JP2008300188A - Manufacturing method of electrode material, electrode material, and non-aqueous system lithium-ion secondary battery - Google Patents

Manufacturing method of electrode material, electrode material, and non-aqueous system lithium-ion secondary battery Download PDF

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聡子 金子
Masahiko Taniguchi
雅彦 谷口
Nobuo Ando
信雄 安東
Ryuji Shiozaki
竜二 塩崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of reducing as much as possible a residual sulfur content in an electrode material. <P>SOLUTION: When composing an active material such as vanadium oxide in which lithium ion is doped, a lithium compound which does not contain sulfur is used in place of lithium sulfide as a conventional lithium ion source. By using such substance as the lithium ion source, compared with the conventional case of using lithium sulfide, the sulfur residue is reduced and improvement in characteristics such as capacity characteristics can be realized. Other than lithium azide, for example, lithium amide, lithium cyanide, and lithium cyanate etc. may be used. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はリチウムイオン二次電池等の電池技術に関し、特にバナジウム酸化物を活物質として使用する際の残存硫黄分の低減を目的として、リチウムイオン源に硫黄を含まない化合物を使用した場合に適用して有効な技術である。   The present invention relates to a battery technology such as a lithium ion secondary battery, and in particular, when a compound containing no sulfur is used as a lithium ion source for the purpose of reducing the residual sulfur content when using vanadium oxide as an active material. It is an effective technology.

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イオン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おり容量は理論的に137mAh/g、148mAh/g、198mAh/gと200mAh/gを越えることはなかった。   Conventional non-aqueous lithium ion secondary batteries use lithium cobaltate, lithium manganate, or lithium nickelate as the positive electrode, and the capacity should theoretically exceed 137 mAh / g, 148 mAh / g, 198 mAh / g, and 200 mAh / g. There was no.

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材料の電池への適用が進められている。しかし、かかる材料にはリチウムイオンが含まれていないために、負極にリチウム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。   Therefore, the application of vanadium pentoxide materials having a large number of valences and a high capacity potential to batteries has been promoted. However, since such a material does not contain lithium ions, it is necessary to use lithium for the negative electrode, and its use is limited to a primary battery or a secondary battery with a very low current amount.

さらに結晶性の五酸化バナジウムを正極材料にして用いた際には、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するため、充放電サイクルを繰り返すことによる容量の低下が問題となっていた。   Furthermore, when crystalline vanadium pentoxide is used as the positive electrode material, the use of low-valence vanadium to extract high capacity causes the crystal structure to collapse with charge / discharge, so the charge / discharge cycle is repeated. The problem is a decrease in capacity.

これを解決するために、特許文献1には、結晶構造を有機硫黄材料等でアモルファス化する方法が提案されている。また、かかる発明では、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記載されている。かかる方法により、層状化合物の容量特性を最大限に引き出すことができる旨述べられている。   In order to solve this, Patent Document 1 proposes a method of making a crystal structure amorphous with an organic sulfur material or the like. Moreover, in this invention, by inserting an organic sulfur material such as a sulfur-containing conductive polymer between layers of an insulating layered compound such as vanadium pentoxide, the crystal structure of the layered compound is fixed to some extent to suppress phase transformation. It is described that it can. It is stated that the capacity characteristics of the layered compound can be maximized by such a method.

さらに、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おり、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。
特開2005−285376号公報
Further, in such a configuration, an insulating (non-conductive) organic sulfur compound that expands the discharge potential range is also inserted between the layers. For example, a situation in which protons of a mercapto group are reduced on the negative electrode to generate hydrogen gas. It is said that high cycle characteristics can be achieved at the same time.
JP 2005-285376 A

本発明者は、層長の短い微細結晶粒を所定の割合で含む新規な層状結晶性物質である五酸化バナジウム等のバナジウム酸化物を、正極の活物質として使用することで、リチウムイオン二次電池の特性改善を著しく向上させることを見出し、先に出願を行った。   The inventor of the present invention uses a vanadium oxide such as vanadium pentoxide, which is a novel layered crystalline material containing fine crystal grains having a short layer length at a predetermined ratio, as a positive electrode active material, thereby providing a lithium ion secondary material. The inventors have found that the improvement of battery characteristics is remarkably improved and filed an application earlier.

かかる微細結晶粒を所定の割合で含む層状結晶性物質を活物質に用いて、さらなるリチウムイオン二次電池の特性改善を図る中、活物質の層状結晶性物質に硫黄残分が混入していると、充放電サイクル、あるいは容量の低下を来し、さらには材料特性のバラツキの原因をも引き起すことを見出した。   While a layered crystalline material containing such fine crystal grains in a predetermined ratio is used as an active material to further improve the characteristics of the lithium ion secondary battery, sulfur residue is mixed in the layered crystalline material of the active material. It has been found that the charging / discharging cycle or the capacity is lowered, and further, the cause of the variation in the material characteristics is caused.

このように硫黄残分の多寡が、折角の新規な層状結晶性物質の効果を半減させることにつながるため、本発明者は、かかる電極活物質として使用される層状結晶性物質中の硫黄残分を減らす技術の開発が必要と考えた。   Thus, since the amount of sulfur residue leads to halving the effect of the novel layered crystalline material, the present inventor has determined that the sulfur residue in the layered crystalline material used as such an electrode active material. I thought it was necessary to develop technology to reduce the risk.

本発明の目的は、電極材料における硫黄残分の量を極力低減できる技術を提供することにある。   The objective of this invention is providing the technique which can reduce the quantity of the sulfur residue in an electrode material as much as possible.

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.

尚、本発明は、製造される活物質中における硫黄残分の多寡を問題として、その硫黄残分の効果的な除去を行うことを目的とした発明であるが、現状では、かかる硫黄残分の実体については、その詳細が明らかとなっていない。   Incidentally, the present invention is an invention aimed at effectively removing the sulfur residue, taking into account the amount of sulfur residue in the active material to be produced. The details of the entity are not clear.

すなわち、初期容量やサイクル特性等を低下させる硫黄分が、単体の硫黄なのか、あるいは硫黄化合物なのか、あるいは硫黄原子を含む分子式で表される化合物なのか等は、調査中ではあるが、正直いまだその詳細は明らかとはなっていない。そこで、初期容量やサイクル特性等を低下させる硫黄分を、本明細書では、「硫黄残分」と表現することにした。しかし、分析で硫黄が検出されるのに合わせて、初期容量、サイクル特性等の低下を来すことは事実で、そのこと自体は明確に確認されているのである。   That is, whether the sulfur content that lowers the initial capacity and cycle characteristics is a simple sulfur, a sulfur compound, or a compound represented by a molecular formula containing a sulfur atom is under investigation, but honestly The details are still unclear. Therefore, in this specification, the sulfur content that reduces the initial capacity, cycle characteristics, and the like is expressed as “sulfur residue”. However, it is true that the initial capacity, cycle characteristics, and the like are reduced as sulfur is detected in the analysis, and this is clearly confirmed.

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。すなわち、活物質の原料として加えるリチウムイオン源に、硫黄を含まない化合物を用いた。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows. That is, a sulfur-free compound was used as a lithium ion source added as a raw material for the active material.

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.

リチウムイオン源として硫黄を含まない化合物を用いることによって、リチウムイオン源由来の硫黄残分を皆無とすることができた。そのため、リチウムイオン源以外の硫黄含有化合物を製造に際して使用しても、得られる活物質中の硫黄残分の量を十分に低くすることができ、元々の五酸化バナジウム等の活物質の特性を十分に活かすことができるようになった。   By using a sulfur-free compound as the lithium ion source, it was possible to eliminate any sulfur residue derived from the lithium ion source. Therefore, even when a sulfur-containing compound other than the lithium ion source is used in the production, the amount of sulfur residue in the obtained active material can be sufficiently reduced, and the characteristics of the original active material such as vanadium pentoxide can be reduced. I was able to make full use of it.

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。本発明は、電極材料等に関する技術である。特に、非水系リチウムイオン二次電池に使用する正極材料として使用可能な活物質に関し、活物質の製造に際して硫黄残分を低減し得る技術である。かかる硫黄残分は、従来より使用されている硫化リチウムをリチウムイオン源として用いずに、硫黄を含まないリチウム化合物を用いることでその低減を図ることができた。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention relates to an electrode material and the like. In particular, the present invention relates to an active material that can be used as a positive electrode material used in a non-aqueous lithium ion secondary battery, and is a technique that can reduce a sulfur residue in the production of an active material. Such a sulfur residue could be reduced by using a lithium compound that does not contain sulfur without using the conventionally used lithium sulfide as a lithium ion source.

例えば、結晶性五酸化バナジウムをリチウムイオン源と導電性有機物を含んだ水溶液中に溶解させ、化学的なリチウムイオンのプレドープと導電性材料の混合とを同時に行い、その溶液を乾燥することによって得られるアモルファス化された層状結晶状態の活物質が製造できる。かかるアモルファス化され、且つリチウムイオンを含有したバナジウム系リチウムイオン二次電池正極材料の合成に際して、リチウムイオン源に硫化物を用いないで、不要な硫黄分のろ過工程を省略するものである。併せて、かかる活物質を電極材料として用いて電極を構成した場合に、より高容量、高サイクル特性を安定して得ることができるものである。   For example, it is obtained by dissolving crystalline vanadium pentoxide in an aqueous solution containing a lithium ion source and a conductive organic material, simultaneously performing chemical lithium ion pre-doping and mixing of a conductive material, and drying the solution. Amorphized layered crystalline active material can be produced. When synthesizing the vanadium-type lithium ion secondary battery positive electrode material that has been made amorphous and contains lithium ions, a sulfide is not used as a lithium ion source, and an unnecessary sulfur content filtering step is omitted. In addition, when such an active material is used as an electrode material to form an electrode, higher capacity and higher cycle characteristics can be stably obtained.

例えば、結晶性五酸化バナジウム等の酸化バナジウムをリチウムイオンと導電性有機物を含んだアルカリ性水溶液中で溶解させ、化学的なリチウムイオンのドープと導電性材料との混合を同時に行い、その溶液を乾燥させることによってアモルファス化しつつ固化した。かかるアモルファス化され、且つリチウムイオンを含有したバナジウム系リチウムイオン二次電池正極材料の合成に際して、リチウムイオン源に硫化物を用いないで、副生成物としての硫黄残分の量を抑え、例えば不要な硫黄分のろ過工程を省略できるとするものである。また、かかる活物質を電極材料として電極に構成した電池では、より高容量、高サイクル特性を安定して得ることができるものである。   For example, vanadium oxide such as crystalline vanadium pentoxide is dissolved in an alkaline aqueous solution containing lithium ions and a conductive organic material, and chemical lithium doping and a conductive material are mixed simultaneously, and the solution is dried. It solidified while making it amorphous. When synthesizing such amorphized vanadium lithium ion secondary battery positive electrode material containing lithium ions, without using sulfide as a lithium ion source, the amount of sulfur residue as a by-product is suppressed, for example unnecessary. It is supposed that the filtration process of a sulfur content can be omitted. Moreover, in a battery in which such an active material is used as an electrode material for an electrode, higher capacity and higher cycle characteristics can be stably obtained.

本発明で使用するリチウムイオン源としては、リチウムイオンのドープ及び脱ドープ可能な被ドープ化合物と共に用いて電極材料を製造するに際して、製造された電極材料の分析に基づき定量可能な硫黄量を発生させない化合物である。すなわち、分析限界以上の硫黄量を発生させないものである。例えば、かかる化合物としては、アジ化リチウムを好適に挙げることができる。かかるアジ化リチウムは水溶性で、水に溶かした場合には窒素は気体として容易に除かれるため、窒素に基づく窒化リチウム等の副生成物ができる心配がない。   The lithium ion source used in the present invention does not generate a quantifiable amount of sulfur based on the analysis of the produced electrode material when producing the electrode material together with a doped compound that can be doped and dedoped with lithium ion. A compound. That is, the amount of sulfur exceeding the analysis limit is not generated. For example, preferred examples of such a compound include lithium azide. Such lithium azide is water-soluble, and when dissolved in water, nitrogen is easily removed as a gas, so there is no concern that byproducts such as lithium nitride based on nitrogen are formed.

上記のようにリチウムイオン源にアジ化リチウムを用いることで、活物質における硫黄残分の量は、かなりの低減が図れるのである。また、従来リチウムイオン源と共に使用している硫黄含有有機物の使用も減らせれば、活物質における硫黄残分はさらに低減することができるのである。   By using lithium azide as the lithium ion source as described above, the amount of sulfur residue in the active material can be considerably reduced. Moreover, if the use of the sulfur-containing organic substance that has been used together with the conventional lithium ion source can be reduced, the sulfur residue in the active material can be further reduced.

尚、後記する実施例でも示したが、活物質の製造に際して使用されるリチウムイオン源以外の硫黄含有有機物を全く使用することなく、残存硫黄分を0とした場合でも、容量特性的には十分な値が得られることが確認されている。   As also shown in the examples described later, the capacity characteristics are sufficient even when the residual sulfur content is 0 without using any sulfur-containing organic material other than the lithium ion source used in the production of the active material. It has been confirmed that the correct value can be obtained.

上記非硫黄含有リチウムイオン源としては、アジ化リチウム以外にも、例えば、リチウムアミド、シアン化リチウム、シアン酸リチウム等を用いることもできる。かかる物質は、水溶液にした際に、加水分解によりアルカリ性を呈する物質である。かかる物質は、リチウムイオンのドープ可能な被ドープ化合物と、リチウムイオン源となるリチウム化合物とを原料とする場合において、かかるリチウム化合物を示す化学式には、硫黄原子が含まれていなものである。   As the non-sulfur-containing lithium ion source, in addition to lithium azide, for example, lithium amide, lithium cyanide, lithium cyanate and the like can be used. Such a substance is a substance that exhibits alkalinity by hydrolysis when converted into an aqueous solution. In the case where such a material uses a doped compound that can be doped with lithium ions and a lithium compound that becomes a lithium ion source as raw materials, the chemical formula representing the lithium compound does not contain a sulfur atom.

かかるアジ化リチウム等の非硫黄含有リチウム化合物と共に使用する活物質としては、リチウムイオンのドープ、脱ドープが可能な被ドープ化合物が使用でき、次のようなものを挙げることができる。例えば、非水系リチウムイオン二次電池の正極材料に使用可能な被ドープ化合物の活物質としては、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挙げられる。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。かかるリチウムイオンのドープ可能な被ドープ化合物は、その化学式には、硫黄原子が含まれていないものである。   As an active material used together with such a non-sulfur-containing lithium compound such as lithium azide, a compound to be doped capable of doping and dedoping lithium ions can be used, and the following can be mentioned. For example, as an active material of a compound to be doped that can be used as a positive electrode material of a non-aqueous lithium ion secondary battery, at least one metal element selected from Group V elements and Group VI elements in the periodic table is widely used. The thing containing an oxide is mentioned. Examples of the metal oxide include vanadium oxide (vanadium oxide) and niobium oxide. In particular, vanadium pentoxide is preferable. The lithium ion-doped compound to be doped does not contain a sulfur atom in its chemical formula.

また、かかるバナジウム酸化物でも、例えば、五酸化バナジウム(V2O5)は、VO5を一単位とする5面体ユニットが2次元方向に共有結合で広がることで一つの層を形成している。この層と層とが積層することで全体として層状構造となっている。 Further, even in such vanadium oxide, for example, vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) forms a single layer by spreading a pentahedral unit having VO 5 as one unit in a two-dimensional direction by a covalent bond. . By laminating these layers, a layered structure is formed as a whole.

かかる五酸化バナジウムの層状結晶性物質は、層状結晶構造を保ったままマクロ的にアモルファス化することで、層状結晶性物質の層長を短く(微細化)されている。例えば、層長が長い層状結晶状態が、分断されて層長の短い層状結晶状態が出現するのである。   Such a layered crystalline material of vanadium pentoxide is made macroscopically amorphous while maintaining a layered crystal structure, so that the layer length of the layered crystalline material is shortened (miniaturized). For example, a layered crystal state having a long layer length is divided and a layered crystal state having a short layer length appears.

かかる状態は、すべてがアモルファス状態になっていては実現できない構造で、アモルファス化の進行状態を、途中で止めることにより、上記状態、すなわち層長の短い層状結晶状態が存在できるようにしたのである。   Such a state is a structure that cannot be realized if all are in an amorphous state, and by stopping the progress of amorphization halfway, the above state, that is, a layered crystal state with a short layer length can exist. .

尚、ここでマクロ的にアモルファス化するとは、かかる層状結晶性物質の状態が、nm以下のオーダー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オーダー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意味するものとする。   Here, macroscopic amorphization means that the state of the layered crystalline substance is only a crystal structure having a layer length of 30 nm or less, or such a crystal structure, from a microscopic viewpoint that enables observation on the order of nm or less. A coexisting state with an amorphous structure is confirmed, but when viewed from a macro perspective where only a micrometer order larger than nm can be observed, an amorphous structure with randomly arranged crystal structures can be obtained. It shall mean the observed state.

より具体的には、図1に模式的に示すように、層長の短い所謂短周期構造の微細結晶粒の層長L1が0を含まずに、好ましくは1nm以上、30nm以下の範囲に入っていればよいのである。   More specifically, as schematically shown in FIG. 1, the layer length L1 of the so-called short-period structure fine crystal grains having a short layer length does not include 0, but preferably falls within the range of 1 nm or more and 30 nm or less. It only has to be.

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イオンのドープ、脱ドープが難しくなり、高容量を取り出し難くなる。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、0を含まない30nm以下、好ましくは1nm以上30nm以下、より好ましくは、層長が5nm以上25nm以下であればよいのである。このように、層間へのリチウムイオンの出入りに関係する経路(パス)を短くして、バナジウム酸化物の層間へのリチウムイオンの出入りをし易くし、放電容量、サイクル特性等が向上させたのである。図2に示すように、層長が長い所謂長周期構造の層長L2が長い状態では、短い層長L1の短周期構造の場合に比べて、リチウムイオンの層間への出入りが行い難いのである。   In the layered crystal state, when the layered crystal is less than 1 nm from the viewpoint of entering and exiting lithium ions between layers, it is difficult to dope and dedope lithium ions, and it is difficult to take out a high capacity. 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 may be 30 nm or less not including 0, preferably 1 nm or more and 30 nm or less, more preferably 5 nm or more and 25 nm or less. In this way, the path related to the entry / exit of lithium ions between layers is shortened to facilitate the entry / exit of lithium ions between vanadium oxide layers, and the discharge capacity, cycle characteristics, etc. are improved. is there. As shown in FIG. 2, when the layer length L2 of the so-called long-period structure with a long layer length is long, it is difficult for lithium ions to enter and exit between the layers as compared with the case of the short-period structure with a short layer length L1. .

尚、バナジウム酸化物の微細結晶粒が0を含まない30nm以下の層状結晶構造は、バナジウム酸化物の断面において面積率が30%以上占めていればよい。面積率が100%の場合には、既にアモルファス状態は存在せず、層状結晶状態のみとなる。0を含まない30nm以下の層状結晶は、勿論、100%の面積率であっても構わない。   Note that the layered crystal structure of 30 nm or less in which the fine crystal grains of vanadium oxide do not contain 0 may occupy an area ratio of 30% or more in the cross section of the vanadium oxide. When the area ratio is 100%, the amorphous state does not already exist, and only the layered crystal state is obtained. Of course, the layered crystal of 30 nm or less not containing 0 may have an area ratio of 100%.

また、上記のような層状結晶構造を有する五酸化バナジウム等の金属酸化物には、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0.1〜10の割合でドープされることが好ましく、より好ましくは0.1〜6である。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10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。   Moreover, lithium ions are doped in metal oxides such as vanadium pentoxide having the above layered crystal structure. Lithium ions are preferably doped at a molar ratio of 0.1 to 10 with respect to the metal oxide, more preferably 0.1 to 6. If the doping amount of lithium ions is less than 0.1 in terms of molar ratio, the doping effect is not sufficiently exerted, and if the doping amount of lithium ions exceeds 10, 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、本発明では、上記の如くリチウムイオン源に非硫黄含有リチウム化合物を使用するが、併せて活物質の製造に際しては、硫黄含有有機物として硫黄含有導電性ポリマーを含ませる場合があっても構わない。かかる硫黄含有導電性ポリマーは、レドックス活性を有するものであり、硫黄を含有するものである。例えば、図3に構造式を示す3,4−エチレンジオキシチオフェンをモノマーとして原料に用いて、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)としての硫黄含有導電性ポリマーのポリチオフェン化合物を合成すればよい。   In the present invention, as described above, a non-sulfur-containing lithium compound is used for the lithium ion source. In addition, in the production of the active material, a sulfur-containing conductive polymer may be included as a sulfur-containing organic substance. Absent. Such a sulfur-containing conductive polymer has redox activity and contains sulfur. For example, if 3,4-ethylenedioxythiophene having the structural formula shown in FIG. 3 is used as a raw material as a monomer, a polythiophene compound of a sulfur-containing conductive polymer as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) is synthesized. Good.

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反応系に存在している場合、このモノマーが酸素阻害剤として反応系の酸素濃度を一定とし、生成するリチウムイオンドープアモルファス金属酸化物の構造を制御すると考えられる。しかし、反応終了時の硫黄含有導電性ポリマーは活物質としての性能を低くするため、最終生成物においては、それを減圧濃縮等で取り除くことによって活物質の性能は向上する。   Although details are unknown, when a monomer corresponding to the sulfur-containing conductive polymer is present in the reaction system, this monomer acts as an oxygen inhibitor, and the oxygen concentration of the reaction system is kept constant, and the resulting lithium ion-doped amorphous metal oxidation It is thought to control the structure of things. However, since the sulfur-containing conductive polymer at the end of the reaction lowers the performance as an active material, the performance of the active material is improved by removing the final product by vacuum concentration or the like.

本発明の製造技術を適用する非水系リチウムイオン二次電池用正極材料の活物質では、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 of the positive electrode material for a non-aqueous lithium ion secondary battery to which the manufacturing technology of the present invention is applied, the X-ray diffraction pattern of the metal oxide contained is in the range where the metal oxide has a diffraction angle 2θ = 5 to 15 °. Has a peak.

このようにして得られる活物質を、ポリフッ化ビニリデン(PDVF)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。非水系リチウムイオン二次電池用正極材料の層は、例えば10〜100μmの厚さに形成すれば好ましい。   The active material thus obtained is mixed with a binder such as polyvinylidene fluoride (PDVF), preferably with conductive particles, to form a positive electrode material, which is coated on a conductive substrate to produce a positive electrode. be able to. The layer of the positive electrode material for non-aqueous lithium ion secondary batteries is preferably formed to a thickness of, for example, 10 to 100 μm.

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使用できる。かかる導電性粒子は、上記金属酸化物の重量の1〜30%の割合で含まれていればよい。   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. Conductive metal oxides such as can be used. Such conductive particles may be contained at a ratio of 1 to 30% of the weight of the metal oxide.

さらに、正極材料層を支持する基体(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。かかる基体は、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を有していても構わない。   Furthermore, a conductive substrate that exhibits conductivity at least on the surface in contact with the positive electrode material is used as the base (current collector) that supports the positive electrode material layer. Such a substrate can be formed of a conductive material such as metal, 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 have a configuration in which a base body formed of a non-conductive material is covered with a conductive material.

かかる非水系リチウムイオン二次電池の正極材料として使用可能な活物質は、つぎのような製造工程を経て製造することができる。すなわち、先ず、非水系リチウムイオン二次電池の正極材料用の活物質を、五酸化バナジウム等の金属酸化物と、リチウムイオン源としての非硫黄含有リチウム化合物と、必要に応じて硫黄含有有機物とを水に混合して、所定時間加熱還流することで合成を行う。   An active material that can be used as a positive electrode material for such a non-aqueous lithium ion secondary battery can be manufactured through the following manufacturing process. That is, first, an active material for a positive electrode material of a non-aqueous lithium ion secondary battery, a metal oxide such as vanadium pentoxide, a non-sulfur-containing lithium compound as a lithium ion source, and, if necessary, a sulfur-containing organic substance Is mixed with water and heated to reflux for a predetermined time for synthesis.

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、減圧濃縮等の方法で濃縮して、さらに真空乾燥して固化させる。乾燥温度は、30℃以上、250℃未満で行えばよい。30℃未満では、実質的に乾燥させることができない。また、250℃以上では、結晶構造が変化してしまい、前記の層長の短い層状結晶状態は得られない。固化させた後は、ボールミル等により所定粒径に粉砕し篩い分けを行って分級し、正極材料としての活物質の粉末が製造される。   The active material suspension for the positive electrode material thus synthesized is concentrated by a method such as concentration under reduced pressure, and further dried under vacuum to solidify. The drying temperature may be 30 ° C. or more and less than 250 ° C. If it is less than 30 degreeC, it cannot be dried substantially. Further, at 250 ° C. or higher, the crystal structure changes, and the layered crystal state having a short layer length cannot be obtained. After solidification, the powder is pulverized to a predetermined particle size by a ball mill or the like, sieved, and classified to produce an active material powder as a positive electrode material.

かかる活物質を用いて正極を形成することで、非水系リチウムイオン二次電池を構成することができる。非水系リチウムイオン二次電池は、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である。   By forming a positive electrode using such an active material, a non-aqueous lithium ion secondary battery can be configured. The non-aqueous lithium ion secondary battery includes the positive electrode, the 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イオン二次電池において、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、またはリチウムイオンをドープ、脱ドープ可能な炭素材料を挙げることができる。   In the non-aqueous lithium ion secondary battery having such a configuration, the negative electrode can be formed of a commonly used lithium 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. Examples thereof include carbon materials that can be doped or dedoped with a compound or lithium ion.

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。さらに、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。また、電解液中のモル濃度は、電解液による内部抵抗を小さくするため、少なくとも0.1モル/l以上とすることが好ましく、0.5〜1.5モル/lの範囲とすることが更に好ましい。   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. Furthermore, 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. A mixture of dimethoxyethane, a mixture of sulfolane and tetrahydrofuran, and the like. The molar concentration in the electrolytic solution is preferably at least 0.1 mol / l or more, and more preferably in the range of 0.5 to 1.5 mol / l, in order to reduce the internal resistance due to the electrolytic solution.

正極と負極との間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 electrolyte in a non-aqueous solvent or a polymer gel (polymer gel electrolyte) containing the electrolyte solution.

かかるリチウムイオン二次電池としては、例えば、図4に示すような構成を挙げることができる。すなわち、非水系リチウムイオン二次電池10は、正極11と、負極12とが電解質層13を介して対峙させられている。正極11は、所定量の層状結晶構造を有した正極活物質11aと、集電体として機能する基体11bとから構成されている。基体11b面には、図4に示すように、正極活物質11aの層が設けられている。   An example of such a lithium ion secondary battery is a configuration as shown in FIG. That is, in the non-aqueous lithium ion secondary battery 10, the positive electrode 11 and the negative electrode 12 are opposed to each other through the electrolyte layer 13. The positive electrode 11 includes a positive electrode active material 11a having a predetermined amount of a layered crystal structure and a base 11b that functions as a current collector. As shown in FIG. 4, a layer of the positive electrode active material 11a is provided on the surface of the base 11b.

同様に、負極12は、負極活物質12aと、集電体としての基体12bから構成され、基体12b面には、負極活物質12aの層が設けられている。かかる正極11と負極12とは、互いに電解質層13を間に挟んで対向させられている。   Similarly, the negative electrode 12 includes a negative electrode active material 12a and a base 12b as a current collector, and a layer of the negative electrode active material 12a is provided on the surface of the base 12b. The positive electrode 11 and the negative electrode 12 are opposed to each other with the electrolyte layer 13 interposed therebetween.

以下、実施例に基づき、本発明をより詳細に説明する。以下の実施例では、リチウムイオンがドープされたバナジウム酸化物を活物質として用いる場合を例に挙げて説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を一脱しない範囲で適宜に変更して、その他の活物質、あるいはその他の電池等に使用できるものであることは言うまでもない。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated in detail. In the following examples, the case where vanadium oxide doped with lithium ions is used as an active material will be described as an example, but the present invention is not limited to the following examples, and the gist of the present invention is described. It goes without saying that it can be used as appropriate for other active materials, other batteries, and the like, as long as it does not fall out.

(実施例1)
本実施例では、五酸化バナジウム(V2O5)2.0gと、かかる五酸化バナジウムに対して3分の1モルのアジ化リチウム0.13gと、五酸化バナジウムに対して0.6モルの3,4-エチレンジオキシチオフェン(図3参照)1.0gを、水50ml中に懸濁し、24時間加熱攪拌還流を行った。かかる懸濁溶液を、75℃、21.3kPaの圧力で減圧濃縮して黒色の固体を得た。その後、かかる固体を100℃で真空乾燥を行った。
Example 1
In this example, 2.0 g of vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), 0.13 g of lithium azide of a third with respect to such vanadium pentoxide, and 0.6 mol of 3,4 of with respect to vanadium pentoxide. -1.0 g of ethylenedioxythiophene (see Fig. 3) was suspended in 50 ml of water and heated under reflux with stirring for 24 hours. The suspended solution was concentrated under reduced pressure at 75 ° C. and a pressure of 21.3 kPa to obtain a black solid. Then, this solid was vacuum-dried at 100 degreeC.

かかる固体をX線回折した結果、図5に示すように、2θ=10°付近にピークが観測され、アモルファス化されていることが確認された。またICP分析によりアモルファス化された生成物には、リチウムイオンが取り込まれていることも確認した。さらに、図6に示すように、活物質中の硫黄残分に基づく硫黄量は、全自動元素分析装置(VarioELIII:elementar社製)により、活物質を、酸素が添加されているヘリウム雰囲気内の触媒管中で酸化燃焼させ、二酸化硫黄ガスとして吸着管で分離した後、脱着させ検出器で定量を行った。かかる方法による定量結果から、0.08重量%含まれていることが分かった。   As a result of X-ray diffraction of this solid, as shown in FIG. 5, a peak was observed in the vicinity of 2θ = 10 °, and it was confirmed that the solid was amorphized. It was also confirmed by the ICP analysis that lithium ions were incorporated into the amorphized product. Further, as shown in FIG. 6, the sulfur amount based on the sulfur residue in the active material is obtained by using a fully automatic elemental analyzer (VarioELIII: manufactured by elementar) to convert the active material into a helium atmosphere to which oxygen is added. After oxidizing and burning in a catalyst tube and separating it as sulfur dioxide gas with an adsorption tube, it was desorbed and quantified with a detector. From the quantitative result by this method, it was found that 0.08% by weight was contained.

尚、上記の如く得られた活物質は、透型電子顕微鏡で観察した場合には、層長が5nm以上、25nm以下の微細結晶粒が面積率で99%得られていることが確認された。かかる活物質からなる正極材料粉末を粉砕し、続いて篩い分けを行うことで分級した。   The active material obtained as described above, when observed with a transmission electron microscope, confirmed that fine crystal grains having a layer length of 5 nm or more and 25 nm or less were obtained in an area ratio of 99%. . The positive electrode material powder made of such an active material was pulverized and subsequently classified by sieving.

このように製造された活物質のバナジウム酸化物を、導電性カーボンブラック20wt%、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)10wt%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。かかるスラリーを、Al箔上にドクターブレード法によってコーティングを行って正極を作製した。   The vanadium oxide of the active material thus produced was mixed with 20 wt% of conductive carbon black and 10 wt% of polyvinylidene fluoride (PVDF), and made into a slurry using N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent. The slurry was coated on an Al foil by a doctor blade method to produce a positive electrode.

かかる正極を用い、電解液として1M LiBF4/EC:DEC=1:3混合溶媒を、負極に金属リチウムを用いて二次電池を組み立てた。充電は0.1C充電で4.2Vの定電流-定電圧(CC-CV)充電方式で行い、放電は0.1Cで1.5Vカットの定電流(CC)方式で行った。その1回目の活物質あたりの放電容量と10サイクル後の容量維持率の結果を図6に示す。   Using this positive electrode, a secondary battery was assembled using 1M LiBF4 / EC: DEC = 1: 3 mixed solvent as the electrolyte and metallic lithium as the negative electrode. Charging was performed with a constant current-constant voltage (CC-CV) charging method of 4.2 V at 0.1 C charging, and discharging was performed with a constant current (CC) method of 1.5 V cutting at 0.1 C. FIG. 6 shows the results of the discharge capacity per active material and the capacity retention rate after 10 cycles.

(実施例2)
本実施例では、硫黄含有有機物である3,4-エチレンジオキシチオフェンを用いないこと以外は、前記実施例1と同様にして、リチウムイオン源として非硫黄含有リチウム化合物を使用して活物質の製造を行った。すなわち、五酸化バナジウム(V2O5)2.0gと、かかる五酸化バナジウムに対して3分の1モル量のアジ化リチウム(Li3N)0.13gとを、水50ml中に懸濁し、かかる懸濁溶液を24時間加熱攪拌還流して、実施例1と同様にその後真空乾燥を行って活物質を合成した。合成された活物質は、その層状の結晶構造は、実施例1と同様であった。
(Example 2)
In this example, except that 3,4-ethylenedioxythiophene, which is a sulfur-containing organic substance, is not used, a non-sulfur-containing lithium compound is used as a lithium ion source in the same manner as in Example 1 above. Manufactured. That is, 2.0 g of vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and 0.13 g of lithium azide (Li 3 N) in one-third molar amount with respect to the vanadium pentoxide are suspended in 50 ml of water and applied. The suspension solution was heated to reflux with stirring for 24 hours, and then vacuum dried in the same manner as in Example 1 to synthesize an active material. The layered crystal structure of the synthesized active material was the same as in Example 1.

かかる活物質における硫黄残分に基づく硫黄量を元素分析により測定し、図6に示すように、含まれていないことを確認した。かかる活物質からなる正極材料粉末を粉砕し、続いて篩い分けを行うことで分級した。   The amount of sulfur based on the sulfur residue in the active material was measured by elemental analysis, and it was confirmed that it was not contained as shown in FIG. The positive electrode material powder made of such an active material was pulverized and subsequently classified by sieving.

かかる活物質のバナジウム酸化物を、導電性カーボンブラック20重量%、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)10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。かかるスラリーを、Al箔上にドクターブレード法によってコーティングを行って正極を作製した。かかる正極を用い、電解液として1M LiBF4/EC:DEC=1:3混合溶媒を、負極に金属リチウムを用いて二次電池を組み立て0.1C放電にて充放電評価に供した。その結果を、図6に示した。   The vanadium oxide of the active material was mixed with 20% by weight of conductive carbon black and 10% by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF), and slurried using N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent. The slurry was coated on an Al foil by a doctor blade method to produce a positive electrode. Using such a positive electrode, a secondary battery was assembled using 1M LiBF4 / EC: DEC = 1: 3 mixed solvent as an electrolytic solution and metallic lithium as a negative electrode, and subjected to charge / discharge evaluation by 0.1 C discharge. The results are shown in FIG.

(比較例1)
本比較例では、前記実施例1、2とは異なり、リチウムイオン源にアジ化リチウムを用いずに、硫化リチウムを用いた。また、活物質の硫黄残分は、減圧濃縮時の濃縮度で調整した。
(Comparative Example 1)
In this comparative example, unlike Examples 1 and 2, lithium sulfide was used for the lithium ion source without using lithium azide. Moreover, the sulfur residue of the active material was adjusted by the concentration at the time of vacuum concentration.

すなわち、五酸化バナジウム(V2O5)と、五酸化バナジウムに対して半モル量の硫化リチウム(Li2S)0.3gと、五酸化バナジウムに対して0.6モルの3,4-エチレンジオキシチオフェンを、水50ml中に懸濁し、24時間加熱攪拌を行った。その溶液をろ過し生成した硫黄残分を取り除き、ろ液を9.33kPa,75℃の圧力で減圧濃縮することで黒色の固体を得た。 That is, vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), 0.3 g of lithium sulfide (Li 2 S) in a half molar amount with respect to vanadium pentoxide, and 0.6 mol of 3,4-ethylenedioxy with respect to vanadium pentoxide. Thiophene was suspended in 50 ml of water and stirred with heating for 24 hours. The solution was filtered to remove the generated sulfur residue, and the filtrate was concentrated under reduced pressure at 9.33 kPa and 75 ° C. to obtain a black solid.

かかる生成物を、その後上記実施例1と同様に処理することで、実施例1と同様の層状結晶構造の活物質を得た。元素分析の結果、図6に示すように、硫黄量が0.15wt%含まれることが確認された。さらに、かかる活物質からなる正極材料粉末を粉砕し、続いて篩い分けを行うことで分級して、実施例1と同様に正極を作製し、充放電評価に供した。その結果を、図6に示す。   This product was then treated in the same manner as in Example 1 to obtain an active material having a layered crystal structure similar to that in Example 1. As a result of elemental analysis, as shown in FIG. 6, it was confirmed that the sulfur content was 0.15 wt%. Furthermore, the positive electrode material powder made of such an active material was pulverized and subsequently classified by sieving to produce a positive electrode in the same manner as in Example 1 and subjected to charge / discharge evaluation. The result is shown in FIG.

(比較例2)
本比較例では、前記比較例1と同様の方法で処理して活物質を製造した。但し、減圧濃縮時の圧力だけを変えた。すなわち、五酸化バナジウム(V2O5)と半モル量の硫化リチウム(Li2S)0.3g及び五酸化バナジウムに対して0.6モルの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT:図1)を水50ml中に懸濁し、24時間加熱攪拌を行い、その溶液をろ過し、生成した硫黄残分を取り除いた。
(Comparative Example 2)
In this comparative example, an active material was produced by processing in the same manner as in comparative example 1. However, only the pressure during vacuum concentration was changed. That is, vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), a half molar amount of lithium sulfide (Li 2 S) 0.3 g, and 0.6 mol of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT: FIG. 1) with respect to vanadium pentoxide. The mixture was suspended in 50 ml of water, heated and stirred for 24 hours, the solution was filtered, and the generated sulfur residue was removed.

ろ液は、21.3kPa,75℃の圧力で減圧濃縮することで黒色の固体を得た。元素分析の結果、図6に示すように、硫黄を1.6wt%含むことが確認された。その後、実施例1と同様にして活物質を作成し、かかる活物質を用いて正極を作製し、充放電評価に供した。その結果を、図6に示す。   The filtrate was concentrated under reduced pressure at 21.3 kPa and 75 ° C. to obtain a black solid. As a result of elemental analysis, as shown in FIG. 6, it was confirmed that 1.6 wt% sulfur was contained. Thereafter, an active material was prepared in the same manner as in Example 1, a positive electrode was prepared using the active material, and was subjected to charge / discharge evaluation. The result is shown in FIG.

(比較例3)
本比較例では、前記比較例1と同様の方法で処理して活物質を製造した。但し、減圧濃縮時の圧力を24.00kPaにして行った。元素分析の結果、硫黄を1.9wt%含むことが確認された。その他は、かかる活物質を用いて実施例1と同様に正極を作製し、充放電試験に供した。その結果を、図6に示す。
(Comparative Example 3)
In this comparative example, an active material was produced by processing in the same manner as in comparative example 1. However, the pressure during vacuum concentration was 24.00 kPa. As a result of elemental analysis, it was confirmed that sulfur contained 1.9 wt%. Others produced a positive electrode in the same manner as in Example 1 using the active material, and were subjected to a charge / discharge test. The result is shown in FIG.

図6に示すように、実施例1、2、及び比較例1〜3から、リチウムイオン源にアジ化リチウムを用いた場合の方が、明らかにリチウムイオン源に硫化リチウムを用いた場合よりも硫黄残分を少なくすることができることが分かる。また、硫黄残分が少ない方が、当然にかかる硫黄残分に基づく硫黄量が少なくなり、かかる硫黄残分の少ない活物質を用いて構成した電池の初期容量、10サイクル目の容量維持率が向上していることが確認できる。   As shown in FIG. 6, from Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, the case where lithium azide was used as the lithium ion source was clearly more than the case where lithium sulfide was used as the lithium ion source. It can be seen that the sulfur residue can be reduced. In addition, when the sulfur residue is small, the amount of sulfur based on the sulfur residue is naturally reduced, and the initial capacity of the battery configured using the active material having a small amount of sulfur residue is 10th cycle capacity maintenance rate. It can confirm that it has improved.

さらに、実施例1、2の比較から、リチウムイオン源にアジ化リチウムを用いた場合、他に3,4-エチレンジオキシチオフェン等の硫黄含有有機物を混在させない方が、電池構成した場合の初期容量、10サイクル目の容量維持率が向上していることも確認できる。   Furthermore, from the comparison of Examples 1 and 2, when lithium azide is used as the lithium ion source, it is the initial state when the battery is configured not to mix other sulfur-containing organic substances such as 3,4-ethylenedioxythiophene. It can also be confirmed that the capacity retention rate at the 10th cycle is improved.

また、かかる実施例1、2の比較からは、3,4-エチレンジオキシチオフェン等の硫黄含有有機物を混在させてリチウムイオンドープアモルファス金属酸化物の構造を抑制して初期容量、サイクル容量維持率を上げる効果よりも、硫黄残分の量を抑制して初期容量、サイクル容量維持率の低下を防いで、結果的に初期容量、サイクル容量維持率の向上を図る効果の方が大きいのではないかと思われる。かかる点についての断定的意見は、さらなる実験の積み重ねが必要ではあるが、少なくとも現状では、そのような解釈が行える。   From the comparison of Examples 1 and 2, the initial capacity and cycle capacity maintenance rate are suppressed by mixing the sulfur-containing organic material such as 3,4-ethylenedioxythiophene to suppress the structure of the lithium ion-doped amorphous metal oxide. The effect of improving the initial capacity and cycle capacity retention rate is not greater than the effect of increasing the initial capacity and cycle capacity retention rate by suppressing the amount of sulfur residue and preventing the decrease in the initial capacity and cycle capacity retention rate. I think. The assertive opinion on this point requires further experimentation, but at least it can be interpreted as such.

また、実施例2に示したように、リチウムイオン源にアジ化リチウム等の非硫黄含有リチウム化合物を用いて、他に硫黄含有有機物を用いない場合には、途中に残存硫黄分の除去を行うためのろ過工程が基本的に必要なくなり、その分、工程の手間が省け、生産コストの低減が図れるメリットもある。   Further, as shown in Example 2, when a non-sulfur-containing lithium compound such as lithium azide is used for the lithium ion source and no other sulfur-containing organic substance is used, the remaining sulfur is removed in the middle. For this reason, there is an advantage that the filtration process is basically not required, the labor of the process can be saved, and the production cost can be reduced.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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 embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

前記実施の形態、実施例では、主に層長が30nm以下の場合の層状結晶状態の五酸化バナジウムについて説明したが、勿論、本発明は層長が30nmを超える層状結晶性の物質にも適用できることは言う迄もない。   In the above-described embodiments and examples, vanadium pentoxide in a layered crystal state mainly when the layer length is 30 nm or less has been described. Of course, the present invention is also applicable to a layered crystal material having a layer length of more than 30 nm. It goes without saying that we can do it.

本発明は、リチウムイオン二次電池等の電池において、リチウムイオン源に硫黄を含まないリチウム化合物を使用する分野で有効に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used in a field where a lithium compound containing no sulfur is used as a lithium ion source in a battery such as a lithium ion secondary battery.

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. 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. 硫黄含有有機物の一例の構造式を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural formula of an example of a sulfur containing organic substance. 本発明の適用が図れる非水系リチウムイオン二次電池の概要構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a non-aqueous lithium ion secondary battery to which the present invention can be applied. 正極材料のX線結晶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 crystal diffraction of positive electrode material. 本発明の効果を表形式で示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect of this invention in a table form.

符号の説明Explanation of symbols

10 非水系リチウムイオン二次電池
11 正極
11a 正極活物質
11b 基体(集電体)
12 負極
12a 負極活物質
12b 基体(集電体)
13 電解質層
L1 層長
L2 層長
10 Nonaqueous Lithium Ion Secondary Battery 11 Positive Electrode 11a Positive Electrode Active Material 11b Base (Current Collector)
12 Negative electrode 12a Negative electrode active material 12b Substrate (current collector)
13 Electrolyte layer
L1 layer length
L2 layer length

Claims (11)

リチウムイオンのドープ及び脱ドープ可能な被ドープ化合物と、リチウムイオン源となるリチウム化合物とを原料とする電極材料の製造方法であって、
前記被ドープ化合物を示す化学式、及び前記リチウム化合物を示す化学式には、硫黄原子が含まれていないことを特徴とする電極材料の製造方法。
A method for producing an electrode material using as a raw material a compound to be doped and dedoped with lithium ions and a lithium compound as a lithium ion source,
The chemical formula showing the said to-be-doped compound and the chemical formula showing the said lithium compound do not contain a sulfur atom, The manufacturing method of the electrode material characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の電極材料の製造方法において、
前記リチウム化合物とは、アジ化リチウム、リチウムアミド、シアン化リチウム、シアン酸リチウムからなる群の中から選ばれた少なくとも一つの化合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,
The method for producing an electrode material, wherein the lithium compound is at least one compound selected from the group consisting of lithium azide, lithium amide, lithium cyanide, and lithium cyanate.
請求項1または2記載の電極材料の製造方法において、
前記被ドープ化合物とは、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 doped compound is an oxide of at least one metal element selected from Group V elements and Group VI elements of the Periodic Table.
請求項3に記載の電極材料の製造方法において、
前記金属酸化物は、層間にリチウムイオンのドープ及び脱ドープが可能な層状結晶物質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 3,
The method of manufacturing an electrode material, wherein the metal oxide is a layered crystal substance capable of doping and dedoping lithium ions between layers.
請求項4記載の電極材料の製造方法において、
前記層間にリチウムイオンのドープ及び脱ドープが可能な層状結晶物質とは、酸化バナジウム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 4,
The method for producing an electrode material, wherein the layered crystal substance capable of doping and dedoping lithium ions between the layers is vanadium oxide.
請求項7記載の電極材料の製造方法において、
前記酸化バナジウムは、五酸化バナジウム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 7,
The method for producing an electrode material, wherein the vanadium oxide is vanadium pentoxide.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の電極材料の製造方法において、
前記被ドープ化合物、前記リチウム化合物の他に、前記電極材料の製造には、硫黄含有有機物を用い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 any one of Claims 1-6,
In addition to the compound to be doped and the lithium compound, a sulfur-containing organic material is used for the production of the electrode material.
リチウムイオンのドープ及び脱ドープ可能な被ドープ化合物と、リチウムイオン源となるリチウム化合物とを原料とする電極材料であって、
前記電極材料の硫黄濃度は、0を含む0.1重量%以下であることを特徴とする電極材料。
An electrode material using a doped compound that can be doped and dedoped with lithium ions and a lithium compound that is a lithium ion source as raw materials,
The electrode material according to claim 1, wherein a sulfur concentration of the electrode material is 0.1% by weight or less including 0.
請求項8に記載の電極材料であって、
前記電極材料は、リチウムイオンがドープされたバナジウム酸化物であることを特徴とする電極材料。
The electrode material according to claim 8,
The electrode material is a vanadium oxide doped with lithium ions.
請求項9に記載の電極材料であって、
前記バナジウム酸化物は、層長が1nm以上、30nm以下の層状結晶性物質であることを特徴とする電極材料。
The electrode material according to claim 9,
The vanadium oxide is a layered crystalline material having a layer length of 1 nm or more and 30 nm or less.
リチウムイオンがドープされた被ドープ化合物を有する正極が、非水系電解質を介して負極と対峙している非水系リチウムイオン二次電池であって、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電極材料の製造方法により製造された電極材料、あるいは請求項8〜11のいずれか1項に記載の電極材料を用いた前記正極を有することを特徴とする非水系リチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a doped compound doped with lithium ions is a non-aqueous lithium ion secondary battery facing a negative electrode via a non-aqueous electrolyte,
It has the said positive electrode using the electrode material manufactured by the manufacturing method of the electrode material of any one of Claims 1-7, or the electrode material of any one of Claims 8-11. A non-aqueous lithium ion secondary battery.
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