JP2009238656A - Active material for nonaqueous electrolyte battery and nonaqueous electrolyte battery having the same - Google Patents

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Atsushi Funabiki
厚志 船引
Koji Sukino
功治 鋤納
Shigeki Yamate
山手  茂樹
Sadahiro Katayama
禎弘 片山
Toshiyuki Onda
敏之 温田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high performance nonaqueous electrolyte battery using lithium titanate as an active material. <P>SOLUTION: This invention uses the active material for the nonaqueous electrolyte battery having carbon in at least a part of a surface and including a lithium titanate particle on which a value of the atomic ratio (C/Ti) of the carbon to titanium determined by an X-ray photoelectric spectroscopic analysis is 6 or more. 6.3≤(C/Ti)≤8 is further desirable. Ethanol is desirably used as a carbon source. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、チタン酸リチウムを含有する非水電解質電池用活物質及び非水電解質電池に関する。   The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery active material containing lithium titanate and a nonaqueous electrolyte battery.

近年、エネルギー密度の高い電気化学デバイスとして、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質電池が実用化されている。リチウムイオン二次電池を構成する正極活物質及び負極活物質には種々のものが適用可能であり、用途によって使い分けられている。例えば、携帯電話に代表される小形携帯用電子機器用としては、高エネルギー密度が要求されるため、高電圧、高容量が得られる正極活物質としてLiCoOが、負極活物質として炭素材料が適用されている。一方、バックアップ用、HEV用としては、使用期間がより長期であることから長期信頼性が要求される。そこで近年、これらの用途に用いられる非水電解質電池用の活物質として、チタン酸リチウムが注目されている。この材料の充放電電位は、炭素材料の電位よりも貴であり、例えばLiTi12で表されるスピネル形チタン酸リチウムにおいては約1.56V(vs.Li/Li+)である。 In recent years, non-aqueous electrolyte batteries represented by lithium ion secondary batteries have been put into practical use as electrochemical devices with high energy density. Various materials can be applied to the positive electrode active material and the negative electrode active material constituting the lithium ion secondary battery, and they are properly used depending on the application. For example, for small portable electronic devices typified by mobile phones, high energy density is required. Therefore, LiCoO 2 is applied as a positive electrode active material capable of obtaining a high voltage and high capacity, and a carbon material is applied as a negative electrode active material. Has been. On the other hand, long-term reliability is required for backup and HEV because the use period is longer. Therefore, in recent years, lithium titanate has attracted attention as an active material for non-aqueous electrolyte batteries used in these applications. The charge / discharge potential of this material is nobler than the potential of the carbon material, and is about 1.56 V (vs. Li / Li + ) in spinel type lithium titanate represented by, for example, Li 4 Ti 5 O 12. .

チタン酸リチウムを負極活物質として用いた場合、炭素材料を用いた場合と比べて、リチウム挿入・脱離にともなう体積変化が小さく、さらにリチウムイオンの挿入・脱離反応の電位が貴であることに起因して、負極活物質表面における溶媒分解反応が抑制されることから電池の寿命が長くなることが知られている。一方、用途によっては、寿命以外に高率放電性能も要求される。この性能を高くするためには、負極の直流抵抗を低減することが重要である。そこで、チタン酸リチウムを用いた負極の直流抵抗の低減を目的として、活物質粒子表面にカーボンをコートする方法が知られている。   When lithium titanate is used as the negative electrode active material, the volume change associated with lithium insertion / extraction is smaller than when carbon materials are used, and the potential for lithium ion insertion / extraction reaction is noble. It is known that the lifetime of the battery is prolonged because the solvent decomposition reaction on the surface of the negative electrode active material is suppressed. On the other hand, depending on the application, high rate discharge performance is required in addition to the lifetime. In order to increase this performance, it is important to reduce the DC resistance of the negative electrode. Therefore, a method of coating the surface of the active material particles with carbon for the purpose of reducing the direct current resistance of the negative electrode using lithium titanate is known.

特許文献1には、ガス発生を抑制し、高温における充放電サイクル性能及び貯蔵特性に優れた電気化学デバイスを提供することを目的として、表面にカーボンを備えたチタン酸リチウムを用い、一度はリチウム電位に対して1.0V以下になったことがある負極を備える非水電解質電池が記載されている。特許文献1には、低級アルコール熱分解によるカーボン坦持の方法が記載され、前記低級アルコールとしてメタノールを用いた実施例が記載されている。   Patent Document 1 uses lithium titanate having carbon on the surface for the purpose of providing an electrochemical device that suppresses gas generation and is excellent in charge / discharge cycle performance and storage characteristics at high temperatures. A non-aqueous electrolyte battery is described that includes a negative electrode that may have been below 1.0 V relative to the potential. Patent Document 1 describes a method for supporting carbon by pyrolysis of a lower alcohol, and describes an example using methanol as the lower alcohol.

非特許文献1には、トルエンを作用させて、TEM観察の結果粒子表面全体を覆うように("over the entire particle surface")カーボンコートされたLiTi12粉末を得たことが記載され、その模式図がFigure 9.に記載されている。 Non-patent document 1 describes that toluene was allowed to act, and as a result of TEM observation, Li 4 Ti 5 O 12 powder coated with carbon to cover the entire particle surface (“over the entire particle surface”) was obtained. The schematic diagram is shown in Figure 9.

しかしながら、特許文献1、非特許文献1のいずれにも、チタン酸リチウムの粒子表面に備えるカーボンの被覆の程度あるいは均一性の程度についての具体的な記述はなく、X線光電子分光分析で求められるチタンに対するカーボンの原子比率を特定の範囲とすることで、高率放電時の容量維持率を顕著に向上できることについては記載がない。
特開2007−323958公報 Journal of The Electrochemical Society,154,A692(2007)
However, neither Patent Document 1 nor Non-Patent Document 1 has a specific description about the degree of coverage or uniformity of carbon provided on the surface of lithium titanate particles, and is obtained by X-ray photoelectron spectroscopy. There is no description that the capacity retention rate during high rate discharge can be remarkably improved by setting the atomic ratio of carbon to titanium within a specific range.
JP 2007-323958 A Journal of The Electrochemical Society, 154, A692 (2007)

本発明は、チタン酸リチウムを活物質として用いた高性能の非水電解質電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a high-performance nonaqueous electrolyte battery using lithium titanate as an active material.

本発明の技術的構成及びその作用効果は以下の通りである。ただし、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限するものではない。また、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態若しくは実験例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。   The technical configuration and operational effects of the present invention are as follows. However, the action mechanism includes estimation, and its correctness does not limit the present invention. The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment or experimental example is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is not restricted to the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

本発明は、チタン酸リチウム粒子の表面の少なくとも一部にカーボンを備えると共に、X線光電子分光分析で求められるチタンに対するカーボンの原子比率(C/Ti)の値が6以上であることを特徴とする非水電解質電池用活物質である。   The present invention is characterized in that carbon is provided on at least a part of the surface of the lithium titanate particles, and the value of the atomic ratio of carbon to titanium (C / Ti) obtained by X-ray photoelectron spectroscopy is 6 or more. It is an active material for a non-aqueous electrolyte battery.

また、本発明は、前記非水電解質電池用活物質を含有する電極を備えた非水電解質電池である。   Moreover, this invention is a nonaqueous electrolyte battery provided with the electrode containing the said active material for nonaqueous electrolyte batteries.

また、本発明は、カーボン源にエタノールを用いて、前記非水電解質電池用活物質を製造する非水電解質電池用活物質の製造方法である。   Moreover, this invention is a manufacturing method of the active material for nonaqueous electrolyte batteries which manufactures the said active material for nonaqueous electrolyte batteries using ethanol for a carbon source.

X線光電子分光分析(XPS)は周知の元素分析法であり、特開2001−305082号公報には以下の記載がある。XPSは、試料にX線を照射し、そのときに試料から放出された光電子のエネルギーを検出してエネルギースペクトルを求め、このエネルギースペクトルのピークに関する情報に基づいて元素分析を行うものである。XPSを用いた測定法には、相対分解能を一定にして行う方法と、絶対分解能を一定にして行う方法があるが、後者の方法では、低エネルギー側でも、高エネルギー側でも一定の分解能となるので、化学状態を分析する場合には後者の方法による測定が行われる。   X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is a well-known elemental analysis method, and Japanese Patent Laid-Open No. 2001-305082 has the following description. XPS irradiates a sample with X-rays, detects the energy of photoelectrons emitted from the sample at that time, obtains an energy spectrum, and performs elemental analysis based on information on the peak of the energy spectrum. There are two types of measurement methods using XPS: a method with constant relative resolution and a method with constant absolute resolution. In the latter method, the resolution is constant on both the low energy side and the high energy side. Therefore, when the chemical state is analyzed, measurement by the latter method is performed.

試料表面から放出された光電子についてのエネルギースペクトルを示す図は、試料中に含まれる元素に対応したエネルギー位置にピークが現れる。試料から放出される光電子の運動エネルギーにはある程度の幅があるため、エネルギースペクトルは連続スペクトルとなる。エネルギースペクトルにおけるスペクトル強度は、試料に含まれる個々の元素の濃度を示し、大きな強度を有するピークは、これに対応した運動エネルギーを有する元素が多く存在することを示唆している。従って、各ピークの面積を求めることによって、各元素の濃度を定量することが可能となる。しかし、試料中の元素濃度と、ピークの面積の関係は線形ではない。これは、光電子の励起のし易さが異なるためである。このように、個々の原子毎に光電子の放出し易さが異なるため、定量分析を行うためには、光電子の放出し易さを考慮した補正が必要となる。この補正を行うために用いるのが相対感度因子(RSF)である。相対感度因子RSFは次のように定義される。
RSF=σ・λ・T・β …(3)
In the diagram showing the energy spectrum of photoelectrons emitted from the sample surface, a peak appears at the energy position corresponding to the element contained in the sample. Since the kinetic energy of the photoelectrons emitted from the sample has a certain range, the energy spectrum becomes a continuous spectrum. The spectral intensity in the energy spectrum indicates the concentration of each element contained in the sample, and the peak having a large intensity suggests that there are many elements having the corresponding kinetic energy. Therefore, the concentration of each element can be quantified by determining the area of each peak. However, the relationship between the element concentration in the sample and the peak area is not linear. This is because the ease of excitation of photoelectrons is different. As described above, since the easiness of emission of photoelectrons varies from one atom to another, in order to perform quantitative analysis, a correction in consideration of the easiness of emission of photoelectrons is necessary. A relative sensitivity factor (RSF) is used to perform this correction. The relative sensitivity factor RSF is defined as follows.
RSF = σ · λ · T · β (3)

ここで、σは光イオン化断面積であり、光電子の発生確率に関するファクターである。λは非弾性散乱平均自由行程(IMFP)、Tはアナライザ透過関数(以下、単に透過関数と称す)である。また、βは非対称パラメータであり、X線が照射されたときの光電子の発生のし易さに関するファクターである。なお、IMFPλは、脱出深さと称されることもある。このように、エネルギースペクトルから試料中の元素の濃度を定量するためには相対感度因子RSFが分からなければならず、相対感度因子RSFが分かるためには、光イオン化断面積σ、IMFPλ、透過関数T、非対称パラメータβの4つのファクターが分からなければならない。これらの4つのファクターのうち、光イオン化断面積σの値はスコフィールド(Scofield)のテーブルを用いて求めることができ、IMFPλは田沼等によって定式化されている式を用いて求めることができ、非対称パラメータβは周知のテーブルを用いて求めることができる。   Here, σ is a photoionization cross-sectional area, which is a factor relating to the generation probability of photoelectrons. λ is an inelastic scattering mean free path (IMFP), and T is an analyzer transmission function (hereinafter simply referred to as a transmission function). Β is an asymmetric parameter and is a factor relating to the ease of generation of photoelectrons when X-rays are irradiated. IMFPλ is sometimes referred to as escape depth. Thus, in order to quantify the concentration of elements in the sample from the energy spectrum, the relative sensitivity factor RSF must be known, and in order to know the relative sensitivity factor RSF, the photoionization cross section σ, IMFPλ, transmission function Four factors, T and asymmetric parameter β, must be known. Among these four factors, the value of the photoionization cross section σ can be obtained using a Scofield table, and IMFPλ can be obtained using an equation formulated by Tanuma et al. The asymmetric parameter β can be obtained using a known table.

透過関数Tについては、一般的には、XPSのメーカーから提供される。このメーカーから提供される透過関数Tは物理的定数として理論的に求めたものである。しかし、透過関数TはXPSの装置毎に異なっており、また経年変化する。従って、メーカーから提供された透過関数Tをいつもそのまま使うことは望ましいものではなく、より正確に元素の定量を行うためには、透過関数TをXPSの装置毎に精度よく求めることが好ましい。   The transmission function T is generally provided by the XPS manufacturer. The transmission function T provided by this manufacturer is theoretically obtained as a physical constant. However, the transmission function T is different for each XPS apparatus, and changes over time. Therefore, it is not desirable to always use the transmission function T provided by the manufacturer as it is, and it is preferable to accurately determine the transmission function T for each XPS apparatus in order to more accurately determine the element.

なお、エネルギースペクトルは、Shirley法によるベースライン補正を行うことが望ましい。Shirley法については、「日本表面科学会編:X線光電子分光法、丸善株式会社(1998)」に詳述されている。   The energy spectrum is preferably subjected to baseline correction by the Shirley method. The Shirley method is described in detail in “The Surface Science Society of Japan: X-ray photoelectron spectroscopy, Maruzen Co., Ltd. (1998)”.

本発明によれば、高性能の非水電解質電池とすることのできる非水電解質電池用活物質を提供することができる。また、高性能の非水電解質電池を提供することができる。また、高性能の非水電解質電池とすることのできる非水電解質電池用活物質の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the active material for nonaqueous electrolyte batteries which can be used as a high performance nonaqueous electrolyte battery can be provided. In addition, a high-performance nonaqueous electrolyte battery can be provided. Moreover, the manufacturing method of the active material for nonaqueous electrolyte batteries which can be used as a high performance nonaqueous electrolyte battery can be provided.

本発明に係るチタン酸リチウム粒子としては、一般式LiTi (1.0≦x≦2.4、1≦y≦2)で表されるものを用いることができる。 Examples of the lithium titanate particles according to the present invention, the general formula Li x Ti y O 4 can be used (1.0 ≦ x ≦ 2.4,1 ≦ y ≦ 2) in those represented.

チタン酸リチウム粒子のカーボンによる被覆率が高いほど、X線光電子分光分析で求められるチタンに対するカーボンの原子比率(C/Ti)の値が大きくなり、カーボンが粒子表面を完全に覆った場合、前記(C/Ti)の値は理論上無限大となる。   The higher the coverage of lithium titanate particles with carbon, the greater the atomic ratio of carbon to titanium (C / Ti) required by X-ray photoelectron spectroscopy analysis. When carbon completely covers the particle surface, The value of (C / Ti) is theoretically infinite.

チタン酸リチウムは、一般に、一次粒子が凝集して二次粒子を形成しているが、本願特許請求の範囲にいう「チタン酸リチウム粒子」は、一次粒子を指すものとする。なお、X線光電子分光分析を行うにあたっては、二次粒子をそのまま測定に供すればよく、一次粒子に解体して測定に供する等の特段の注意は特段要しない。   Lithium titanate is generally formed by agglomerating primary particles to form secondary particles, but the “lithium titanate particles” referred to in the claims of the present application refer to primary particles. In performing X-ray photoelectron spectroscopic analysis, the secondary particles may be used for measurement as they are, and no special attention is required such as disassembling the primary particles for measurement.

前記(C/Ti)の値が6未満であると、チタン酸リチウム粒子の電子伝導性が低下し、チタン酸リチウムへのリチウム挿入・脱離反応がおこりにくくなる。前記(C/Ti)の値は、より好ましくは6.3≦(C/Ti)≦8である。(C/Ti)の値を8以下とすることによって、カーボンによる被覆率が高くなりすぎることがなく、チタン酸リチウムへのリチウム挿入・脱離反応がおこりにくくなるおそれを低減できる。これは、カーボンにおいてリチウムが挿入・脱離反応がおこる電位はチタン酸リチウムの場合よりも卑であるので、チタン酸リチウムへのリチウム挿入・脱離がおこる電位では、カーボンはリチウム挿入・脱離反応の障害物となるためであると推定される。したがって、カーボンによる被覆率は高すぎないことが好ましく、チタン酸リチウムへのリチウム挿入・脱離反応のおこりやすさは、カーボンによる被覆率が上記範囲内にあるときに極大値をとる。   When the value of (C / Ti) is less than 6, the electronic conductivity of the lithium titanate particles decreases, and the lithium insertion / extraction reaction to the lithium titanate hardly occurs. The value of (C / Ti) is more preferably 6.3 ≦ (C / Ti) ≦ 8. By setting the value of (C / Ti) to 8 or less, the coverage with carbon does not become too high, and the possibility that the lithium insertion / extraction reaction to lithium titanate hardly occurs can be reduced. This is because the potential at which lithium insertion / extraction reaction occurs in carbon is lower than that in lithium titanate, so at the potential at which lithium insertion / extraction from lithium titanate occurs, carbon is inserted / extracted from lithium. This is presumed to be an obstacle to reaction. Accordingly, it is preferable that the coverage with carbon is not too high, and the ease of the lithium insertion / extraction reaction to lithium titanate takes a maximum value when the coverage with carbon is within the above range.

本発明に係る活物質表面の、カーボンを備えている部分におけるカーボン層の厚さは、5nm以下であることが好ましい。前記カーボン層の厚さは、活物質の二次粒子をランダムに5個選択し、それぞれに対して透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察し、カーボン層が観察される少なくとも1個以上の一次粒子に対して厚さを見積り、それぞれの一次粒子に生成したカーボンの厚さを単純平均して見積られるものとする。   It is preferable that the thickness of the carbon layer in the part provided with carbon on the surface of the active material according to the present invention is 5 nm or less. The thickness of the carbon layer is determined by randomly selecting five secondary particles of the active material and observing each of them using a transmission electron microscope (TEM), and at least one carbon layer is observed. The thickness is estimated for the primary particles, and the thickness of the carbon generated in each primary particle is estimated by simple averaging.

カーボンの厚さは、エネルギー分散型蛍光X線分析(EDS)または電子エネルギー損失分光法(EELS)から見積ってもよい。   Carbon thickness may be estimated from energy dispersive X-ray fluorescence analysis (EDS) or electron energy loss spectroscopy (EELS).

電子線を用いた上記分析方法に用いる薄片試料の作製方法としては、FIBを用いた方法が好ましい。   A method using FIB is preferable as a method for preparing a thin piece sample used in the analysis method using an electron beam.

なお、このような手順でTEM観察を行った場合、チタン酸リチウムの表面にカーボンの観察される部分と観察されない部分がみられる場合がある。カーボンの観察されない部分は、カーボンを備えていない部分であることが考えられるが、FIB等の処理の過程でカーボンが剥がれ落ちた可能性も考えられる。チタン酸リチウム表面が備えるカーボン層の厚さを見積もる場合には、カーボン層が観察される部分において行うことが相当である。   In addition, when TEM observation is performed in such a procedure, a portion where carbon is observed and a portion where carbon is not observed may be seen on the surface of lithium titanate. The part where carbon is not observed is considered to be a part not including carbon, but it is also possible that the carbon is peeled off during the process of FIB or the like. When estimating the thickness of the carbon layer provided on the surface of the lithium titanate, it is appropriate to perform it in a portion where the carbon layer is observed.

前記カーボン層の厚さが5nm以下であることが好ましい理由は次のように考えられる。即ち、電池の中で活物質との集電は、電極中に添加した導電剤を介すること以外に、活物質粒子同士を介した電子伝導がある。後者の電子伝導では、チタン酸リチウムの電子伝導性よりもカーボンの電子伝導性の方が良好なので、カーボンを通した表面伝導が支配的となる。表面伝導性を良好とするためには、その断面積を大きくすることが好ましい。つまり、カーボン層の厚さを厚くすることが有効である。一方、カーボン層を通したチタン酸リチウムへのリチウム挿入反応は、カーボン層の厚さが厚くなるほど抑制される。   The reason why the thickness of the carbon layer is preferably 5 nm or less is considered as follows. That is, the current collection with the active material in the battery includes electronic conduction through the active material particles other than through the conductive agent added to the electrode. In the latter electronic conduction, the electronic conductivity of carbon is better than that of lithium titanate, and therefore surface conduction through carbon is dominant. In order to improve the surface conductivity, it is preferable to increase the cross-sectional area. That is, it is effective to increase the thickness of the carbon layer. On the other hand, the lithium insertion reaction into lithium titanate through the carbon layer is suppressed as the thickness of the carbon layer increases.

カーボンの存在は、ラマン分光分析によっても確かめられる。カーボンの厚さが極めて薄くて、透過型電子顕微鏡を用いて確認することが困難であったとしても、例えばアルゴンイオンレーザーを用いたラマン分光分析を用いることにより、カーボンに由来するピークを約1600cm−1及び約1360cm−1に確認することができる。 The presence of carbon can also be confirmed by Raman spectroscopy. Even if the thickness of carbon is extremely thin and difficult to confirm using a transmission electron microscope, the peak derived from carbon is about 1600 cm by using, for example, Raman spectroscopic analysis using an argon ion laser. -1 and about 1360 cm -1 .

本発明に係るチタン酸リチウムの平均粒子径は、20μm以下が好ましい。平均粒子径が20μm以下であることにより、粒子内のリチウム拡散に由来する抵抗が支配的となるおそれを低減できることから、カーボンコートを一定の条件で施した場合に、本発明による効果が顕著でないものとなるおそれを低減できる。なお、本願明細書において、粒子の平均粒子径は、積算分布曲線における、粒子径の小さい方から積算して合計個数50%の粒子径であるD50(μm)で表されるものとする。また、その積算粒径は、粒子を溶媒中超音波分散した後、レーザー法によって測定されるものとする。 The average particle size of the lithium titanate according to the present invention is preferably 20 μm or less. When the average particle size is 20 μm or less, it is possible to reduce the possibility that the resistance derived from lithium diffusion in the particles becomes dominant. Therefore, the effect of the present invention is not remarkable when the carbon coat is applied under certain conditions. The risk of becoming a thing can be reduced. In the specification of the present application, the average particle diameter of the particles is represented by D 50 (μm), which is the particle diameter of the total number of 50% accumulated from the smaller particle diameter in the cumulative distribution curve. Further, the cumulative particle diameter is measured by a laser method after ultrasonically dispersing the particles in a solvent.

本発明の非水電解質電池用活物質を合成する方法としては、チタン酸リチウムを焼成炉に入れた後に、焼成炉を高温に昇温してからカーボン源を供給する方法、チタン酸リチウムの原料を焼成炉に入れた後に、焼成炉を高温に昇温してチタン酸リチウムを合成し、その後、カーボン源を供給する方法等がある。   As a method for synthesizing the active material for a non-aqueous electrolyte battery of the present invention, a method of supplying a carbon source after raising the temperature of the firing furnace to a high temperature after putting lithium titanate into the firing furnace, a raw material of lithium titanate There is a method of, for example, supplying a carbon source after the temperature of the baking furnace is increased to a high temperature to synthesize lithium titanate.

カーボン源としては、アルコール、炭化水素及び芳香族系炭素材料が例示される。アルコールには、エタノール、プロパノール、ブタノール等が例示される。   Examples of the carbon source include alcohols, hydrocarbons, and aromatic carbon materials. Examples of the alcohol include ethanol, propanol, butanol and the like.

アルコールを焼成炉に供給する方法には、液体を直接供給する方法、液体を気化して供給する方法等がある。後者の方法では、アルコールをガス状にし、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスとの混合ガスとして供給することが好ましい。カーボン源としてアルコールを用いて本発明活物質を得るためには、カーボンの生成速度をV(mass%/h)とすると、その値をV<0.8の関係を満たす範囲内にすることが好ましい。   As a method of supplying alcohol to the baking furnace, there are a method of directly supplying a liquid, a method of supplying the liquid by vaporizing, and the like. In the latter method, it is preferable that the alcohol is gasified and supplied as a mixed gas with an inert gas such as nitrogen, argon or helium. In order to obtain the active material of the present invention using alcohol as a carbon source, assuming that the carbon production rate is V (mass% / h), the value should be within a range satisfying the relationship of V <0.8. preferable.

本発明者が見出したところによれば、カーボンの生成速度によってチタン酸リチウム粒子表面に生成したカーボンの形態が大きく変化し、X線光電子分光分析で求められた、原子比率(C/Ti)も異なる。生成速度を0.8(mass%/h)未満とすることにより、(C/Ti)が著しく低下してしまうおそれを低減できる。   According to the finding of the present inventor, the form of carbon generated on the surface of the lithium titanate particles greatly changes depending on the generation rate of carbon, and the atomic ratio (C / Ti) determined by X-ray photoelectron spectroscopy is also obtained. Different. By setting the generation rate to less than 0.8 (mass% / h), it is possible to reduce the possibility that (C / Ti) is remarkably lowered.

カーボン源としてメタノールを用い、これをガス状にし、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスとの混合ガスとして供給してチタン酸リチウム粒子表面にカーボンを生成させた場合は、カーボンがチタン酸リチウム粒子表面を不均一にコートしてしまうおそれがあり、このような場合、カーボンの生成速度を上記範囲に限定しても、得られた活物質の(C/Ti)の値は6よりも小さくなるおそれがある。したがって、本発明活物質を合成する際は、メタノール以外のアルコールを用いることが好ましい。   When methanol is used as the carbon source, this is gasified and supplied as a mixed gas with an inert gas such as nitrogen, argon, or helium to generate carbon on the lithium titanate particle surface, the carbon is lithium titanate. The particle surface may be coated unevenly. In such a case, even if the carbon generation rate is limited to the above range, the (C / Ti) value of the obtained active material is smaller than 6. There is a risk. Therefore, it is preferable to use an alcohol other than methanol when synthesizing the active material of the present invention.

本発明の非水電解質電池用活物質は、正極活物質として用いてもよく、負極活物質として用いてもよい。   The active material for a nonaqueous electrolyte battery of the present invention may be used as a positive electrode active material or a negative electrode active material.

本発明の非水電解質電池用活物質を正極活物質として適用する場合は、負極活物質として、金属リチウム、Li3−PN(Mは遷移金属、0≦P≦0.8)などの窒化物及びリチウム合金が例示される。リチウム合金としては、リチウムとアルミニウム、亜鉛、ビスマス、カドミウム、アンチモン、シリコン、鉛、錫、ガリウム、またはインジウムとの合金が例示される。 When applying a non-aqueous electrolyte battery active material of the present invention as the positive electrode active material, as an anode active material, metal lithium, Li 3-P M P N (M is a transition metal, 0 ≦ P ≦ 0.8) such as Nitride and lithium alloy are exemplified. Examples of the lithium alloy include alloys of lithium and aluminum, zinc, bismuth, cadmium, antimony, silicon, lead, tin, gallium, or indium.

本発明の非水電解質電池用活物質を負極活物質として適用する場合は、正極活物質として、例えば、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLiMnまたはLiMnO)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLiCoO)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLiNi1−yCo)、リチウム遷移金属複合酸化物(例えばLiNiCoMn1−y−z)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLiMn2−yNi)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えばLiFePO、LiFe1−yMnPO、LiCoPOなど)、LiMVO(Mは遷移金属)、LiVOPO、LiMSiO(Mは遷移金属)、Li(PO、LiMBO(Mは遷移金属)、二酸化マンガン(MnO)、酸化鉄、硫酸鉄(Fe(SO)、バナジウム酸化物(例えばV)、酸化銅、酸化ニッケルなどを用いることができる。 また、種々の硫化物を用いることができる。また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、フッ化カーボンなどの有機材料及び無機材料も用いることができる。さらに、これらの化合物にAl、P、B、またはそれ以外の典型非金属元素、典型金属元素を含有した物質を使用することができる。 When the active material for a nonaqueous electrolyte battery of the present invention is applied as a negative electrode active material, examples of the positive electrode active material include lithium manganese composite oxide (for example, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), lithium nickel composite. Oxides (eg, Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxides (eg, Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxides (eg, LiNi 1-y Co y O 2 ), lithium transition metal composite oxides (eg, LiNi x Co y Mn 1-yz O 2 ), spinel-type lithium manganese nickel composite oxide (for example, Li x Mn 2-y Ni y O 4 ), lithium phosphorous oxide having an olivine structure (for example, Li x FePO 4 , Li x Fe 1-y Mn y PO 4, Li , etc. x CoPO 4), Li x MVO 4 (M Is a transition metal), LiVOPO 4 , Li x MSiO 4 (M is a transition metal), Li x V 2 (PO 4 ) 3 , Li x MBO 3 (M is a transition metal), manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, Iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (eg, V 2 O 5 ), copper oxide, nickel oxide, or the like can be used. Various sulfides can be used. In addition, conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, disulfide polymer materials, organic materials such as carbon fluoride, and inorganic materials can also be used. Furthermore, substances containing Al, P, B, or other typical nonmetallic elements or typical metal elements in these compounds can be used.

正極は、正極活物質を含む正極層及び正極集電体からなる。正極層は、正極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒中混合し、得られたスラリーを正極集電体に塗布し、さらに乾燥することにより製造することができる。   The positive electrode includes a positive electrode layer containing a positive electrode active material and a positive electrode current collector. The positive electrode layer can be produced by mixing a positive electrode active material, a conductive agent and a binder in a solvent, applying the resulting slurry to a positive electrode current collector, and further drying.

負極は、負極活物質を含む負極層及び負極集電体からなる。負極層は、負極活物質及び結着剤を溶媒中混合し、得られたスラリーを負極集電体に塗布し、さらに乾燥することにより製造することができる。また、負極層中に、負極活物質とは別に導電剤が含まれていてもよい。   The negative electrode includes a negative electrode layer containing a negative electrode active material and a negative electrode current collector. The negative electrode layer can be produced by mixing a negative electrode active material and a binder in a solvent, applying the resulting slurry to a negative electrode current collector, and further drying. The negative electrode layer may contain a conductive agent separately from the negative electrode active material.

正極または負極に用いる集電体としては、アルミニウム、鉄、ステンレス、ニッケル、銅あるいはそれらの合金を用いることができる。また、その形状としては、シート、発泡体、焼結多孔体、エキスパンド格子が例示される。さらに、集電体として、前記集電体に任意の形状で穴を開けたものを用いてもよい。   As the current collector used for the positive electrode or the negative electrode, aluminum, iron, stainless steel, nickel, copper, or an alloy thereof can be used. Examples of the shape include a sheet, a foam, a sintered porous body, and an expanded lattice. Furthermore, as the current collector, a current collector having a hole in an arbitrary shape may be used.

正極または負極に用いる導電剤としては、種々の炭素材料を用いることができる。炭素材料には、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛や、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素が例示される。表面にカーボンを備える本発明の活物質を用いる電極においても、これらの導電剤を併用することは、良好な電池性能を引き出す一助とすることができるため、好ましい。導電剤としての炭素材料の量は、活物質に対して5質量%以下が好ましい。とりわけ、表面にカーボンを備える本発明の活物質を用いる電極においては、これらの導電剤の使用量を少なく抑えることができ、例えば活物質に対して1質量%以下とすることができる。特に、本発明の効果は、活物質に対して0.6質量%以下としたとき、より顕著に観察される。   As a conductive agent used for the positive electrode or the negative electrode, various carbon materials can be used. Examples of the carbon material include graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke. Also in the electrode using the active material of the present invention having carbon on the surface, it is preferable to use these conductive agents in combination because it can help bring out good battery performance. The amount of the carbon material as the conductive agent is preferably 5% by mass or less with respect to the active material. In particular, in an electrode using the active material of the present invention having carbon on the surface, the amount of these conductive agents used can be suppressed to a low level, for example, 1% by mass or less based on the active material. In particular, the effect of the present invention is more noticeably observed when the content is 0.6% by mass or less based on the active material.

正極活物質または負極活物質と結着剤とを混合する際に用いる溶媒または溶液としては、結着剤を溶解または分散する溶媒または溶液を用いることができる。その溶媒または溶液としては、非水溶媒または水溶液を用いることができる。非水溶媒には、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N−N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等をあげることができる。一方、水溶液には、水、または分散剤、増粘剤等を加えた水溶液を用いることができる。後者の水溶液中で、SBR等のラテックスと活物質とを混合し、それらをスラリー化することができる。   As the solvent or solution used for mixing the positive electrode active material or the negative electrode active material and the binder, a solvent or a solution in which the binder is dissolved or dispersed can be used. As the solvent or solution, a non-aqueous solvent or an aqueous solution can be used. Non-aqueous solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran, etc. Can do. On the other hand, as the aqueous solution, water or an aqueous solution to which a dispersant, a thickener, or the like is added can be used. In the latter aqueous solution, latex such as SBR and an active material can be mixed and slurried.

正極または負極に用いられる結着剤としては、例えば、PVdF(ポリフッ化ビニリデン)、P(VdF/HFP)(ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース、またはこれらの誘導体を、単独で、または混合して用いることができる。   Examples of the binder used for the positive electrode or the negative electrode include PVdF (polyvinylidene fluoride), P (VdF / HFP) (polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer), PTFE (polytetrafluoroethylene), and fluorination. Polyvinylidene fluoride, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluororubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, Or these derivatives can be used individually or in mixture.

セパレータとしては、微多孔性高分子膜、合成樹脂製不織布等を用いることができ、その材質としては、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、及びポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等のポリオレフィンが例示される。これらの中では、ポリオレフィンの微多孔性膜がとくに好ましい。または、ポリエチレンとポリプロピレンとを積層した微多孔製膜を用いてもよい。   As the separator, a microporous polymer membrane, a synthetic resin non-woven fabric, or the like can be used, and the materials thereof are nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, and polypropylene, polyethylene, polybutene. And the like. Of these, polyolefin microporous membranes are particularly preferred. Alternatively, a microporous film in which polyethylene and polypropylene are laminated may be used.

非水電解質としては、非水電解液、高分子固体電解質、ゲル状電解質、無機固体電解質を用いることができる。電解質には孔があってもよい。非水電解液は、非水溶媒及び溶質から構成される。   As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, a polymer solid electrolyte, a gel electrolyte, or an inorganic solid electrolyte can be used. The electrolyte may have pores. The non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous solvent and a solute.

電解質塩としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCFSO)、ビストリフルオロメチルスルホニルイミトリチウム[LiN(CFSO]、ホウ素系シュウ酸塩(例えばLiBOB)などのリチウム塩が挙げられる。 Examples of the electrolyte salt include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), and trifluoro Examples thereof include lithium salts such as lithium metasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), bistrifluoromethylsulfonylimitolithium [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], and boron-based oxalate (for example, LiBOB).

非水電解液に用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ビニレンカーボネート(VC)などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン(THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)などの環状エーテル、ジメトキシエタン(DME)などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン(BL)アセトニトリル(AN)、スルホラン(SL)、及び1,3−プロパンスルトン、1,3−プロペンスルトン等のスルトン類等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または2種以上の混合物の形態で用いることができる。   Examples of the organic solvent used in the non-aqueous electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), and diethyl. Chain carbonates such as carbonate (DEC), cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), chain ethers such as dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (BL) acetonitrile (AN), sulfolane ( SL), and sultone such as 1,3-propane sultone and 1,3-propene sultone. These organic solvents can be used alone or in the form of a mixture of two or more.

また、非水電解質として、リチウムイオンを含有した常温溶融塩を用いることができる。
本発明の電池に用いる外装材としては、金属製容器や、ラミネート製フィルムを用いることができる。金属製容器としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどからなる金属缶を、その形状としては角形、円筒形のものを使用できる。ラミネート製フィルムは、金属箔に樹脂フィルムで被覆された多層フィルムからなり、前記樹脂としてポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子を用いることができる。
Moreover, a room temperature molten salt containing lithium ions can be used as the non-aqueous electrolyte.
As an exterior material used for the battery of the present invention, a metal container or a laminate film can be used. As the metal container, a metal can made of aluminum, aluminum alloy, iron, stainless steel or the like can be used. The laminate film is a multilayer film in which a metal foil is coated with a resin film, and a polymer such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, or polyethylene terephthalate (PET) can be used as the resin.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、発明の主旨を越えない限り何ら限定されるものでない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in detail, unless it exceeds the main point of invention, it is not limited at all.

<カーボンをコートさせたチタン酸リチウムの作製>
平均粒子径18μmのスピネル形チタン酸リチウム(LiTi12)粉末を内容積20リットルの焼成炉(高砂工業(株)製外熱式バッチロータリーキルン)の反応容器に入れ、窒素雰囲気下、600℃で保持した。その後、所定の温度で水浴加熱したアルコールを窒素ガスでバブリングすることによって、反応容器中へ流速5リットル/分で所定時間供給した。その後、焼成炉を冷却し、表1に示す活物質SA1〜SA9を作製した。
<Production of carbon-coated lithium titanate>
A spinel type lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) powder having an average particle size of 18 μm was placed in a reaction vessel of a 20 liter baking furnace (externally heated batch rotary kiln manufactured by Takasago Industry Co., Ltd.), under a nitrogen atmosphere, Hold at 600 ° C. Thereafter, alcohol heated in a water bath at a predetermined temperature was bubbled with nitrogen gas to supply the reaction vessel at a flow rate of 5 liters / minute for a predetermined time. Thereafter, the firing furnace was cooled to produce active materials SA1 to SA9 shown in Table 1.

(XPS分析条件)
装置名:PHI社製Quantera SXM
励起X線:AlKα線(1486.6eV)
X線径:200μm
光電子脱出角度:45°(試料表面に対する検出器の傾き)
(XPS analysis conditions)
Device name: Quantera SXM manufactured by PHI
Excitation X-ray: AlKα ray (1486.6 eV)
X-ray diameter: 200 μm
Photoelectron escape angle: 45 ° (inclination of detector with respect to sample surface)

前記活物質SA1〜SA9の作製において、カーボン源に用いたアルコールの種類、アルコールを水浴加熱した温度、焼成炉へアルコールを供給した時間、XPS分析で求められたチタンに対するカーボンの原子比率(C/Ti)を表1に示した。ここで、(C/Ti)の値を求めるにあたり、相対感度因子を考慮する必要があるところ、本願明細書の実施例においては、C1sを1.00とした場合のTi2pの感度因子比の値として7.29を採用した。なお、エネルギースペクトルは、Shirley法によるベースライン補正を行った。   In the production of the active materials SA1 to SA9, the type of alcohol used as the carbon source, the temperature at which the alcohol was heated in a water bath, the time during which the alcohol was supplied to the firing furnace, the atomic ratio of carbon to titanium determined by XPS analysis (C / Ti) is shown in Table 1. Here, in obtaining the value of (C / Ti), it is necessary to consider the relative sensitivity factor. In the examples of the present specification, the value of the sensitivity factor ratio of Ti2p when C1s is 1.00. 7.29 was adopted. The energy spectrum was baseline corrected by the Shirley method.

作製した活物質SA1〜SA9について、粒子が備えるカーボンの量を熱重量測定(TG)によって求めたところ、いずれも1.0質量%であることがわかった。   About the produced active material SA1-SA9, when the quantity of carbon with which particle | grains were equipped was calculated | required by thermogravimetry (TG), all turned out to be 1.0 mass%.

また、作製した活物質SA1〜SA9について、チタン酸リチウムの粒子表面に生成したカーボンの様子を透過電子顕微鏡(TEM)で観察した。TEM観察に際し、FIBを用いて薄片試料を作成した。図1〜2に、SA4及びSA9についてのTEM観察結果を代表して図に示す。   Moreover, about the produced active material SA1-SA9, the mode of the carbon produced | generated on the particle | grain surface of lithium titanate was observed with the transmission electron microscope (TEM). During TEM observation, a thin piece sample was prepared using FIB. FIGS. 1 and 2 show representative TEM observation results for SA4 and SA9.

図1は、カーボン源にエタノールを使用して作製した活物質SA4に係る粒子表面付近のTEM観察結果である。画面右上に示したスケールの長さが40nmである。画面右下部分を広く占める平滑な外観で観察される部分はチタン酸リチウム粒子に対応し、FIBによって切断されたチタン酸リチウム粒子断面を観察画面に向けていることになる。画面左下から右上にかけて斜めに直線的に横切る黒い筋が前処理として試料に被覆した白金である。そして、前記白金部分と、前記チタン酸リチウム粒子部分に挟まれる白みを帯びた細い線が、原料のエタノールに由来するカーボンである。この図あるいはさらに拡大した図から、活物質SA4において、チタン酸リチウム粒子表面に備えるカーボン層の厚さは3〜4nmと見積もられた。   FIG. 1 is a TEM observation result in the vicinity of the particle surface of the active material SA4 produced using ethanol as a carbon source. The length of the scale shown at the upper right of the screen is 40 nm. The portion observed with a smooth appearance occupying the lower right portion of the screen corresponds to the lithium titanate particles, and the cross section of the lithium titanate particles cut by the FIB is directed to the observation screen. The black streaks that cross diagonally and diagonally from the lower left to the upper right of the screen are platinum coated on the sample as a pretreatment. And the thin white line between the platinum part and the lithium titanate particle part is carbon derived from the raw material ethanol. From this figure or a further enlarged figure, the thickness of the carbon layer provided on the surface of the lithium titanate particles in the active material SA4 was estimated to be 3 to 4 nm.

図2は、カーボン源にメタノールを使用して作製した活物質SA9に係る粒子表面付近のTEM観察結果である。画面右上に示したスケールの長さが100nmである。左上角部分に平滑な外観で観察される部分はチタン酸リチウムの粒子に対応し、FIBによって切断されたチタン酸リチウム粒子断面を観察画面に向けていることになる。画面中央に丸で囲った部分に観察される嵩高い物体は原料のメタノールに由来するカーボンである。このように、活物質SA9において、チタン酸リチウム粒子の表面にカーボンが100nm以上のサイズで嵩高く付着している様子が観察された。   FIG. 2 shows a TEM observation result in the vicinity of the particle surface of the active material SA9 produced using methanol as a carbon source. The length of the scale shown at the upper right of the screen is 100 nm. The portion observed with a smooth appearance in the upper left corner corresponds to the lithium titanate particles, and the cross section of the lithium titanate particles cut by the FIB is directed to the observation screen. The bulky object observed in the circled part in the center of the screen is carbon derived from the raw material methanol. As described above, in the active material SA9, it was observed that the carbon adhered to the surface of the lithium titanate particles in a bulky size of 100 nm or more.

TEM観察の結果、SA1〜SA6の負極活物質の粒子表面に生成したカーボン層の厚さは、いずれも5nm以下であった。また、カーボン源としてメタノールを用いた場合(活物質SA9)は、エタノールを用いた場合と比較して、カーボンコートの均一性が低く、(C/Ti)の比率が小さかった。   As a result of TEM observation, the thickness of the carbon layer formed on the surface of the negative electrode active material particles SA1 to SA6 was 5 nm or less. Further, when methanol was used as the carbon source (active material SA9), the uniformity of the carbon coat was lower and the ratio of (C / Ti) was smaller than when ethanol was used.

<負極の作製>
作製した活物質SA1〜SA9をそれぞれ負極活物質として用い、負極を作製した。N−メチルピロリドン(NMP)を溶媒とし、前記負極活物質、アセチレンブラック及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)を91.5:0.5:8の質量比で含有するスラリーを厚さ10μmの銅箔からなる集電体の両面に電極合剤密度が8.4mg/cm(集電体含まず)になるように塗布した後、乾燥しプレスすることによって負極を作製した。両面塗布した電極の質量は、集電体を含めて、26mg/cmであった。
<Production of negative electrode>
The produced active materials SA1 to SA9 were each used as a negative electrode active material to produce a negative electrode. A slurry containing N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent and containing the negative electrode active material, acetylene black and polyvinylidene fluoride (PVdF) in a mass ratio of 91.5: 0.5: 8 is obtained from a copper foil having a thickness of 10 μm. The negative electrode was prepared by applying the mixture to both sides of the current collector so that the electrode mixture density was 8.4 mg / cm 2 (excluding the current collector), and then drying and pressing. The mass of the electrode coated on both sides was 26 mg / cm 2 including the current collector.

<正極の作製>
正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物(LiNi1/6Co2/3Mn1/6)粉末を用いた。NMPを溶媒とし、前記正極活物質、アセチレンブラック及びPVdFを91:4.5:4.5の質量比で含有するスラリーを厚さが20μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に電極合剤密度が10.6mg/cm(集電体含まず)になるように塗布した後、乾燥しプレスすることによって正極を作製した。両面塗布した電極の質量は、集電体を含めて、27mg/cmであった。
<Preparation of positive electrode>
Lithium transition metal composite oxide (LiNi 1/6 Co 2/3 Mn 1/6 ) powder was used as the positive electrode active material. A slurry containing NMP as a solvent and containing the positive electrode active material, acetylene black and PVdF in a mass ratio of 91: 4.5: 4.5 on both surfaces of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm. After coating so that the density was 10.6 mg / cm 2 (not including the current collector), the positive electrode was produced by drying and pressing. The mass of the electrode coated on both sides was 27 mg / cm 2 including the current collector.

<非水電解質の作製>
非水電解質には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとメチルエチルカーボネートとの体積比6:7:7の混合溶媒にLiPFが1モル/リットルの濃度で溶解している溶液を用いた。
<Preparation of nonaqueous electrolyte>
As the nonaqueous electrolyte, a solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate in a volume ratio of 6: 7: 7 at a concentration of 1 mol / liter was used.

<非水電解質電池の作製>
前記正極、ポリエチレン製の多孔質セパレータ及び負極を捲回してなる電極群を、高さ49.3mm、幅33.7mm、厚さが5.17mmのアルミニウム製の電槽缶に収納し、次に3.2gの非水電解質を真空注液後、開封状態において80mAの電流値で1時間の定電流充電を行い、最後に封口作業を実施し、電池を作製した。表1に示した負極活物質SA1〜SA6を用いた非水電解質電池をそれぞれ実施例電池1〜実施例電池6とし、SA7〜SA9を用いた非水電解質をそれぞれ比較例電池1〜比較例電池3とした。
<Production of nonaqueous electrolyte battery>
The electrode group formed by winding the positive electrode, the polyethylene porous separator, and the negative electrode is housed in an aluminum battery case having a height of 49.3 mm, a width of 33.7 mm, and a thickness of 5.17 mm. After 3.2 g of nonaqueous electrolyte was poured into the vacuum, constant current charging was performed for 1 hour at a current value of 80 mA in an opened state, and finally a sealing operation was performed to produce a battery. The nonaqueous electrolyte batteries using the negative electrode active materials SA1 to SA6 shown in Table 1 are referred to as Example Battery 1 to Example Battery 6, respectively, and the nonaqueous electrolytes using SA7 to SA9 are respectively used as Comparative Example Battery 1 to Comparative Example Battery. It was set to 3.

<電池性能試験>
以下の充放電試験は、全て、25℃に保たれた恒温槽内で実施した。前記実施例電池1〜6及び比較例電池1〜3に対して、充電電圧を2.5V、電流値を80mAとした定電流定電圧充電を8時間行い、10分の放置後、放電終止電圧を1.0V、電流値を80mAとした定電流放電を行った。次に、充電電圧を2.5V、電流値を400mAとした定電流定電圧充電を3時間行い、10分の放置後、放電終止電圧を1.0V、電流値を400mAとした定電流放電を行った。この放電過程において得られた全ての電池の容量は400mAhであった。
<Battery performance test>
All the following charge / discharge tests were carried out in a thermostatic chamber maintained at 25 ° C. The battery of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to constant current and constant voltage charging with a charging voltage of 2.5 V and a current value of 80 mA for 8 hours, and left for 10 minutes. Was carried out at a constant current of 1.0 V and a current value of 80 mA. Next, constant current and constant voltage charging with a charging voltage of 2.5 V and a current value of 400 mA were performed for 3 hours, and after standing for 10 minutes, a constant current discharge with a discharge end voltage of 1.0 V and a current value of 400 mA was performed. went. The capacity of all the batteries obtained in this discharge process was 400 mAh.

次に、それぞれの電池に対して、充電電圧を2.5V、電流値を400mAとした定電流定電圧充電を3時間行い、10分の放置後、放電終止電圧を1.0V、電流値を4.8A(12ItmA)とした定電流放電を行った。400mA(1ItmA)における放電容量(400mAh)に対する4.8A(12ItmA)における放電容量の割合(百分率)を放電容量維持率として表1に併せて示す。   Next, for each battery, constant current and constant voltage charging with a charging voltage of 2.5 V and a current value of 400 mA were performed for 3 hours, and after leaving for 10 minutes, the discharge end voltage was 1.0 V and the current value was A constant current discharge of 4.8 A (12 ItmA) was performed. The ratio (percentage) of the discharge capacity at 4.8 A (12 ItmA) to the discharge capacity (400 mAh) at 400 mA (1 ItmA) is also shown in Table 1 as the discharge capacity maintenance rate.

表1の結果から明らかなように、(C/Ti)の値が6以上である試料を用いた実施例電池は、(C/Ti)の値が6未満である試料を用いた比較例電池と比べて、優れた高率放電性能を示した。なかでも、(C/Ti)の比率が6.3以上、8以下の試料を用いた場合に高率放電性能がとくに優れていることがわかる。   As is apparent from the results in Table 1, the example battery using the sample having a (C / Ti) value of 6 or more is a comparative battery using the sample having a (C / Ti) value of less than 6. Compared with, it showed excellent high rate discharge performance. In particular, it is understood that the high rate discharge performance is particularly excellent when a sample having a (C / Ti) ratio of 6.3 or more and 8 or less is used.

<カーボン層の厚さの異なる試料の作製>
次に、SA3の作製条件におけるアルコール供給時間を変化させることにより、チタン酸リチウム粒子表面に生成したカーボン層の厚さを変化させた試料を作製した。アルコール供給時間、カーボン層の厚さ、XPS分析で求められた(C/Ti)の比率を表2にまとめた。
<Preparation of samples with different carbon layer thickness>
Next, a sample was produced in which the thickness of the carbon layer formed on the surface of the lithium titanate particles was changed by changing the alcohol supply time under the SA3 preparation conditions. Table 2 summarizes the alcohol supply time, the thickness of the carbon layer, and the (C / Ti) ratio determined by XPS analysis.

次に、SA10、SA11、SA12を用いた非水電解質電池をそれぞれ実施例電池7〜実施例電池9とし、前述と同様の条件で充放電試験を行い、容量を確認した。各電池の容量は400mAhであった。引き続き、各電池に対して、前述と同様の条件で12ItmAの高率放電試験を行い、放電容量維持率を算出した。その結果を実施例電池3の結果と共に表2に併せて示す。   Next, the nonaqueous electrolyte batteries using SA10, SA11, and SA12 were designated as Example Battery 7 to Example Battery 9, respectively, and a charge / discharge test was performed under the same conditions as described above to confirm the capacity. The capacity of each battery was 400 mAh. Subsequently, a 12 ItmA high rate discharge test was performed on each battery under the same conditions as described above, and the discharge capacity retention rate was calculated. The results are shown in Table 2 together with the results of Example Battery 3.

表2から、チタン酸リチウム粒子表面に生成したカーボン層の厚さが5nm以下の場合に、それを用いた電池の高率放電性能が優れることがわかった。   From Table 2, when the thickness of the carbon layer produced | generated on the lithium titanate particle surface was 5 nm or less, it turned out that the high rate discharge performance of the battery using it is excellent.

上記には、SA3の条件を基準としてカーボン層の厚さを変えたものについて具体的に記載したが、SA1、SA2、SA4、SA5、SA6に対しても同様にして、アルコール供給時間を変えることによってカーボン層の厚さを変えて、得られた活物質を用いた電池の高率放電性能を比較した結果、いずれの場合においても、カーボン層の厚さが5nm以下の活物質を用いた電池の高率放電性能が優れることがわかった。   In the above description, the carbon layer thickness was changed based on the SA3 conditions, but the alcohol supply time was changed in the same manner for SA1, SA2, SA4, SA5, and SA6. As a result of comparing the high-rate discharge performance of the battery using the obtained active material by changing the thickness of the carbon layer according to the results, the battery using the active material having a carbon layer thickness of 5 nm or less in any case It was found that the high rate discharge performance was excellent.

実施例に係る活物質のTEM観察結果を示す図である。It is a figure which shows the TEM observation result of the active material which concerns on an Example. 比較例に係る活物質のTEM観察結果を示す図である。It is a figure which shows the TEM observation result of the active material which concerns on a comparative example.

Claims (3)

チタン酸リチウム粒子の表面の少なくとも一部にカーボンを備えると共に、X線光電子分光分析で求められるチタンに対するカーボンの原子比率(C/Ti)の値が6以上であることを特徴とする非水電解質電池用活物質。 A non-aqueous electrolyte comprising carbon on at least a part of the surface of lithium titanate particles and having a carbon to titanium atomic ratio (C / Ti) value of 6 or more determined by X-ray photoelectron spectroscopy Battery active material. 請求項1記載の非水電解質電池用活物質を含有する電極を備えた非水電解質電池。 A nonaqueous electrolyte battery comprising an electrode containing the active material for a nonaqueous electrolyte battery according to claim 1. カーボン源にエタノールを用いて、請求項1記載の非水電解質電池用活物質を製造する非水電解質電池用活物質の製造方法。 The manufacturing method of the active material for nonaqueous electrolyte batteries which manufactures the active material for nonaqueous electrolyte batteries of Claim 1 using ethanol for a carbon source.
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