope means occlusion, support, adsorption or insertion, and means a phenomenon in which lithium ions enter an electrode active material such as a positive electrode.

また、上記バナジウム酸化物を合成する際に、硫黄含有導電性ポリマーを活物質に含有させる場合がある。詳細は不明であるが、硫黄含有導電性ポリマーに対応するモノマーが存在している場合、このモノマーが反応系における酸素濃度を制限する役割を果たし、これによりバナジウム酸化物の組成比を一定に保つ効果があると考えられる。しかし、最終生成物の活物質にとっては不純物となるので、それを噴霧乾燥段階で取り除くことによって活物質の性能が向上すると考えられる。   Moreover, when synthesizing the vanadium oxide, a sulfur-containing conductive polymer may be included in the active material. Although details are unknown, when a monomer corresponding to the sulfur-containing conductive polymer is present, this monomer serves to limit the oxygen concentration in the reaction system, thereby keeping the composition ratio of the vanadium oxide constant. It is considered effective. However, since it becomes an impurity for the active material of the final product, it is considered that the performance of the active material is improved by removing it in the spray drying stage.

かかる正極材料として使用される上記活物質は、金属酸化物を、必要に応じて硫黄含有導電性ポリマーに対応するモノマーとともに、水中、水溶性リチウムイオン源の存在下で加熱すれば合成することができる。例えば、加熱還流等すれば、容易に合成することができる。   The active material used as such a positive electrode material can be synthesized by heating a metal oxide together with a monomer corresponding to a sulfur-containing conductive polymer, if necessary, in water in the presence of a water-soluble lithium ion source. it can. For example, it can be easily synthesized by heating under reflux.

上記水溶性リチウムイオン源としては、硫化リチウム、水酸化リチウム、セレン化リチウム、あるいはテルル化リチウム等を使用することができる。かかる群から選ばれた少なくとも1種のリチウム化合物を含むものを用いればよい。   As the water-soluble lithium ion source, lithium sulfide, lithium hydroxide, lithium selenide, lithium telluride, or the like can be used. What contains at least 1 type of lithium compound chosen from this group should just be used.

このようにすれば、水溶性リチウムイオン源は水に溶けてアルカリ性を呈し、このアルカリ性水溶液に、通常結晶性(層状)化合物として入手される酸化バナジウム等の金属酸化物が溶けてアモルファス化する。併せて、このアモルファス化された金属酸化物に、リチウムイオンが取り込まれる。得られた懸濁液を還流後、100〜250℃の温度の乾燥雰囲気下で四流体ノズル等を用いて噴霧する噴霧乾燥法を適用することで、所望の活物質を得ることができる。乾燥雰囲気温度は、100℃以下であると、乾燥が不十分となり、0.1〜20μmサイズの微細な球状の粒子が得られず、250℃以上であると、結晶構造が変化してしまうため、上記範囲内で行うことが好ましい。   In this way, the water-soluble lithium ion source dissolves in water and exhibits alkalinity, and a metal oxide such as vanadium oxide, which is usually obtained as a crystalline (layered) compound, dissolves in the alkaline aqueous solution and becomes amorphous. At the same time, lithium ions are taken into the amorphous metal oxide. A desired active material can be obtained by applying a spray drying method in which the obtained suspension is refluxed and sprayed using a four-fluid nozzle or the like in a dry atmosphere at a temperature of 100 to 250 ° C. When the drying atmosphere temperature is 100 ° C. or lower, drying becomes insufficient, and fine spherical particles having a size of 0.1 to 20 μm cannot be obtained, and when the temperature is 250 ° C. or higher, the crystal structure changes. It is preferable to carry out within the range.

かかる本発明の製造技術を適用する活物質では、含まれる金属酸化物のX線回折パターンは、金属酸化物が回折角2θ=5〜15°の範囲にピークを有している。   In the active material to which the production technique of the present invention is applied, the X-ray diffraction pattern of the contained metal oxide has a peak in the range of the diffraction angle 2θ = 5 to 15 °.

かかる活物質は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のバインダーと、好ましくは導電性粒子と共に混合して正極用の材料とし、これを導電性基体上に塗布すれば正極を作製することができる。かかる塗布層の厚さは、例えば、10〜100μmの厚さを有することが好ましい。   Such an active material can be mixed with a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF), preferably together with conductive particles to form a positive electrode material, which can be coated on a conductive substrate to produce a positive electrode. The thickness of the coating layer is preferably 10 to 100 μm, for example.

また、上記導電性粒子としては、導電性カーボン(ケッチェンブラック等の導電性カーボン等)、銅、鉄、銀、ニッケル、パラジウム、金、白金、インジウム、タングステン等の金属、酸化インジウム、酸化スズ等の導電性金属酸化物等が挙げられる。かかる導電性粒子は、上記金属酸化物の重量の1〜30%の割合で含まれることが好ましい。   The conductive particles include conductive carbon (conductive carbon such as ketjen black), copper, iron, silver, nickel, palladium, gold, platinum, indium, tungsten, and other metals, indium oxide, tin oxide. And the like, and the like. Such conductive particles are preferably contained in a proportion of 1 to 30% of the weight of the metal oxide.

また、正極材料の塗布層を支持する基体(集電体)には、少なくとも正極材料と接する表面において導電性を示す導電性基体が使用される。この基体は、金属、導電性金属酸化物、導電性カーボン等の導電性材料で形成することができる。特に、銅、金、アルミニウムもしくはそれらの合金または導電性カーボンで形成することが好ましい。あるいは、基体には、非導電性材料で形成された基体本体を導電性材料で被覆した構成でも構わない。   For the substrate (current collector) that supports the coating layer of the positive electrode material, a conductive substrate that exhibits conductivity at least on the surface in contact with the positive electrode material is used. This substrate can be formed of a conductive material such as a metal, a conductive metal oxide, or conductive carbon. In particular, it is preferable to form with copper, gold | metal | money, aluminum, those alloys, or conductive carbon. Alternatively, the base may be configured such that a base body formed of a nonconductive material is covered with a conductive material.

かかる非水系リチウム二次電池の正極材料として使用可能な電極材料の活物質は、図3のフロー図に示すように、大きな粒子を小さな粒子に機械的に粉砕する粉砕工程を含まないプロセスで製造可能なことを、本発明者は、今回新たに見出した。   The active material of the electrode material that can be used as the positive electrode material of such a non-aqueous lithium secondary battery is manufactured by a process that does not include a pulverization step that mechanically pulverizes large particles into small particles, as shown in the flow chart of FIG. The present inventor newly found this possibility.

すなわち、図3に示すように、ステップS100で、非水系リチウム二次電池の正極材料用の活物質を合成する。所要の材料を水に混合して、所定時間加熱還流することで合成することができる。   That is, as shown in FIG. 3, in step S100, an active material for the positive electrode material of the non-aqueous lithium secondary battery is synthesized. It can be synthesized by mixing required materials with water and heating to reflux for a predetermined time.

このようにして合成した正極材料用の活物質の懸濁液に、ステップS200で、噴霧乾燥法を適用する。かかる噴霧乾燥法を適用することで、正極材料用の活物質を微細な球状粒子の正極材料粉末とすることができる。かかる正極材料粉末は、水溶性である。   In step S200, the spray drying method is applied to the active material suspension for the positive electrode material thus synthesized. By applying this spray drying method, the active material for the positive electrode material can be made into a fine spherical positive electrode material powder. Such positive electrode material powder is water-soluble.

かかる正極材料粉末が球状粒子であることは、例えば、図4に示すように、走査型電子顕微鏡で観察することができる。また、かかる球状粒子は、噴霧乾燥法を適用することで、例えば図5に示すように、所定の粒度分布の範囲内に当初から収まるため、篩い分けをすることなく正極の製造に使用することができる。   That the positive electrode material powder is a spherical particle can be observed, for example, with a scanning electron microscope as shown in FIG. In addition, since the spherical particles fall within the range of a predetermined particle size distribution by applying a spray drying method, for example, as shown in FIG. Can do.

得られた球状粒子の平均粒子径(D50)は、0.1μm以上、20μm以下である。平均粒子径が0.1μmより小さいと、電極作成時に密着性向上のためにバインダーを多くする必要があり、バインダー量を多くすると抵抗が増大し、エネルギー密度も下がるといった不都合が生じる。20μmより大きいと、活物質の固体内のリチウムイオンの拡散が阻害され、エネルギー密度が低下してしまうという不都合が生じる。 The average particle diameter (D 50 ) of the obtained spherical particles is 0.1 μm or more and 20 μm or less. When the average particle size is smaller than 0.1 μm, it is necessary to increase the binder in order to improve the adhesion at the time of producing the electrode. When the amount of the binder is increased, the resistance increases and the energy density also decreases. If it is larger than 20 μm, the diffusion of lithium ions in the solid of the active material is inhibited, resulting in a disadvantage that the energy density is lowered.

一方、従来の製造方法は、例えば、図6に示すようなフローに従って製造される。すなわち、ステップS100で、本発明の製造方法と同様に、非水系リチウム二次電池の正極材料用の活物質を合成する。所要の材料を水に混合して、所定時間加熱還流することで合成する。   On the other hand, the conventional manufacturing method is manufactured, for example, according to a flow as shown in FIG. That is, in step S100, the active material for the positive electrode material of the non-aqueous lithium secondary battery is synthesized in the same manner as the manufacturing method of the present invention. The required materials are mixed with water and synthesized by heating under reflux for a predetermined time.

このようにして合成した正極材料用の活物質の懸濁液を、ステップS300で、濃縮乾燥固化する。かかるステップS300における濃縮乾燥固化の工程では、粒子が二次凝縮する等して、例えば図7に示すように、平均的粒子径が大きくなっている。   The active material suspension for the positive electrode material thus synthesized is concentrated, dried and solidified in step S300. In the step of concentration, drying and solidification in step S300, the average particle size is increased, for example, as shown in FIG.

そこで、図6に示すステップS400で、ボールミル等を使用して機械的に粉砕する。粉砕した粒子は、その後にステップS500で篩い分けをし、ステップS600で乾燥して正極材料粉末とする。   Therefore, in step S400 shown in FIG. 6, it is mechanically pulverized using a ball mill or the like. The pulverized particles are then sieved in step S500 and dried in step S600 to obtain a positive electrode material powder.

上記製造方法では、ボールミルを使用して機械的に、大きな粒子を小さな粒子に粉砕しているが、かかる粉砕した場合には、例えば図8に示すように、噴霧乾燥法により得られた球状粒子とは全く異質の状況となっていることが走査型電子顕微鏡により確認される。   In the above manufacturing method, large particles are mechanically pulverized into small particles using a ball mill. When such pulverization is performed, spherical particles obtained by spray drying, for example, as shown in FIG. It is confirmed by a scanning electron microscope that the situation is completely different.

因に、先に掲げた特許文献2に記載の発明でも、図9に示すように、工程2の湿式混合の後に、工程3で示す噴霧乾燥を行い、その後に工程4の焼成、それに続く工程5の解砕、工程6の篩い分けを行って正極材粉末の製造を行っている。かかる製造方法では、工程5で、粉砕工程に相当する解砕工程を有している。   Incidentally, also in the invention described in the above-mentioned Patent Document 2, as shown in FIG. 9, after the wet mixing in the step 2, the spray drying shown in the step 3 is performed, and then the firing in the step 4 and the subsequent steps. The positive electrode material powder is manufactured by crushing 5 and sieving in step 6. In this manufacturing method, in step 5, there is a crushing step corresponding to the crushing step.

このように従来の製造方法では、大きな粒子を小さな粒子にする粉砕(あるいは解砕)する工程を必ず必要としていた。しかし、本発明の製造方法では、前記図3のフロー図に示す如く、大きな粒子を小さな粒子にする粉砕工程を設けないので、その後の篩い分け工程も必要なくなり、大幅に工程短縮を図ることができるのである。当然に、生産コストの低減も図ることができるのである。   As described above, in the conventional manufacturing method, a step of pulverizing (or crushing) large particles into small particles is necessarily required. However, in the manufacturing method of the present invention, as shown in the flow chart of FIG. 3, there is no pulverizing step for converting large particles into small particles, so that the subsequent sieving step is not necessary, and the process can be greatly shortened. It can be done. Of course, the production cost can also be reduced.

尚、本明細書で言う「粉砕工程」には、本発明を適用する電極材料の活物質の合成に必要な酸化物等の原料粉砕の工程は含まないものとする。本明細書で言う「粉砕工程」とは、図3、6に示すように、あくまで、活物質の合成後の粉砕工程を指すものとする。   The “grinding step” referred to in this specification does not include a step of grinding raw materials such as oxides necessary for the synthesis of the active material of the electrode material to which the present invention is applied. As shown in FIGS. 3 and 6, the “pulverization step” in the present specification refers to the pulverization step after the synthesis of the active material to the last.

かかる活物質を用いて正極を形成することで、非水系リチウム二次電池を構成することができる。非水系リチウム二次電池は、上記正極と、負極と、上記正極と負極の間に配置された電解質層を備えた構成を有している。   By forming a positive electrode using such an active material, a non-aqueous lithium secondary battery can be configured. The non-aqueous lithium secondary battery has a configuration including the positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode.

かかる構成の非水系リチウム二次電池において、負極は、通常使用されているリチウム系材料で形成することができる。かかるリチウム系材料としては、金属リチウムやリチウム合金(例えばLi-Al合金)のようなリチウム系金属材料、スズやケイ素のような金属とリチウム金属との金属間化合物材料、窒化リチウムのようなリチウム化合物、またはリチウムインターカレーション炭素材料を挙げることができる。   In the non-aqueous lithium secondary battery having such a configuration, the negative electrode can be formed of a commonly used lithium-based material. Such lithium-based materials include lithium-based metal materials such as metallic lithium and lithium alloys (for example, Li-Al alloys), intermetallic compound materials of metals such as tin and silicon and lithium metals, and lithium such as lithium nitride. A compound or a lithium intercalation carbon material can be mentioned.

また、電解質としては、CF3SO3Li、C4F9SO8Li、(CF3SO2)2NLi、(CF3SO2)3CLi、LiBF4、LiPF6、LiClO4等のリチウム塩を使用することができる。かかる電解質を溶解する溶媒は非水系溶媒である。 As electrolytes, lithium salts such as CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 8 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4, etc. Can be used. The solvent that dissolves the electrolyte is a non-aqueous solvent.

非水系溶媒としては、鎖状カーボネート、環状カーボネート、環状エステル、ニトリル化合物、酸無水物、アミド化合物、ホスフェート化合物、アミン化合物等が挙げられる。非水系溶媒の具体例を挙げると、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、n−メチルピロリジノン、N,N’−ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、あるいはプロピレンカーボネートとジメトキシエタンとの混合物、スルホランとテトラヒドロフランとの混合物等である。   Examples of non-aqueous solvents include chain carbonates, cyclic carbonates, cyclic esters, nitrile compounds, acid anhydrides, amide compounds, phosphate compounds, amine compounds, and the like. Specific examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, n-methylpyrrolidinone, N, N′-dimethylacetamide, acetonitrile, or propylene carbonate and dimethoxyethane. And a mixture of sulfolane and tetrahydrofuran.

正極と負極との問に介挿される電解質層としては、上記電解質の非水系溶媒中の溶液であってもよいし、この電解質溶液を含むポリマーゲル(ポリマーゲル電解質)であってもよい。   The electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode may be a solution of the above electrolyte in a non-aqueous solvent or a polymer gel (polymer gel electrolyte) containing this electrolyte solution.

かかる構成を有したリチウム二次電池の構成としては、例えば、図10に示す非水系リチウム二次電池の構成を挙げることができる。   As a configuration of the lithium secondary battery having such a configuration, for example, the configuration of a non-aqueous lithium secondary battery shown in FIG. 10 can be given.

すなわち、非水系リチウム二次電池10は、正極1と、負極2とが電解質層3を介して対峙させられている。正極1は、所定量の層状結晶構造を有した正極活物質1aと、集電体として機能する基体1bとから構成されている。基体1b面には、図10に示すように、正極活物質1aの層が設けられている。   That is, in the nonaqueous lithium secondary battery 10, the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are opposed to each other through the electrolyte layer 3. The positive electrode 1 is composed of a positive electrode active material 1a having a predetermined amount of a layered crystal structure and a base 1b that functions as a current collector. As shown in FIG. 10, a layer of the positive electrode active material 1a is provided on the surface of the base 1b.

同様に、負極2は、負極活物質2aと、集電体としての基体2bから構成され、基体2b面には、負極活物質2aの層が設けられている。かかる正極1と負極2とは、互いに電解質層3を間に挟んで対向させられている。   Similarly, the negative electrode 2 includes a negative electrode active material 2a and a base 2b as a current collector, and a layer of the negative electrode active material 2a is provided on the surface of the base 2b. The positive electrode 1 and the negative electrode 2 are opposed to each other with the electrolyte layer 3 interposed therebetween.

次に、上記実施形態で説明した本発明を、以下の実施例にてさらに詳細に説明する。   Next, the present invention described in the above embodiment will be described in more detail in the following examples.

(実施例1)
正極材料用の活物質の合成には、先ず、図3に示すステップS100で、酸化バナジウム(V2O5)2gと半モル量の硫化リチウム(Li2S)0.3g と3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)0.3gとを、水50ml中に懸濁する。かかる懸濁液を、12時間加熱還流した。
(Example 1)
In the synthesis of the active material for the positive electrode material, first, in step S100 shown in FIG. 3, 2 g of vanadium oxide (V 2 O 5 ), 0.3 g of a half molar amount of lithium sulfide (Li 2 S) and 3,4-ethylene are used. Suspend 0.3 g of dioxythiophene (EDOT) in 50 ml of water. The suspension was heated to reflux for 12 hours.

その後、ステップS200で、還流した懸濁液を還流後、130℃の温度の乾燥雰囲気下で四流体ノズルを用いた噴霧乾燥法を適用した。噴霧乾燥法を適用することで、黒色の乾燥固体の微粉末粒子が得られた。かかる黒色粉末の粒度分布は、レーザー回折散乱粒度分布計で計測すると、図5に示すように、約0.2μm〜約5μmの範囲に入った細かな粒度を有していることが分かった。D50=0.84μmであった。 Thereafter, in step S200, the refluxed suspension was refluxed, and a spray drying method using a four-fluid nozzle was applied in a drying atmosphere at a temperature of 130 ° C. By applying the spray drying method, fine powder particles of a black dry solid were obtained. When the particle size distribution of such a black powder was measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution meter, it was found that it had a fine particle size in the range of about 0.2 μm to about 5 μm, as shown in FIG. D 50 = 0.84 μm.

また、かかる粒子は、前掲の図4に示すように、走査型電子顕微鏡で球状粒子であることが確認された。さらに、透過型電子顕微鏡で、得られた黒色粉末を観察したところ、層長が5nm以上、25nm以下の層状構造を持つ微細結晶粒の集合体が面積率で99%得られていることが確認された。   Further, as shown in FIG. 4 described above, it was confirmed that the particles were spherical particles by a scanning electron microscope. Furthermore, when the obtained black powder was observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that 99% of the aggregate of fine crystal grains having a layered structure with a layer length of 5 nm or more and 25 nm or less was obtained in area ratio. It was done.

また、かかる粉末微粒子をX線結晶回析すると、図11のaで示すように、2θ=10°付近にピークが観察された。因に、かかる粉末微粒子を、250℃で12時間真空乾燥すると、図11のbで示すように結晶粒が30nmを超え、再び結晶化することも確認された。   Further, when X-ray crystal diffraction of such fine powder particles, a peak was observed in the vicinity of 2θ = 10 ° as shown by a in FIG. Incidentally, it was also confirmed that when such fine powder particles were vacuum-dried at 250 ° C. for 12 hours, the crystal grains exceeded 30 nm as shown in FIG.

このようにして製造された黒色の微粉末の活物質からなる正極材料粉末を用いて正極を形成し、かかる活物質の正極材料としての使用可能性を検討した。すなわち、かかる黒色の微粉末材料を、導電性カーボンブラック7重量%、PVDFを含むバインダー5重量%と混合し、溶媒としてN-メチルピロリドン(NMP)を用いてスラリーにした。その後、かかるスラリーを、集電体として使用する導電性基体のAl箔上にドクターブレード法によってコーティングして正極を作製した。   The positive electrode material powder made of the black fine powder active material thus produced was used to form a positive electrode, and the possibility of using the active material as a positive electrode material was examined. That is, such a black fine powder material was mixed with 7% by weight of conductive carbon black and 5% by weight of a binder containing PVDF, and slurried using N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent. Thereafter, the slurry was coated on a conductive substrate Al foil used as a current collector by a doctor blade method to produce a positive electrode.

作成した正極の電極密度は、1.4g/cm3(g/cc)であった。かかる電極密度の正極を用い、電解液に1MのLiBF4をEC:DEC=1:3の混合溶媒に溶解したものを用いて、リチウムイオンを予め担持したカーボン負極を使用して、リチウム二次電池を組み立てた。かかるリチウム二次電池を、0.1C放電にて充放電評価に供した結果を、図12の実施例1の実線で示す。 The electrode density of the prepared positive electrode was 1.4 g / cm 3 (g / cc). Using a positive electrode having such an electrode density, using a carbon negative electrode preloaded with lithium ions, using 1M LiBF 4 dissolved in a mixed solvent of EC: DEC = 1: 3 as an electrolyte, a lithium secondary I assembled the battery. The result of subjecting this lithium secondary battery to charge / discharge evaluation at 0.1 C discharge is shown by the solid line in Example 1 of FIG.

(実施例2)
本実施例では、上記実施例1の硫化リチウムに代わり水酸化リチウムを用いて、正極材料用の活物質を構成した。すなわち、酸化バナジウム(V2O5)2gと半モル量の水酸化リチウム(LiOH)0.1gと3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)0.3gとを、水50ml中に懸濁する。懸濁液作成後は、実施例1と同様に、図3に示すフロー図に従って正極材料粉末を製造した。
(Example 2)
In this example, the active material for the positive electrode material was configured using lithium hydroxide instead of lithium sulfide of Example 1 above. That is, 2 g of vanadium oxide (V 2 O 5 ), 0.1 g of a half molar amount of lithium hydroxide (LiOH) and 0.3 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) are suspended in 50 ml of water. After the suspension was prepared, positive electrode material powder was produced in the same manner as in Example 1 according to the flowchart shown in FIG.

このようにして実施例2でも、実施例1と同様に、正極材料として使用可能な黒色の微粉末が得られた。かかる微粉末は、特には図で示さないが、前記図4と同様な球状粒子を有し、図5と同様な粒度分布を有し、図11のaに示すような構造をもつ層状の微細結晶粒であることが確認された。さらに、透過型電子顕微鏡で、得られた黒色粉末を観察したところ、層長が5nm以上、25nm以下の層状構造を持つ微細結晶粒の集合体が面積率で99%得られていることが確認された。   Thus, in Example 2 as well as Example 1, a black fine powder that can be used as the positive electrode material was obtained. Such fine powder is not particularly shown in the figure, but has the same spherical particles as in FIG. 4, has the same particle size distribution as in FIG. 5, and has a structure as shown in FIG. It was confirmed to be a crystal grain. Furthermore, when the obtained black powder was observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that 99% of aggregates of fine crystal grains having a layered structure with a layer length of 5 nm or more and 25 nm or less were obtained in area ratio. It was done.

かかる黒色の微粉末からなる正極材料粉末を使用して正極を形成した。正極の形成は、実施例1と同様にして行い、リチウムイオンを予め担持させたカーボン負極を用いてリチウム二次電池を組み、0.1C放電にて充放電評価を行った。因に、電極密度は1.4g/cm3(g/cc)であった。その結果を、図12の実施例2の破線で示す。 A positive electrode material powder composed of such black fine powder was used to form a positive electrode. Formation of the positive electrode was performed in the same manner as in Example 1, and a lithium secondary battery was assembled using a carbon negative electrode on which lithium ions were previously supported, and charge / discharge evaluation was performed at 0.1 C discharge. Incidentally, the electrode density was 1.4 g / cm 3 (g / cc). The result is shown by the broken line in Example 2 in FIG.

(実施例3)
本実施例では、実施例1の合成溶液濃度を変更して正極材料用の活物質を構成した。すなわち、酸化バナジウム(V2O5)2gと半モル量の硫化リチウム(Li2S)0.3g と3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)0.3gとを、水25ml中に懸濁する。かかる懸濁液を、12時間加熱還流した。
(Example 3)
In this example, the active material for the positive electrode material was configured by changing the concentration of the synthesis solution in Example 1. That is, 2 g of vanadium oxide (V 2 O 5 ), 0.3 g of a half molar amount of lithium sulfide (Li 2 S) and 0.3 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) are suspended in 25 ml of water. The suspension was heated to reflux for 12 hours.

その後、図3に示すステップS200で、還流した懸濁液に、噴霧乾燥法を適用した。噴霧乾燥法を適用することで、黒色の乾燥固体の微粉末粒子が得られた。かかる黒色粉末の粒度分布は、レーザー回折散乱粒度分布計で計測すると、図13に示すように、D50=19.6μmであった。この粉末を用いて同様に正極を作製し、充放電評価を供した結果を図14に示す。またこの作製した正極の電極密度は、1.3g/cm3(g/cc)であった。 Thereafter, in step S200 shown in FIG. 3, the spray drying method was applied to the refluxed suspension. By applying the spray drying method, fine powder particles of a black dry solid were obtained. When the particle size distribution of the black powder was measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution meter, as shown in FIG. 13, D 50 = 19.6 μm. The result of having produced a positive electrode similarly using this powder and having performed charging / discharging evaluation is shown in FIG. The electrode density of the produced positive electrode was 1.3 g / cm 3 (g / cc).

(実施例4)
本実施例では、実施例1の合成溶液濃度を変更して正極材料用の活物質を構成した。すなわち、酸化バナジウム(V2O5)2gと半モル量の硫化リチウム(Li2S)0.3g と3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)0.3gとを、水100ml中に懸濁する。かかる懸濁液を、12時間加熱還流した。
Example 4
In this example, the active material for the positive electrode material was configured by changing the concentration of the synthesis solution in Example 1. That is, 2 g of vanadium oxide (V 2 O 5 ), 0.3 g of a half molar amount of lithium sulfide (Li 2 S) and 0.3 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) are suspended in 100 ml of water. The suspension was heated to reflux for 12 hours.

その後、図3に示すステップS200で、還流した懸濁液に、噴霧乾燥法を適用した。噴霧乾燥法を適用することで、黒色の乾燥固体の微粉末粒子が得られた。かかる黒色粉末の粒度分布は、同様にレーザー回折散乱粒度分布計で計測すると、D50=0.1μmであった。この粉末を用いて同様に正極を作製し、充放電評価を供した結果を図14に示す。またこの作製した正極の電極密度は、1.5g/cm3(g/cc)であった。 Thereafter, in step S200 shown in FIG. 3, the spray drying method was applied to the refluxed suspension. By applying the spray drying method, fine powder particles of a black dry solid were obtained. When the particle size distribution of the black powder was similarly measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer, D 50 = 0.1 μm. The result of having produced a positive electrode similarly using this powder and having performed charging / discharging evaluation is shown in FIG. The electrode density of the produced positive electrode was 1.5 g / cm 3 (g / cc).

(比較例1)
比較例1では、実施例1と同様に、正極材料用の活物質の合成として、図6に示すように、ステップS100で、酸化バナジウム(V2O5)2gと半モル量の硫化リチウム(Li2S)0.3g と3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)0.3gとを、水50ml中に懸濁して合成した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, as in Example 1, as shown in FIG. 6, synthesis of an active material for the positive electrode material was performed in step S100 with 2 g of vanadium oxide (V 2 O 5 ) and a half molar amount of lithium sulfide ( Li 2 S) 0.3 g and 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) 0.3 g were suspended in 50 ml of water and synthesized.

かかる懸濁液を、ステップS300で、75℃、10.67kPaの減圧濃縮条件にて濃縮乾燥固化した。その後、ステップS400で20分間乾式ボールミルで粉砕した。かかる機械的粉砕で得られた活物質の粒度分布は、前掲の図7に示すように、約3μm〜約50μmの範囲であった。D50=22μmであった。本発明を適用した実施例1の場合よりも、約一桁程度大きいことが分かる。 In step S300, the suspension was concentrated and dried and solidified under reduced pressure concentration conditions of 75 ° C. and 10.67 kPa. Then, it grind | pulverized with the dry-type ball mill for 20 minutes by step S400. The particle size distribution of the active material obtained by such mechanical pulverization was in the range of about 3 μm to about 50 μm, as shown in FIG. D 50 = 22 μm. It can be seen that it is about an order of magnitude larger than that of the first embodiment to which the present invention is applied.

その後、ステップS500の篩い分け、ステップS600の乾燥工程を経て、黒色の微粉末を得た。このようにして得られた黒色微粉末について、走査型電子顕微鏡で観察すると、その結果は前掲の図8に示すように、非球状であることが分かった。   Then, the fine powder of black was obtained through the sieving of step S500 and the drying process of step S600. When the black fine powder thus obtained was observed with a scanning electron microscope, it was found that the result was non-spherical as shown in FIG.

かかる黒色微粉末状の活物質からなる正極材料粉末を用いて、導電性カーボンブラック7重量%、PVDFを含むバインダー5重量%とを混合し、溶媒としてN-メチルピロリドン(NMP)を用いてスラリーにした。かかるスラリーを、集電体のAl箔上にドクターブレード法によってコーティングして正極を作製した。   Using a positive electrode material powder made of such a black fine powdery active material, 7% by weight of conductive carbon black and 5% by weight of a binder containing PVDF are mixed, and a slurry using N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent is mixed. I made it. This slurry was coated on the Al foil of the current collector by the doctor blade method to produce a positive electrode.

作成した正極の電極密度は、1.2g/cm3(g/cc)であった。かかる電極密度の正極を用い、電解液に1MのLiBF4をEC:DEC=1:3の混合溶媒に溶解したものを用いて、リチウムイオンを予め担持したカーボン負極を使用して、実施例1と同様にして、リチウム二次電池を組み立てた。かかるリチウム二次電池を、0.1C、0.2C放電にて充放電評価を行った。 The electrode density of the prepared positive electrode was 1.2 g / cm 3 (g / cc). Example 1 Using a positive electrode having such an electrode density, using a carbon negative electrode preliminarily supported with lithium ions, using 1M LiBF 4 dissolved in a mixed solvent of EC: DEC = 1: 3 as an electrolytic solution. In the same manner, a lithium secondary battery was assembled. The lithium secondary battery was evaluated for charge and discharge at 0.1 C and 0.2 C discharges.

かかる評価を、放電容量として図14に、実施例1〜4の結果と共に示した。図14に示すように、放電容量(Wh/kg-活物質)は、0.1Cの場合には比較例1では実施例1の約14%減、0.2Cの場合には比較例2では実施例1の約23%減であり、本発明の製造方法で製造された活物質を正極材料に使用した場合の方が優れていることが確認された。また、図15には、初期の放電特性について、実施例1と比較例1とを併せて示した。   Such evaluation is shown in FIG. 14 together with the results of Examples 1 to 4 as discharge capacity. As shown in FIG. 14, the discharge capacity (Wh / kg-active material) is about 14% lower than that of Example 1 in Comparative Example 1 in the case of 0.1C, and in Example of Comparative Example 2 in the case of 0.2C. It was confirmed that the active material produced by the production method of the present invention was superior to the positive electrode material. FIG. 15 also shows Example 1 and Comparative Example 1 together with respect to the initial discharge characteristics.

(比較例2)
比較例2では、比較例1の正極材料の製造工程における図6のステップS400で、粉砕時間を20分から1時間に延長して、より微粉化するようにした場合である。しかし、かかる機械的粉砕工程を長くすることによって、結晶構造が変化してしまうことが確認された。例えば、図16に示すように比較例1と同様な結果となる。図16では、参照として、バナジン酸リチウムのX線回析による結果も併せて示した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the pulverization time is extended from 20 minutes to 1 hour in Step S400 of FIG. 6 in the manufacturing process of the positive electrode material of Comparative Example 1, thereby further pulverizing. However, it has been confirmed that the crystal structure is changed by lengthening the mechanical pulverization step. For example, as shown in FIG. In FIG. 16, the result by the X-ray diffraction of lithium vanadate is also shown as a reference.

本発明の製造方法を適用する正極材料として使用可能な電極材料の活物質では、好ましくは部分的にアモルファス化されているため、比較例2のように、粉砕工程を延長することで、かかるアモルファス化の構造が変化してしまい、かかる250℃以上の温度で製造された活物質は特性的に使用することができないものとなることが分かった。   Since the active material of the electrode material that can be used as the positive electrode material to which the manufacturing method of the present invention is applied is preferably partially amorphousized, the amorphous material can be obtained by extending the pulverization step as in Comparative Example 2. It has been found that the active material produced at such a temperature of 250 ° C. or higher cannot be used characteristically.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態、実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態、実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and does not depart from the spirit of the invention. It goes without saying that various changes can be made.

本発明は、リチウム二次電池の正極材料の分野で特に有効に利用することができる。   The present invention can be used particularly effectively in the field of positive electrode materials for lithium secondary batteries.

本発明の層長の短い層状結晶構造を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the layered crystal structure with a short layer length of this invention. 本発明とは異なる層長の長い層状結晶構造を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the layered crystal structure with a long layer length different from this invention. 本発明の一実施の形態である製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の製造方法で製造された正極材料の走査型電子顕微鏡による図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph with the scanning electron microscope of the positive electrode material manufactured with the manufacturing method of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の製造方法で製造された正極材料の粒度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the particle size distribution of the positive electrode material manufactured with the manufacturing method of one embodiment of this invention. 機械的粉砕工程を有する正極材料の製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the positive electrode material which has a mechanical grinding | pulverization process. 機械的粉砕工程を有する製造方法で製造された正極材料の粒度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the particle size distribution of the positive electrode material manufactured with the manufacturing method which has a mechanical crushing process. 機械的粉砕工程により粉砕された正極材料の走査型電子顕微鏡による図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph of the positive electrode material pulverized by the mechanical pulverization process using a scanning electron microscope. 従来例の正極材料の製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the positive electrode material of a prior art example. 本発明の適用が図れる非水系リチウム二次電池の概要構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a non-aqueous lithium secondary battery to which the present invention can be applied. 本発明の製造方法により製造された正極材料と、さらに250℃の真空乾燥を行った場合の正極材料とのX線回析の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the X-ray diffraction of the positive electrode material manufactured by the manufacturing method of this invention, and the positive electrode material at the time of vacuum-drying further at 250 degreeC. 本発明における実施例の充放電特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the charging / discharging characteristic of the Example in this invention. 本発明における一実施例の製造方法で製造された正極材料の粒度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the particle size distribution of the positive electrode material manufactured with the manufacturing method of one Example in this invention. 本発明における実施例と、比較例との放電容量の比較を表形式で示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the comparison of the discharge capacity of the Example in this invention, and a comparative example with a table form. 本発明における実施例と、比較例との初期の放電特性を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the initial stage discharge characteristic of the Example in this invention, and a comparative example. 従来の製造方法における粉砕工程時間を延長した場合における変化した結晶構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the crystal structure which changed when the grinding | pulverization process time in the conventional manufacturing method was extended.

符号の説明Explanation of symbols

10 非水系リチウム二次電池
1 正極
1a 正極活物質
1b 基体(集電体)
2 負極
2a 負極活物質
2b 基体(集電体)
3 電解質層
L1 層長
L2 層長
10 Nonaqueous lithium secondary battery 1 Positive electrode 1a Positive electrode active material 1b Base (current collector)
2 Negative electrode 2a Negative electrode active material 2b Substrate (current collector)
3 Electrolyte layer
L1 layer length
L2 layer length

Claims (12)

電極材料の製造方法であって、
周期律表第V族元素及び第VI族元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素の酸化物とリチウム化合物とを有する懸濁液に、大きな粒子を小さな粒子に粉砕する粉砕工程を用いることなく、噴霧乾燥法を適用して電極材料を製造することを特徴とする電極材料の製造方法。
A method for producing an electrode material,
Without using a pulverization step of pulverizing large particles into small particles in a suspension having an oxide of at least one metal element selected from Group V elements and Group VI elements of the periodic table and a lithium compound, An electrode material is produced by applying a spray drying method.
電極材料の製造方法であって、
周期律表第V族元素及び第VI族元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素の酸化物と、リチウム化合物と、硫黄含有有機物とを有する懸濁液に、噴霧乾燥法を適用して電極材料を製造することを特徴とする電極材料の製造方法。
A method for producing an electrode material,
An electrode material by applying a spray drying method to a suspension having an oxide of at least one metal element selected from Group V and Group VI elements of the periodic table, a lithium compound, and a sulfur-containing organic substance A method for producing an electrode material, characterized by comprising:
請求項1または2記載の電極材料の製造方法において、
前記金属元素の酸化物とは、バナジウム酸化物であることを特徴とする電極材料の製造方法。
In the manufacturing method of the electrode material of Claim 1 or 2,
The method for producing an electrode material, wherein the metal element oxide is vanadium oxide.
リチウムイオンがドープされたバナジウム酸化物を有する電極材料であって、
平均粒子径(D50)が0.1μm以上、20μm以下の水溶性であることを特徴とする電極材料。
An electrode material having vanadium oxide doped with lithium ions,
An electrode material characterized by being water-soluble having an average particle size (D 50 ) of 0.1 μm or more and 20 μm or less.
請求項4記載の電極材料において、
前記バナジウム酸化物は、微細結晶粒が0を含まない30nm以下の層長を有する層状結晶状態を有することを特徴とする電極材料。
The electrode material according to claim 4, wherein
The electrode material characterized in that the vanadium oxide has a layered crystal state in which fine crystal grains do not contain 0 and have a layer length of 30 nm or less.
請求項4または5記載の電極材料において、
前記バナジウム酸化物は、前記層状結晶性状態を部分的にアモルファス化して、層長が0を含まない30nm以下の微細結晶が前記層状結晶性物質に含まれるようにすることを特徴とする電極材料。
The electrode material according to claim 4 or 5,
The vanadium oxide is a material in which the layered crystalline state is partially amorphized so that a fine crystal having a layer length of 30 nm or less not including 0 is included in the layered crystalline material. .
請求項6に記載の電極材料において、
前記部分的にアモルファス化するとは、アモルファス状態と、微細結晶粒の層長が0を含まない30nm以下の層状結晶状態とが混在するようにすることを特徴とする電極材料。
The electrode material according to claim 6,
The partial amorphization means an electrode material characterized in that an amorphous state and a layered crystal state of fine crystal grains having a layer length of 30 nm or less not containing 0 are mixed.
請求項5〜7のいずれか1項に記載の電極材料において、
微細結晶粒が1nm以上30nm以下の層長を有する前記層状結晶状態は、前記層状結晶物質の断面で観測される微細結晶粒の面積率が30%以上であることを特徴とする電極材料。
The electrode material according to any one of claims 5 to 7,
The electrode material characterized in that in the layered crystal state in which the fine crystal grains have a layer length of 1 nm or more and 30 nm or less, the area ratio of the fine crystal grains observed in the cross section of the layered crystal substance is 30% or more.
請求項5〜8のいずれか1項に記載の電極材料において、
前記層状結晶状態は、250℃以上の温度で、前記微細結晶粒が30nmを超えることを特徴とする電極材料。
The electrode material according to any one of claims 5 to 8,
The electrode material, wherein the layered crystal state is at a temperature of 250 ° C. or higher and the fine crystal grains exceed 30 nm.
請求項1〜9のいずれか1項に記載の電極材料において、
前記電極材料を用いた正極の電極密度が、1.3 g/cm3以上、2.5g/cm3以下であることを特徴とする電極材料。
The electrode material according to any one of claims 1 to 9,
An electrode material, wherein an electrode density of a positive electrode using the electrode material is 1.3 g / cm 3 or more and 2.5 g / cm 3 or less.
請求項4〜10のいずれか1項に記載の電極材料において、
前記バナジウム酸化物は、硫黄含有導電性ポリマーと、水溶性リチウムイオン源との存在下で加熱させられ、
前記加熱させられたバナジウム酸化物は、X線回折パターンの回折角2θが5〜15°の範囲にピークを有し、球状粒子であることを特徴とする電極材料。
In the electrode material according to any one of claims 4 to 10,
The vanadium oxide is heated in the presence of a sulfur-containing conductive polymer and a water-soluble lithium ion source,
The heated vanadium oxide is an electrode material characterized in that the diffraction angle 2θ of the X-ray diffraction pattern has a peak in a range of 5 to 15 ° and is a spherical particle.
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置された非水系電解
質層を備えた非水系リチウム二次電池であって、
前記正極は、導電性基体に形成された請求項4〜11のいずれか1項
に記載の電極材料層を有することを特徴とする非水系リチウム二次電池。
A non-aqueous lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The non-aqueous lithium secondary battery, wherein the positive electrode has the electrode material layer according to any one of claims 4 to 11 formed on a conductive substrate.
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