JP2010055777A - Method for manufacturing positive active material and positive active material - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、非水電解質二次電池に用いる正極活物質に関し、特に、電池内部でのガス発生を抑制する正極活物質に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material used for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly, to a positive electrode active material that suppresses gas generation inside the battery.
近年、ビデオカメラやノート型パーソナルコンピュータなどのポータブル機器の普及に伴い、小型高容量の二次電池に対する需要が高まっている。現在使用されている二次電池にはアルカリ電解液を用いたニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池があるが、電池電圧が約1.2Vと低く、エネルギー密度の向上は困難である。このため、比重が0.534と固体の単体中最も軽いうえ、電位が極めて卑であり、単位重量当たりの電流容量も金属負極材料中最大であるリチウム金属を使用するリチウム金属二次電池が検討された。 In recent years, with the widespread use of portable devices such as video cameras and notebook personal computers, the demand for small, high-capacity secondary batteries has increased. Currently used secondary batteries include nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries using an alkaline electrolyte, but the battery voltage is as low as about 1.2 V, and it is difficult to improve the energy density. For this reason, a lithium metal secondary battery using lithium metal having a specific gravity of 0.534, which is the lightest of the solid simple substance, the potential is extremely base, and the current capacity per unit weight is the largest among the metal negative electrode materials. It was done.
ところが、リチウム金属を負極に使用する二次電池では、充電時に負極の表面に樹枝状のリチウム(デンドライト)が析出し、充放電サイクルによってこれが成長する。デンドライトの成長は、二次電池の充放電サイクル特性を劣化させるばかりではなく、最悪の場合には、正極と負極とが接触しないように配置された隔膜(セパレータ)を突き破って内部短絡を生じてしまい、その結果、発火して電池を破壊してしまうという問題がある。 However, in a secondary battery using lithium metal as a negative electrode, dendritic lithium (dendrites) is deposited on the surface of the negative electrode during charging, and this grows by a charge / discharge cycle. Dendritic growth not only deteriorates the charge / discharge cycle characteristics of the secondary battery, but in the worst case, it breaks through the diaphragm (separator) arranged so that the positive electrode and the negative electrode do not come into contact with each other, causing an internal short circuit. As a result, there is a problem that the battery is destroyed by firing.
そこで、例えば、下記特許文献1に記載されているように、コークスなどの炭素質材料を負極とし、アルカリ金属イオンをドーピング、脱ドーピングすることにより充放電を繰り返す二次電池が提案された。これによって、上述したような充放電の繰り返しにおける負極の劣化問題を回避できることがわかった。 Thus, for example, as described in Patent Document 1 below, a secondary battery that repeats charging and discharging by using a carbonaceous material such as coke as a negative electrode and doping and dedoping alkali metal ions has been proposed. As a result, it has been found that the above-described problem of deterioration of the negative electrode due to repeated charge / discharge can be avoided.
一方、正極活物質としては高電位を示す活物質の探索、開発によって、電池電圧が4V前後を示すものが現れ、注目を浴びている。それらの活物質としては、アルカリ金属を含む遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンなどの無機化合物が知られている。なかでも、LixNiO2(0<x≦1.0)、LixCoO2(0<x≦1.0)などのニッケルまたはコバルトを主体とするリチウム遷移金属複合酸化物が、高電位、安定性、長寿命という点から最も有望である。このなかでも、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)を主体とする正極活物質は、比較的高い電位を示す正極活物質であり、充電電流容量が高く、エネルギー密度を高めることが期待される。 On the other hand, as a positive electrode active material, a battery with a battery voltage of around 4 V has appeared due to the search and development of an active material exhibiting a high potential, and has attracted attention. As such active materials, inorganic compounds such as transition metal oxides containing alkali metals and transition metal chalcogens are known. Among these, lithium transition metal composite oxides mainly composed of nickel or cobalt such as Li x NiO 2 (0 <x ≦ 1.0) and Li x CoO 2 (0 <x ≦ 1.0) have a high potential, Most promising in terms of stability and long life. Among these, a positive electrode active material mainly composed of lithium nickelate (LiNiO 2 ) is a positive electrode active material exhibiting a relatively high potential, and is expected to have a high charge current capacity and an increased energy density.
しかしながら、ポータブル機器の更なる小型化、高機能化に伴い、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)を主体とするリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質をさらに改良し、充電電流容量をより高くすることが望まれている。また、上述のような正極活物質の改良によって、充放電効率の向上を達成することも望まれている。 However, along with further downsizing and higher functionality of portable devices, the positive electrode active material consisting of lithium transition metal composite oxide mainly composed of nickel (Ni) and cobalt (Co) has been further improved to further increase the charging current capacity. It is desired to make it higher. It is also desired to improve the charge / discharge efficiency by improving the positive electrode active material as described above.
例えば、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)を主体とする複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池においては、電池内部におけるガス発生が生じやすい。このため、例えば円筒型電池等においては電池内圧が上昇しやすく、また、ラミネート材に電池素子が封入された薄型電池においては、電池膨れが発生し易いという問題が生じる。 For example, in a secondary battery using a composite oxide mainly composed of lithium nickelate (LiNiO 2 ) as a positive electrode active material, gas is easily generated inside the battery. For this reason, for example, in a cylindrical battery or the like, the battery internal pressure is likely to increase, and in a thin battery in which a battery element is sealed in a laminate material, there is a problem that battery swelling is likely to occur.
したがって、この発明は、上記問題点を解消し、充電電流容量が高く、充放電効率の優れた正極活物質を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a positive electrode active material having a high charge current capacity and excellent charge / discharge efficiency.
上記課題を解決するために、この発明は、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)とを含む複合酸化物粒子に、リン酸化合物を被着させる被着工程と、リン酸化合物を被着させた複合酸化物粒子を加熱処理する加熱工程とを有する正極活物質の製造方法である。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a deposition step of depositing a phosphate compound on a composite oxide particle containing lithium (Li) and nickel (Ni), and depositing the phosphate compound. And a heating step of heat-treating the composite oxide particles.
複合酸化物粒子は、以下の化1で平均組成が表されるものである。
(化1)
LiaNixCoyAlzO2
(但し、Niは、Ni全体の量を1としたときに、Niの0.1以下の範囲内で、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)からなる群から選択される1種または2種以上の金属元素と置換可能である。また、式中a、x、y、zは、0.2≦a≦1.05、0.60<x<0.90、0.10<y<0.40、0.01<z<0.20の範囲内の値であり、x、yおよびzの間にはx+y+z=1の関係がある。)
The composite oxide particles have an average composition represented by the following chemical formula 1.
(Chemical formula 1)
Li a Ni x Co y Al z O 2
(However, Ni, when the total amount of Ni is 1, within the range of 0.1 or less of Ni, manganese (Mn), chromium (Cr), iron (Fe), vanadium (V), magnesium ( Mg), titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), indium (In), tin ( Sn, lanthanum (La), and cerium (Ce) can be substituted with one or more metal elements selected from the group consisting of a), lanthanum (La), and cerium (Ce), where a, x, y, and z are 0.2 ≦ a ≦ 1.05, 0.60 <x <0.90, 0.10 <y <0.40, 0.01 <z <0.20, values of x, y and z (There is a relationship of x + y + z = 1 between them.)
上述の正極活物質では、炭酸イオンの含有量が0.15重量%以下とされる。また、加熱工程において、150℃以上1200℃以下の温度で加熱処理が行われることが好ましい。 In the positive electrode active material described above, the carbonate ion content is 0.15 wt% or less. In the heating step, it is preferable that the heat treatment be performed at a temperature of 150 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.
また、上述の被着工程において、複合酸化物粒子100重量部に対して0.01重量部以上20重量部以下のリン酸化合物が被着されることが好ましい。被着されるリン酸化合物としては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸リチウムまたはこれらの混合塩であることが好ましい。 Moreover, in the above-mentioned deposition process, it is preferable that 0.01 to 20 parts by weight of a phosphoric acid compound is deposited with respect to 100 parts by weight of the composite oxide particles. The phosphate compound to be deposited is preferably ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, lithium phosphate, or a mixed salt thereof.
また、第2の発明は、化1で平均組成が表される複合酸化物粒子にリン酸化合物を被着させて加熱処理を行ったもので、炭酸イオンの含有量が0.15重量%以下である正極活物質である。
(化1)
LiaNixCoyAlzO2
(但し、Niは、Ni全体の量を1としたときに、Niの0.1以下の範囲内で、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)からなる群から選択される1種または2種以上の金属元素と置換可能である。また、式中a、x、y、zは、0.2≦a≦1.05、0.60<x<0.90、0.10<y<0.40、0.01<z<0.20の範囲内の値であり、x、yおよびzの間にはx+y+z=1の関係がある。)
In the second invention, the phosphate compound is deposited on the composite oxide particles having an average composition represented by Chemical Formula 1 and subjected to heat treatment, and the carbonate ion content is 0.15% by weight or less. It is a positive electrode active material.
(Chemical formula 1)
Li a Ni x Co y Al z O 2
(However, Ni, when the total amount of Ni is 1, within the range of 0.1 or less of Ni, manganese (Mn), chromium (Cr), iron (Fe), vanadium (V), magnesium ( Mg), titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), indium (In), tin ( Sn, lanthanum (La), and cerium (Ce) can be substituted with one or more metal elements selected from the group consisting of a), lanthanum (La), and cerium (Ce), where a, x, y, and z are 0.2 ≦ a ≦ 1.05, 0.60 <x <0.90, 0.10 <y <0.40, 0.01 <z <0.20, values of x, y and z (There is a relationship of x + y + z = 1 between them.)
上述の正極活物質では、複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部に、リン酸化合物もしくはリン酸化合物の分解物を含む表面層を有することが好ましい。 In the positive electrode active material described above, it is preferable that at least a part of the surface of the composite oxide particle has a surface layer containing a phosphoric acid compound or a decomposition product of the phosphoric acid compound.
上述のような方法により作製した正極活物質は、例えば500℃未満の加熱温度によって加熱処理が行われた場合には、正極活物質の表面にリン酸化合物またはリン酸化合物の分解物が存在し、充電状態における複合酸化物粒子表面の酸化活性を抑制する。このため、正極活物質表面における非水電解液等の分解を抑制することができる。また、500℃以上の加熱温度によって加熱処理が行われた場合には、複合酸化物粒子に含まれる炭酸根とリン酸化合物とが置換される。 When the positive electrode active material produced by the above-described method is heat-treated at a heating temperature of less than 500 ° C., for example, a phosphoric acid compound or a decomposition product of the phosphoric acid compound exists on the surface of the positive electrode active material. In addition, the oxidation activity on the surface of the composite oxide particles in the charged state is suppressed. For this reason, decomposition | disassembly of the nonaqueous electrolyte etc. in the positive electrode active material surface can be suppressed. Further, when the heat treatment is performed at a heating temperature of 500 ° C. or higher, the carbonate radical and the phosphate compound contained in the composite oxide particles are replaced.
この発明によれば、非水電解液等の分解によるガス発生を抑制することができる。または、正極活物質中自身からのガス発生を抑制することができる。 According to the present invention, gas generation due to decomposition of the nonaqueous electrolytic solution or the like can be suppressed. Alternatively, gas generation from itself in the positive electrode active material can be suppressed.
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[正極活物質]
この発明の一実施の形態による正極活物質は、複合酸化物粒子の表面にリン酸化合物を被着して熱処理を行ったものであり、正極活物質中の炭酸イオン(CO3 2-)の含有量が0.15重量%以下、より好ましくは0.10重量%以下、さらに好ましくは、0.05重量%以下となるようにしたものである。正極活物質の炭酸根の含有量を低下させることにより、二次電池の電池内部におけるガス発生量を低減させる。なお、炭酸分の含有量は、JIS R9101に規定されるAGK法により測定することができる。リン酸化合物の成分は、例えば、複合酸化物粒子の表面の物質と化学結合した状態、あるいはイオンの状態で被着されている。
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material according to one embodiment of the present invention is obtained by applying a phosphoric acid compound to the surface of the composite oxide particles and performing a heat treatment. The positive electrode active material contains carbonate ions (CO 3 2− ) in the positive electrode active material. The content is 0.15% by weight or less, more preferably 0.10% by weight or less, and still more preferably 0.05% by weight or less. By reducing the content of the carbonate radical of the positive electrode active material, the amount of gas generated inside the battery of the secondary battery is reduced. In addition, content of a carbonic acid content can be measured by AGK method prescribed | regulated to JISR9101. The component of the phosphoric acid compound is, for example, deposited in a state of being chemically bonded to a substance on the surface of the composite oxide particle or in an ionic state.
複合酸化物粒子は、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)とを含むものであり、例えば、以下の化1で平均組成が表されるものであることが好ましい。このような複合酸化物粒子を用いることにより、放電容量を実現することができる。 The composite oxide particles contain lithium (Li) and nickel (Ni). For example, it is preferable that the average composition is represented by the following chemical formula (1). By using such composite oxide particles, a discharge capacity can be realized.
(化1)
LiaNixCoyAlzO2
(但し、Niは、Ni全体の量を1としたときに、Niの0.1以下の範囲内で、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)からなる群から選択される1種または2種以上の金属元素と置換可能である。また、式中a、x、y、zは、0.2≦a≦1.05、0.60<x<0.90、0.10<y<0.40、0.01<z<0.20の範囲内の値であり、x、yおよびzの間にはx+y+z=1の関係がある。)
(Chemical formula 1)
Li a Ni x Co y Al z O 2
(However, Ni, when the total amount of Ni is 1, within the range of 0.1 or less of Ni, manganese (Mn), chromium (Cr), iron (Fe), vanadium (V), magnesium ( Mg), titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), indium (In), tin ( Sn, lanthanum (La), and cerium (Ce) can be substituted with one or more metal elements selected from the group consisting of a), lanthanum (La), and cerium (Ce), where a, x, y, and z are 0.2 ≦ a ≦ 1.05, 0.60 <x <0.90, 0.10 <y <0.40, 0.01 <z <0.20, values of x, y and z (There is a relationship of x + y + z = 1 between them.)
ここで、化1において、aの範囲は、例えば、0.2≦a≦1.05である。この範囲外に値が小さくなると、正極活物質の機能の根源である結晶構造の層状岩塩構造が崩れ、再充電が困難となり、容量が大幅に低下してしまう。この範囲外に値が大きくなると、リチウムが上述の複合酸化物粒子外に拡散し、次の処理工程の塩基性度の制御の障害となると共に、最終的には、正極ペーストの混練中のゲル化促進の弊害の原因となる。 Here, in Chemical Formula 1, the range of a is, for example, 0.2 ≦ a ≦ 1.05. When the value is smaller than this range, the layered rock salt structure of the crystal structure that is the source of the function of the positive electrode active material is destroyed, recharging becomes difficult, and the capacity is greatly reduced. If the value increases outside this range, lithium diffuses out of the composite oxide particles described above, which hinders control of the basicity of the next processing step, and finally the gel during the kneading of the positive electrode paste. It will be a cause of the harmful effect of the promotion.
xの範囲は、例えば、0.60<x<0.90であり、0.65<x<0.85がより好ましく、さらに好ましくは0.70<x<0.80である。この範囲外に値が小さくなると、正極活物質の放電容量が減少してしまう。この範囲外に値が大きくなると、複合酸化物粒子の結晶構造の安定性が低下し、正極活物質の充放電の繰返しの容量低下と、安全性の低下の原因となる。 The range of x is, for example, 0.60 <x <0.90, more preferably 0.65 <x <0.85, and still more preferably 0.70 <x <0.80. When the value decreases outside this range, the discharge capacity of the positive electrode active material decreases. If the value is increased outside this range, the stability of the crystal structure of the composite oxide particles decreases, which causes a decrease in the capacity of repeated charge / discharge of the positive electrode active material and a decrease in safety.
yの範囲は、例えば、0.10<y<0.40であり、好ましくは0.15<y<0.35であり、さらに好ましくは0.20<y<0.30である。この範囲外に値が小さくなると、複合酸化物粒子の結晶構造の安定性が低下し、正極活物質の充放電の繰返しの容量低下と、安全性の低下の原因となる。この範囲外に値が大きくなると、正極活物質の放電容量が減少してしまう。 The range of y is, for example, 0.10 <y <0.40, preferably 0.15 <y <0.35, and more preferably 0.20 <y <0.30. When the value is smaller than this range, the stability of the crystal structure of the composite oxide particles is lowered, which causes a reduction in the capacity of repeated charge / discharge of the positive electrode active material and a reduction in safety. When the value increases outside this range, the discharge capacity of the positive electrode active material decreases.
zの範囲は、例えば、0.01<z<0.20であり、0.02<z<0.15がより好ましく、さらに好ましくは0.03<z<0.10である。前記範囲外に値が小さくなると、複合酸化物粒子の結晶構造の安定性が低下し、正極活物質の充放電の繰返しの容量低下と、安全性の低下の原因となる。この範囲外に値が大きくなる場合は、正極活物質の放電容量が減少する。 The range of z is, for example, 0.01 <z <0.20, more preferably 0.02 <z <0.15, and further preferably 0.03 <z <0.10. If the value is smaller than the above range, the stability of the crystal structure of the composite oxide particles is lowered, which causes a reduction in the capacity of repeated charge / discharge of the positive electrode active material and a reduction in safety. When the value increases outside this range, the discharge capacity of the positive electrode active material decreases.
正極活物質の平均粒径は、好ましくは2.0μm以上50μm以下である。平均粒径が2.0μm未満であると、正極作製時に正極活物質層をプレスする際に正極活物質層が剥離してしまう。また、正極活物質の表面積が増えるために、導電剤や結着剤の添加量を増やす必要があり、単位重量あたりのエネルギー密度が小さくなってしまう傾向がある。一方、この平均粒径が50μmを超えると、粒子がセパレータを貫通し、短絡を引き起こす傾向がある。 The average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 2.0 μm or more and 50 μm or less. When the average particle size is less than 2.0 μm, the positive electrode active material layer is peeled off when the positive electrode active material layer is pressed during the production of the positive electrode. Further, since the surface area of the positive electrode active material is increased, it is necessary to increase the amount of the conductive agent and the binder added, and the energy density per unit weight tends to be reduced. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 50 μm, the particles tend to penetrate the separator and cause a short circuit.
[正極活物質の製造方法]
次に、この発明の一実施の形態による正極活物質の製造方法について説明する。複合酸化物粒子は、通常において正極活物質として入手できるものを出発原料として用いることができるが、場合によっては、ボールミルや擂潰機などを用いて二次粒子を解砕した粒子を用いることもできる。
[Method for producing positive electrode active material]
Next, a method for producing a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention will be described. As the composite oxide particles, those usually available as a positive electrode active material can be used as a starting material, but in some cases, particles obtained by crushing secondary particles using a ball mill or a grinder may be used. it can.
化1に示すような化学組成のニッケル酸リチウムは、公知の手法により作製することができる。具体的には、例えば、ニッケル化合物、コバルト化合物、アルミニウム化合物、リチウム化合物などを水中に溶解し、十分に攪拌させながら水酸化ナトリウム溶液を加えてニッケル−コバルト−アルミニウム複合共沈水酸化物を作製した後、このニッケル−コバルト−アルミニウム複合共沈水酸化物を水洗、乾燥して得られた前駆物を焼成する方法により、ニッケル酸リチウムを作製することができる。必要に応じて、焼成後のニッケル酸リチウムを粉砕しても良い。 Lithium nickelate having a chemical composition as shown in Chemical Formula 1 can be produced by a known method. Specifically, for example, a nickel compound, a cobalt compound, an aluminum compound, a lithium compound, and the like are dissolved in water, and a sodium hydroxide solution is added while sufficiently stirring to prepare a nickel-cobalt-aluminum composite coprecipitated hydroxide. Thereafter, lithium nickelate can be produced by a method of firing the precursor obtained by washing and drying the nickel-cobalt-aluminum composite coprecipitated hydroxide. If necessary, the fired lithium nickelate may be pulverized.
ニッケル化合物の原料としては、例えば、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、弗化ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、沃化ニッケル、過塩素酸ニッケル、臭素酸ニッケル、沃素酸ニッケル、酸化ニッケル、過酸化ニッケル、硫化ニッケル、硫酸ニッケル、硫酸水素ニッケル、窒化ニッケル、亜硝酸ニッケル、燐酸ニッケル、チオシアン酸ニッケルなどの無機系化合物、あるいは、シュウ酸ニッケル、酢酸ニッケルなどの有機系化合物を用いることができ、これらの1種または2種以上を用いても良い。 Examples of the raw material for the nickel compound include nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel nitrate, nickel fluoride, nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel perchlorate, nickel bromate, nickel iodate, nickel oxide, Use inorganic compounds such as nickel peroxide, nickel sulfide, nickel sulfate, nickel hydrogen sulfate, nickel nitride, nickel nitrite, nickel phosphate and nickel thiocyanate, or organic compounds such as nickel oxalate and nickel acetate. One or two or more of these may be used.
コバルト化合物の原料としては、例えば、水酸化コバルト、炭酸コバルト、硝酸コバルト、弗化コバルト、塩化コバルト、臭化コバルト、沃化コバルト、塩素酸コバルト、過塩素酸コバルト、臭素酸コバルト、沃素酸コバルト、酸化コバルト、フォスフィン酸コバルト、硫化コバルト、硫化水素コバルト、硫酸コバルト、硫酸水素コバルト、チオシアン酸コバルト、亜硝酸コバルト、燐酸コバルト、燐酸二水素コバルト、炭酸水素コバルトなどの無機系化合物、あるいは、シュウ酸コバルト、酢酸コバルトなどの有機系化合物を用いることができ、これらの1種または2種以上を用いても良い。 Examples of cobalt compound raw materials include cobalt hydroxide, cobalt carbonate, cobalt nitrate, cobalt fluoride, cobalt chloride, cobalt bromide, cobalt iodide, cobalt chlorate, cobalt perchlorate, cobalt bromate, and cobalt iodate. , Cobalt oxide, cobalt phosphinate, cobalt sulfide, cobalt hydrogen sulfide, cobalt sulfate, cobalt hydrogen sulfate, cobalt thiocyanate, cobalt nitrite, cobalt phosphate, cobalt dihydrogen phosphate, cobalt hydrogen carbonate, etc. Organic compounds such as cobalt acid and cobalt acetate can be used, and one or more of these may be used.
アルミニウム化合物の原料としては、例えば、水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、弗化アルミニウム、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、沃化アルミニウム、過塩素酸アルミニウム、酸化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫酸アルミニウム、燐酸アルミニウムなどの無機系化合物、あるいは、シュウ酸アルミニウムなどの有機系化合物を用いることができ、これらの1種または2種以上を用いても良い。 Examples of the aluminum compound raw material include inorganic substances such as aluminum hydroxide, aluminum nitrate, aluminum fluoride, aluminum chloride, aluminum bromide, aluminum iodide, aluminum perchlorate, aluminum oxide, aluminum sulfide, aluminum sulfate, and aluminum phosphate. An organic compound such as an aluminum compound or an aluminum oxalate can be used, and one or more of these may be used.
リチウム化合物の原料としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、弗化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、沃化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、沃素酸リチウム、酸化リチウム、過酸化リチウム、硫化リチウム、硫化水素リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、窒化リチウム、アジ化リチウム、亜硝酸リチウム、燐酸リチウム、燐酸二水素リチウム、炭酸水素リチウムなどの無機系化合物、あるいは、メチルリチウム、ビニルリチウム、イソプロピルリチウム、ブチルリチウム、フェニルリチウム、シュウ酸リチウム、酢酸リチウムなどの有機系化合物を用いることができ、これらの1種または2種以上を用いても良い。 Examples of lithium compound raw materials include lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, lithium chlorate, lithium perchlorate, lithium bromate, and lithium iodate. Inorganic compounds such as lithium oxide, lithium peroxide, lithium sulfide, lithium hydrogen sulfide, lithium sulfate, lithium hydrogen sulfate, lithium nitride, lithium azide, lithium nitrite, lithium phosphate, lithium dihydrogen phosphate, lithium hydrogen carbonate, Alternatively, an organic compound such as methyl lithium, vinyl lithium, isopropyl lithium, butyl lithium, phenyl lithium, lithium oxalate, or lithium acetate can be used, and one or more of these may be used.
以上のようにして作製されるニッケル酸リチウムは、コバルト酸リチウムとほぼ同等の高電圧ならびに高エネルギー密度を実現できる、リチウムイオン二次電池用のリチウム複合酸化物である。この複合酸化物は、資源的に不安定で、高価な材料であるコバルトの含有量が少ないため、経済性が高いという利点を有する。 The lithium nickelate produced as described above is a lithium composite oxide for a lithium ion secondary battery that can realize a high voltage and high energy density substantially the same as lithium cobaltate. This composite oxide has the advantage of high economic efficiency because it is unstable in resources and has a low content of cobalt, which is an expensive material.
また、この複合酸化物は、コバルト酸リチウムと比較して電流容量が大きい利点があり、その利点をより増大させることが望まれている。さらに、この複合酸化物は、コバルト酸リチウムと比較して、充電電流容量が放電電流容量より少なく、所謂、不可逆容量が大きい。このため、その帰結として充放電効率が低いという欠点があり、改善が望まれている。 Further, this composite oxide has an advantage of a large current capacity as compared with lithium cobalt oxide, and it is desired to further increase the advantage. Furthermore, this composite oxide has a smaller charge current capacity than a discharge current capacity, and a so-called irreversible capacity, as compared with lithium cobalt oxide. For this reason, there is a drawback that the charge / discharge efficiency is low as a result, and improvement is desired.
そこで、この発明の一実施の形態では、公知の手法にて作製されたニッケル酸リチウムをはじめとする複合酸化物粒子をもう一段追加処理して表面改質を行うことにより、このような複合酸化物粒子を正極材料として用いたときの放電電流容量を高めると共に、充放電効率を向上させる。具体的には、正極活物質として、例えば、リチウム、ニッケル、コバルト、アルミニウム、ならびに、必要に応じてニッケルの一部を少量のマンガン、クロム、鉄、バナジウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、タングステン、銅、亜鉛、ガリウム、インジウム、スズ、ランタン、セリウムからなる群から選択される1種または2種以上の元素により置換して構成される層状結晶を有する一次粒子の凝集した二次粒子(複合酸化物粒子)を用いる。この複合酸化物粒子に対して、被着成分が溶媒に溶解した溶液を被着した後、短時間で溶媒を除去して被着成分を析出させ、さらに酸化雰囲気下で複合酸化物粒子の加熱処理を行う。これにより、電池特性を向上させることが可能な非水電解質二次電池用の正極活物質を得ることができる。 Therefore, in one embodiment of the present invention, the composite oxide particles such as lithium nickelate prepared by a known method are subjected to another step treatment to perform surface modification, thereby performing such composite oxidation. While increasing the discharge current capacity when using physical particles as the positive electrode material, the charge / discharge efficiency is improved. Specifically, as the positive electrode active material, for example, lithium, nickel, cobalt, aluminum, and a part of nickel as necessary, a small amount of manganese, chromium, iron, vanadium, magnesium, titanium, zirconium, niobium, molybdenum Aggregated secondary particles having layered crystals formed by substitution with one or more elements selected from the group consisting of tungsten, copper, zinc, gallium, indium, tin, lanthanum, and cerium (Composite oxide particles) are used. After applying a solution in which the deposition component is dissolved in a solvent to the composite oxide particles, the solvent is removed in a short time to deposit the deposition component, and the composite oxide particles are heated in an oxidizing atmosphere. Process. Thereby, the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries which can improve a battery characteristic can be obtained.
なお、上述の被着成分は、リン酸化合物であることが好ましい。ニッケル系の複合酸化物粒子は炭酸根が多く、放電容量が向上する一方で複合酸化物粒子からのガス発生が起こりやすくなる。リン酸化合物を被着させることにより、複合酸化物粒子に含まれる炭酸根とリン酸化合物とが置換され、ガス発生が生じにくくなる。また、リン酸化合物またはリン酸化合物の分解物が正極活物質表面に存在することにより、正極活物質表面の酸化性を低下させ、電解液の分解によるガス発生を生じにくくすることができる。 In addition, it is preferable that the above-mentioned deposition component is a phosphoric acid compound. Nickel-based composite oxide particles have many carbonate radicals, and the discharge capacity is improved, while gas generation from the composite oxide particles easily occurs. By depositing the phosphoric acid compound, the carbonate radical and the phosphoric acid compound contained in the composite oxide particles are replaced, and gas generation is less likely to occur. Moreover, when the phosphoric acid compound or the decomposition product of the phosphoric acid compound is present on the surface of the positive electrode active material, the oxidizability of the surface of the positive electrode active material can be reduced, and gas generation due to decomposition of the electrolytic solution can be made difficult to occur.
この発明に用いることができるリン酸化合物の原料としては、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸を基本とし、これらの縮合酸も、この発明でいうリン酸に含めて用いることができる。これらとしては、オルトリン酸、次リン酸、メタリン酸、二リン酸(ピロリン酸)、メタ三リン酸、ホスホン酸、ジホスホン酸、ホスフィン酸などが挙げられる。 As a raw material of the phosphoric acid compound that can be used in the present invention, phosphoric acid, phosphonic acid, and phosphinic acid are basically used, and these condensed acids can be included in the phosphoric acid referred to in the present invention. These include orthophosphoric acid, hypophosphoric acid, metaphosphoric acid, diphosphoric acid (pyrophosphoric acid), metatriphosphoric acid, phosphonic acid, diphosphonic acid, phosphinic acid and the like.
そして、この発明に使用可能なリン酸化合物の原料としては、オルトリン酸、次リン酸、メタリン酸、二リン酸(ピロリン酸)、メタ三リン酸、ホスホン酸、ジホスホン酸、ホスフィン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、ホスホン酸アンモニウム、リン酸カルシウム、ホスホン酸カルシウム、リン酸リチウム、ホスホン酸リチウム、リン酸マグネシウム、ホスフィン酸マグネシウム、リン酸ナトリウム、ホスフィン酸ナトリウム、ホスホン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸カリウム、ホスホン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸カルシウム、ピロリン酸カリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、メタリン酸カリウム等が挙げられる。また、これらを混合して用いてもよい。 The phosphoric acid compounds that can be used in the present invention include orthophosphoric acid, hypophosphoric acid, metaphosphoric acid, diphosphoric acid (pyrophosphoric acid), metatriphosphoric acid, phosphonic acid, diphosphonic acid, phosphinic acid, phosphoric acid. Ammonium, ammonium hydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, ammonium phosphonate, calcium phosphate, calcium phosphonate, lithium phosphate, lithium phosphonate, magnesium phosphate, magnesium phosphinate, sodium phosphate, sodium phosphinate, sodium phosphonate Sodium metaphosphate, potassium phosphate, potassium phosphonate, sodium pyrophosphate, calcium pyrophosphate, potassium pyrophosphate, sodium hexametaphosphate, potassium metaphosphate, and the like. Moreover, you may mix and use these.
以下、複合酸化物粒子に施す処理について説明する。 Hereinafter, the treatment applied to the composite oxide particles will be described.
まず、加熱した複合酸化物粒子に、上述のようなリン酸化合物を被着成分として溶媒に溶解した溶液を被着させる。溶液の被着は、例えば飛散させた複合酸化物粒子に溶液を噴霧する方法、もしくは、複合酸化物粒子に溶液を滴下して混合する方法などにより行うことができる。このとき、複合酸化物粒子を加熱しておくことにより、被着成分を溶解した溶媒を短時間で除去し、複合酸化物粒子の表面に被着成分を析出させることができる。加熱温度は、被着成分を溶解した溶液の沸点以上の温度となるように調整することが好ましい。 First, a solution in which a phosphoric acid compound as described above is dissolved in a solvent is adhered to the heated composite oxide particles. The solution can be applied by, for example, a method of spraying the solution onto the dispersed composite oxide particles, or a method of dropping and mixing the solution onto the composite oxide particles. At this time, by heating the composite oxide particles, the solvent in which the deposition component is dissolved can be removed in a short time, and the deposition component can be deposited on the surface of the composite oxide particles. The heating temperature is preferably adjusted so as to be a temperature equal to or higher than the boiling point of the solution in which the deposition component is dissolved.
被着成分を溶解させる溶媒としては、例えば水等の無機溶媒等を用いることができる。 As a solvent for dissolving the adherent component, for example, an inorganic solvent such as water can be used.
上述の方法により、リン酸化合物を溶解した溶媒を短時間で除去することができ、複合酸化物粒子が溶液に含有される溶媒と接する時間をごく短くすることができる。通常、複合酸化物粒子が溶媒と接することにより、複合酸化物粒子中のリチウムイオンが溶媒中に溶出してしまうが、上述の方法によりリチウムイオンの溶出を抑制し、複合酸化物粒子の表面の変質や、それに伴う正極活物質の容量の低下を抑制することができる。 By the above-described method, the solvent in which the phosphate compound is dissolved can be removed in a short time, and the time during which the composite oxide particles are in contact with the solvent contained in the solution can be extremely shortened. Usually, when the composite oxide particles come into contact with the solvent, lithium ions in the composite oxide particles are eluted in the solvent. However, the above method suppresses the elution of lithium ions, and the surface of the composite oxide particles is reduced. It is possible to suppress deterioration and the accompanying decrease in capacity of the positive electrode active material.
このとき、被着成分であるリン酸化合物の使用量は、上述の複合酸化物粒子100重量部に対して0.01重量部以上20重量部以下、好ましくは0.02重量部以上15重量部以下、さらに好ましくは0.03重量部以上10重量部以下である。この範囲外にリン酸化合物の添加量が小さくなると、正極活物質におけるガス発生の抑制効果が得られない。一方、この範囲外に添加量が大きくなると、正極活物質の放電容量が減少してしまい好ましくない。 At this time, the amount of the phosphoric acid compound used as the deposition component is 0.01 to 20 parts by weight, preferably 0.02 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the composite oxide particles described above. Hereinafter, it is more preferably 0.03 parts by weight or more and 10 parts by weight or less. If the addition amount of the phosphoric acid compound is smaller than this range, the effect of suppressing gas generation in the positive electrode active material cannot be obtained. On the other hand, when the addition amount is larger than this range, the discharge capacity of the positive electrode active material decreases, which is not preferable.
上述のように、被着成分を溶媒に溶解させた液相を複合酸化物粒子に対して被着させる方法は、被着成分の析出を均一化することができる。 As described above, the method of depositing the liquid phase obtained by dissolving the deposition component in the solvent on the composite oxide particles can make the deposition of the deposition component uniform.
また、上述のような湿式によるリン酸化合物の被着の他、乾式によるリン酸化合物の被着を行うこともできる。乾式によるリン酸化合物の被着は、公知の手法を用いることが出来る。例えば、乾燥した複合酸化物粒子と乾燥したリン酸化合物粒子とを用い、乳鉢を用いて人力により被着させる方法、擂潰機を用いる方法、または、機械的な凝着が生じる高せん断力による高速機械を用いる方法等が挙げられる。 In addition to the above-described wet-type phosphoric acid compound deposition, dry-type phosphoric acid compound deposition can also be performed. A known method can be used for the dry deposition of the phosphoric acid compound. For example, by using dry composite oxide particles and dry phosphate compound particles, using a mortar to apply manually, a method using a crusher, or a high shear force that causes mechanical adhesion Examples include a method using a high-speed machine.
[加熱工程]
次に、リン酸化合物の析出処理を行った複合酸化物粒子を加熱処理により焼成する。この加熱処理において、複合酸化物粒子に被着したリン酸化合物が分解することが好ましい。リン酸化合物が分解することにより、複合酸化物粒子表面におけるリン酸イオンの拡散が促進され、従来のように複合酸化物粒子に固相の粒子を混合して被着する方法を用いる場合よりも均一に被着成分を析出させることができる。
[Heating process]
Next, the composite oxide particles subjected to the precipitation treatment of the phosphoric acid compound are fired by heat treatment. In this heat treatment, it is preferable that the phosphoric acid compound deposited on the composite oxide particles is decomposed. The decomposition of the phosphoric acid compound promotes the diffusion of phosphate ions on the surface of the composite oxide particles, which is more than the conventional method of mixing and adhering the solid oxide particles to the composite oxide particles. The deposition component can be deposited uniformly.
このような加熱処理の処理温度は、150℃以上1200℃以下、好ましくは300℃以上1200℃以下であり、より好ましくは被着させたリン酸化合物の分解温度以上の温度で加熱処理が行われることが好ましい。例えば、被着成分として硫酸アンモニウムを用いる場合、複合酸化物粒子の加熱温度を、硫酸アンモニウムの分解温度である280℃以上とすることが好ましい。 The treatment temperature of such heat treatment is 150 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, more preferably heat treatment is performed at a temperature higher than the decomposition temperature of the deposited phosphate compound. It is preferable. For example, when ammonium sulfate is used as the deposition component, the heating temperature of the composite oxide particles is preferably set to 280 ° C. or higher, which is the decomposition temperature of ammonium sulfate.
また、リン酸化合物の被覆効果を十分に得るために、加熱処理の処理時間は一定時間以上とすることが好ましい。加熱処理時間は、加熱処理温度に応じて適切に選択することが好ましい。 Moreover, in order to fully obtain the covering effect of the phosphoric acid compound, it is preferable that the heat treatment time be a certain time or longer. It is preferable that the heat treatment time is appropriately selected according to the heat treatment temperature.
上述のように、被着成分の分解温度以上の温度で複合酸化物粒子が加熱されることにより、より被着成分の析出の均一化を図ることができる。このため、液相を複合酸化物粒子に対して被着させ短時間で溶媒を除去する方法と合わせて用いられることでより被着成分の析出を均一化することができる。 As described above, the composite oxide particles are heated at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the deposition component, whereby the deposition of the deposition component can be made more uniform. For this reason, the deposition of the deposition component can be made more uniform by being used in combination with the method of depositing the liquid phase on the composite oxide particles and removing the solvent in a short time.
この加熱処理を500℃未満の低温度にて行った場合は、リン酸化合物の分解物により複合酸化物粒子の表面層部分が化学的に反応浸蝕され、炭酸根とリン酸化合物との置換が行われる。これにより、置換された炭酸根は炭酸ガスとして系外に放出され、ニッケル酸リチウムを主体とした正極活物質の炭酸根の含有量を低下させることができる。この発明の正極活物質では、加熱処理により、炭酸イオン(CO3 2-)の含有量を0.15重量%以下とすることができるため、ガス発生を抑制することができる。 When this heat treatment is performed at a low temperature of less than 500 ° C., the surface layer portion of the composite oxide particles is chemically eroded by the decomposition product of the phosphoric acid compound, so that the carbonate radical is replaced with the phosphoric acid compound. Done. Thereby, the substituted carbonate radical is released out of the system as carbon dioxide gas, and the carbonate radical content of the positive electrode active material mainly composed of lithium nickelate can be reduced. In the positive electrode active material of the present invention, the content of carbonate ions (CO 3 2− ) can be reduced to 0.15 wt% or less by heat treatment, so that gas generation can be suppressed.
また、これと共に、リン酸化合物またはリン酸化合物の分解物が複合酸化物粒子の表面を被覆して、複合酸化物粒子表面の酸化活性を低下させることができる。このため、正極活物質からのガス発生を抑制することができるともに、充電状態の正極活物質表面における酸化活性に起因して非水電解液等が分解し、これに伴ってガス発生が生じるのを抑制することができる。 At the same time, the phosphoric acid compound or the decomposition product of the phosphoric acid compound coats the surface of the composite oxide particle, and the oxidation activity on the surface of the composite oxide particle can be reduced. As a result, the generation of gas from the positive electrode active material can be suppressed, and the non-aqueous electrolyte and the like are decomposed due to the oxidation activity on the surface of the positive electrode active material in the charged state, resulting in gas generation. Can be suppressed.
この低温度における加熱処理の処理温度は、150℃以上500℃未満であり、200℃以上450℃以下がより好ましく、さらに、好ましくは、250℃以上400℃以下である。この範囲外に温度が低くなると、リン酸化合物の分解反応、あるいは、リン酸化合物の複合酸化物粒子表面への十分な物理的化学的被着を達することができない。また、この範囲外に温度が高くなると、後述するように、前記リン酸化合物の残留成分の表面濃度が低下することにより、本発明のニッケル酸リチウムを主体とした正極活物質のガス発生機構を抑制する機能が低下する懸念がある。 The processing temperature of the heat treatment at this low temperature is 150 ° C. or higher and lower than 500 ° C., more preferably 200 ° C. or higher and 450 ° C. or lower, and further preferably 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. If the temperature falls outside this range, the decomposition reaction of the phosphoric acid compound or the sufficient physical and chemical deposition of the phosphoric acid compound on the surface of the composite oxide particles cannot be achieved. Further, when the temperature rises outside this range, as will be described later, the surface concentration of the residual component of the phosphoric acid compound is lowered, and thereby the gas generation mechanism of the positive electrode active material mainly composed of lithium nickelate according to the present invention is provided. There is a concern that the suppression function may be reduced.
また、この加熱処理を500℃以上の高温度にて行った場合は、加熱処理を500℃未満の低温度にて行った場合と比較して、リン酸化合物の分解物により複合酸化物粒子の表面層のより深い部分まで化学的に反応浸蝕される。これにより、より多くの炭酸根がリン酸化合物と置換されるため、正極活物質からのガス発生をより抑制することができる。 In addition, when this heat treatment is performed at a high temperature of 500 ° C. or higher, compared to the case where the heat treatment is performed at a low temperature of less than 500 ° C., the decomposition product of the phosphoric acid compound causes the composite oxide particles. Chemical reaction erosion to deeper parts of the surface layer. Thereby, since more carbonate radicals are substituted with the phosphoric acid compound, gas generation from the positive electrode active material can be further suppressed.
なお、加熱処理を500℃未満で行った場合、比表面積の増大や、この複合酸化物粒子を用いた二次電池の放電容量低下、および充放電効率の低下が見出される。しかしながら、加熱処理を500℃以上とした場合、このような状態の発現後においても、比表面積の低下と、二次電池の放電容量回復および充放電効率との回復が見出される。 In addition, when heat processing are performed below 500 degreeC, the increase in a specific surface area, the discharge capacity fall of the secondary battery using this composite oxide particle, and the fall of charging / discharging efficiency are found. However, when the heat treatment is set to 500 ° C. or higher, a reduction in specific surface area and recovery of discharge capacity and charge / discharge efficiency of the secondary battery are found even after such a state is developed.
このような放電容量および充放電効率の回復効果について、本発明者が、詳細に検討したところ、条件を選ぶことにより、処理前の放電容量ならびに充放電効率に比較して、回復効果以上の向上効果を得ることができることが分かった。すなわち、この発明の一実施の形態による複合酸化物粒子の加熱処理温度は、500℃以上1200℃以下が好ましく、550℃以上1100℃以下がより好ましく、600℃以上1000℃以下がさらに好ましい。この範囲外に温度が低くなると、上述のように、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)とを主体として含む正極活物質の放電容量ならびに効率の向上効果が得られなくなる。一方、この範囲外に温度が高くなると、リチウム(Li)と、ニッケル(Ni)とを主体として含む正極活物質の結晶構造の不安定化が生じ、それに伴い放電容量の低下が生じる傾向が顕著となる。なお、この発明の一実施の形態における加熱処理の雰囲気条件は、通常、ニッケル酸リチウムなどの調製に用いられる酸化性雰囲気が好ましく、酸素雰囲気下にて行うことが望ましい。 The inventors have studied in detail about the recovery effect of such discharge capacity and charge / discharge efficiency, and by selecting the conditions, improvement over the recovery effect compared to the discharge capacity and charge / discharge efficiency before treatment is achieved. It turned out that an effect can be acquired. That is, the heat treatment temperature of the composite oxide particles according to one embodiment of the present invention is preferably 500 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, more preferably 550 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, and further preferably 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. If the temperature falls outside this range, as described above, the effect of improving the discharge capacity and efficiency of the positive electrode active material mainly containing lithium (Li) and nickel (Ni) cannot be obtained. On the other hand, when the temperature rises outside this range, the crystal structure of the positive electrode active material mainly containing lithium (Li) and nickel (Ni) is unstable, and the tendency to decrease the discharge capacity is conspicuous. It becomes. Note that the atmospheric condition of the heat treatment in one embodiment of the present invention is preferably an oxidizing atmosphere usually used for preparing lithium nickelate or the like, and is desirably performed in an oxygen atmosphere.
なお、この発明においては、正極の放電容量低下、効率の低下が微量であり、ガス発生を抑制できれば目的を達成できたものとすることができる。このため、必ずしも500℃以上の高温での加熱処理は必要ない。また、高温での加熱処理により、リン酸化合物の残留成分の複合酸化物粒子表面における濃度が低下することになる。このため、充電状態における正極活物質の強い酸化力により、非水電解液等の有機分が酸化され、炭酸ガスあるいは一酸化炭素を生成する、ガス発生機構を抑制する機能が低下することが懸念される。 In addition, in this invention, the discharge capacity fall of a positive electrode and the fall of efficiency are trace amounts, and if the gas generation can be suppressed, the objective can be achieved. For this reason, heat treatment at a high temperature of 500 ° C. or higher is not necessarily required. In addition, the concentration of the residual component of the phosphoric acid compound on the surface of the composite oxide particles is reduced by the heat treatment at a high temperature. For this reason, there is a concern that the function of suppressing a gas generation mechanism that generates organic carbon dioxide or carbon monoxide by oxidizing organic components such as a non-aqueous electrolyte due to the strong oxidizing power of the positive electrode active material in a charged state is concerned. Is done.
この発明の一実施の形態では、加熱処理後の複合酸化物粒子を必要に応じて軽い粉砕や分級操作などによって粒度調整しても良い。以上により、一実施の形態による正極活物質を得る。一実施の形態による正極活物質は電極活物質として好ましく用いられ、中でも、非水電解質二次電池用電極に好ましく用いられる。 In one embodiment of the present invention, the composite oxide particles after the heat treatment may be adjusted in particle size by light pulverization or classification operation, if necessary. Thus, the positive electrode active material according to one embodiment is obtained. The positive electrode active material according to one embodiment is preferably used as an electrode active material, and in particular, is preferably used for an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
次に、上述したこの発明の一実施の形態による正極活物質を用いた非水電解質二次電池について説明する。 Next, a nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention described above will be described.
(1−1)非水電解質二次電池の第1の例
[非水電解質二次電池の構成]
図1は、この発明の一実施の形態による方法で製造された正極活物質を用いた非水電解質二次電池の断面構造を表すものである。
(1-1) First Example of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery [Configuration of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material manufactured by a method according to an embodiment of the present invention.
この非水電解質二次電池はいわゆるコイン型といわれるものであり、外装缶6内に収容された円板状の正極2と、外装カップ5内に収容された円板状の負極4とが、セパレータ3を介して積層されたものである。セパレータ3には液状の電解質である電解液が含浸されており、外装缶6および外装カップ5の周縁部はガスケット7を介してかしめられることにより密閉されている。外装缶6および外装カップ5は、例えば、ステンレスあるいはアルミニウム(Al)などの金属によりそれぞれ構成されている。
This non-aqueous electrolyte secondary battery is a so-called coin-type battery. The disc-shaped
正極2は、例えば、正極集電体2Aと、正極集電体2Aに設けられた正極合剤層2Bとを有している。正極集電体2Aは、例えば、銅箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極合剤層2Bは、例えば、正極活物質を含有しており、必要に応じて、カーボンブラックあるいはグラファイトなどの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどのバインダとを含んでいても良い。正極活物質としては、上述した第1の実施形態による正極活物質を用いることができる。また、他の正極活物質をさらに含んでいてもよい。
The
負極4は、例えば、負極集電体4Aと、負極集電体4Aに設けられた負極合剤層4Bとを有している。負極集電体4Aは、例えば、銅箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
The negative electrode 4 includes, for example, a negative electrode
負極合剤層4Bは、例えば、負極活物質として、リチウムを吸蔵および離脱可能な負極材料、リチウム金属、あるいはリチウム合金のうちのいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて、ポリフッ化ビニリデンなどのバインダと共に構成されている。 The negative electrode mixture layer 4B includes, for example, one or more of a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium, lithium metal, and a lithium alloy as a negative electrode active material. And a binder such as polyvinylidene fluoride.
リチウムを吸蔵および離脱可能な負極材料としては、例えば、炭素質材料、金属化合物、スズ、スズ合金、ケイ素、ケイ素合金あるいは導電性ポリマが挙げられ、これらのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。この発明の一実施の形態による正極活物質を用いる場合、負極材料としては、炭素質材料が好ましく用いられる。炭素質材料としては特に限定されるものではなく、一般に、有機物を焼成したものが用いられる。また、天然あるいは人造の黒鉛も用いることができる。炭素質材料の電子伝導性が集電の目的に対して充分でない場合、導電剤を添加することも好ましい。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include carbonaceous materials, metal compounds, tin, tin alloys, silicon, silicon alloys, and conductive polymers, and any one or more of these are mixed. Used. When the positive electrode active material according to one embodiment of the present invention is used, a carbonaceous material is preferably used as the negative electrode material. The carbonaceous material is not particularly limited, and generally a material obtained by baking an organic material is used. Natural or artificial graphite can also be used. If the carbonaceous material has insufficient electronic conductivity for the purpose of current collection, it is also preferable to add a conductive agent.
金属化合物としてはスピネル構造を有するリチムチタン複合酸化物(Li4Ti5O12)、酸化タングステン(WO2)、酸化ニオブ(Nb2O5)あるいは酸化スズ(SnO)などの酸化物が挙げられ、導電性ポリマとしてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the metal compound include an oxide such as a lithium complex oxide having a spinel structure (Li 4 Ti 5 O 12 ), tungsten oxide (WO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), or tin oxide (SnO). Examples of the conductive polymer include polyacetylene and polypyrrole.
セパレータ3は、正極2と負極4とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ3の材料としては、従来の電池に使用されてきたものを利用することが可能であり、そのなかでも、ショート防止効果に優れ、且つシャットダウン効果による電池の安全性向上が可能なポリオレフィン製微孔性フィルムを使用することが特に好ましい。例えば、ポリエチレンやポリプロピレン樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
The
さらに、セパレータ3の材料としては、シャットダウン温度がより低いポリエチレンと耐酸化性に優れるポリプロピレンを積層または混合したものを用いることが、シャットダウン性能とフロート特性との両立が図れる点から、より好ましい。
Further, as the material of the
電解液は、非水溶媒に電解質塩を溶解させたものであり、電解質塩が電離することによりイオン伝導性を示すようになっている。電解液としては、特に限定されることなく従来の非水溶媒系電解液などが用いられる。電解質塩としては、アルカリ金属、特にカルシウムのハロゲン化物、過塩素酸塩、チオシアン塩、ホウフッ化塩、リンフッ化塩、砒素フッ化塩、アルミニウムフッ化塩、トリフルオロメチル硫酸塩などが好ましく用いられる。具体的には、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、四フッ化ホウ素リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)あるいはビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)などのリチウム塩が挙げられる。電解質塩はいずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, and exhibits ion conductivity when the electrolyte salt is ionized. The electrolyte solution is not particularly limited, and a conventional nonaqueous solvent electrolyte solution or the like is used. As the electrolyte salt, alkali metal, particularly calcium halide, perchlorate, thiocyanate, borofluoride, phosphofluoride, arsenic fluoride, aluminum fluoride, trifluoromethyl sulfate, etc. are preferably used. . Specifically, for example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium boron tetrafluoride (LiBF 4 ), trifluoromethane Examples thereof include lithium salts such as lithium sulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ). Any one electrolyte salt may be used alone, or two or more electrolyte salts may be mixed and used.
電解質塩を溶解する溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、γ-ブチロラクトン、N-メチルピロリドン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォキシド、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、スルホラン、オキサゾリドン、塩化チオニル、1,2−ジメトキシエタン、ジエチレンカーボネートや、これらの誘導体や混合物などが好ましく用いられる。溶媒にはいずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Solvents for dissolving the electrolyte salt include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, 1,3- Dioxolane, methyl formate, sulfolane, oxazolidone, thionyl chloride, 1,2-dimethoxyethane, diethylene carbonate, and derivatives and mixtures thereof are preferably used. Any one of the solvents may be used alone, or two or more may be mixed and used.
この非水電解質二次電池では、放電を行うと、例えば、負極4からリチウムイオンが離脱するかまたはリチウム金属がリチウムイオンとなって溶出し、電解液を介して正極合剤層2Bと反応する。充電を行うと、例えば、正極合剤層2Bからリチウムイオンが離脱し、電解液を介して負極4に吸蔵されるかまたはリチウム金属となって析出する。
In this non-aqueous electrolyte secondary battery, when discharged, for example, lithium ions are released from the negative electrode 4 or lithium metal is eluted as lithium ions and reacts with the positive
このような非水電解質二次電池は、例えば、一対の正極および負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が2.50V以上4.20V以下の範囲の4.20V仕様でも、4.25V以上4.55V以下、好ましくは4.25V以上4.50V以下の範囲の高電圧仕様でも用いることができる。高電圧仕様の電池では、これまで活用されなかった正極活物質の容量を活用することができるため、正極活物質の単位質量あたりのリチウム放出量が増大し、さらに高容量、高エネルギー密度の非水電解質二次電池を実現することができる。 Such a non-aqueous electrolyte secondary battery is, for example, 4.25V or higher even when the open circuit voltage in a fully charged state per pair of positive electrode and negative electrode is in the range of 2.50V to 4.20V. It can also be used in high voltage specifications in the range of .55 V or less, preferably 4.25 V or more and 4.50 V or less. A battery with a high voltage specification can utilize the capacity of the positive electrode active material, which has not been used so far, which increases the amount of lithium released per unit mass of the positive electrode active material, and further increases the non-capacity of high capacity and high energy density. A water electrolyte secondary battery can be realized.
[非水電解質二次電池の製造方法]
次に、第1の例による非水電解質二次電池の製造方法について説明する。
[Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the first example will be described.
正極2は、以下に述べるようにして作製する。まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。
The
次に、この正極合剤スラリーを正極集電体2Aに塗布し溶剤を除去した後、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極合剤層2Bを形成し、正極2を作製する。
Next, after applying this positive electrode mixture slurry to the positive electrode current collector 2A and removing the solvent, the positive
負極4は、以下に述べるようにして作製する。まず、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。 The negative electrode 4 is produced as described below. First, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a negative electrode mixture slurry.
次に、この負極合剤スラリーを負極集電体4Aに塗布し溶剤を除去した後、ロールプレス機などにより圧縮成型して負極合剤層4Bを形成し、負極4を作製する。
Next, after applying this negative electrode mixture slurry to the negative electrode
また、負極合剤層4Bは、例えば、気相法、液相法、焼成法により形成してもよく、それらの2以上を組み合わせてもよい。なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱CVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法あるいはプラズマCVD法などが利用可能である。液相法としては電解鍍金あるいは無電解鍍金などの公知の手法が利用可能である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が利用可能である。 Further, the negative electrode mixture layer 4B may be formed by, for example, a gas phase method, a liquid phase method, or a firing method, or a combination of two or more thereof. As the vapor phase method, for example, a physical deposition method or a chemical deposition method can be used. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition), or the like. A chemical vapor deposition method) or a plasma CVD method can be used. As the liquid phase method, a known method such as electrolytic plating or electroless plating can be used. A known method can also be used for the firing method, and for example, an atmosphere firing method, a reaction firing method, or a hot press firing method can be used.
続いて、外装カップ5の中央部に負極4およびセパレータ3をこの順に置き、セパレータ3の上から電解液を注ぎ、正極2を入れた外装缶6を被せてガスケット7を介してかしめる。以上により、図1に示すような非水電解質二次電池が形成される。
Subsequently, the negative electrode 4 and the
(1−2)非水電解質二次電池の第2の例
[非水電解質二次電池の構成]
図2は、この発明の一実施の形態による正極活物質を用いた非水電解質二次電池の構造を示す。図2に示すように、この非水電解質二次電池は、電池素子10を防湿性ラミネートフィルムからなる外装材19に収容し、電池素子10の周囲を溶着することにより封止してなる。電池素子10には、正極端子15および負極端子16が備えられ、これらのリードは、外装材19に挟まれて外部へと引き出される。正極端子15および負極端子16のそれぞれの両面には、外装材19との接着性を向上させるために密着フィルム17が被覆されている。
(1-2) Second Example of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery [Configuration of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery]
FIG. 2 shows the structure of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, this nonaqueous electrolyte secondary battery is sealed by housing the
外装材19は、例えば、接着層、金属層、表面保護層を順次積層した積層構造を有する。接着層は高分子フィルムからなり、この高分子フィルムを構成する材料としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、無延伸ポリプロピレン(CPP)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)が挙げられる。金属層は金属箔からなり、この金属箔を構成する材料としては、例えばアルミニウム(Al)が挙げられる。また、金属箔を構成する材料としては、例えばアルミニウム(Al)以外の金属を用いることも可能である。表面保護層を構成する材料としては、例えばナイロン(Ny)、ポリエチレンテレフタレート(PET)が挙げられる。なお、接着層側の面が、電池素子10を収納する側の収納面となる。
The
電池素子10は、例えば、図3に示すように、両面にゲル電解質層13が設けられた帯状の負極12と、セパレータ14と、両面にゲル電解質層13が設けられた帯状の正極11と、セパレータ14とを積層し、長手方向に巻回されてなる巻回型の電池素子10である。
For example, as shown in FIG. 3, the
正極11は、帯状の正極集電体11Aと、この正極集電体11Aの両面に形成された正極合剤層11Bとからなる。
The
正極11の長手方向の一端部には、例えばスポット溶接または超音波溶接で接続された正極端子15が設けられている。この正極端子15の材料としては、例えばアルミニウムなどの金属を用いることができる。
One end of the
負極12は、帯状の負極集電体12Aと、この負極集電体12Aの両面に形成された負極合剤層12Bとからなる。
The
また、負極12の長手方向の一端部にも正極11と同様に、例えばスポット溶接または超音波溶接で接続された負極端子16が設けられている。この負極端子16の材料としては、例えば銅(Cu)、ニッケル(Ni)などを用いることができる。
Further, similarly to the
正極集電体11A、正極合剤層11B、負極集電体12A、負極合剤層12Bは、上述の第1の例と同様である。 The positive electrode current collector 11A, the positive electrode mixture layer 11B, the negative electrode current collector 12A, and the negative electrode mixture layer 12B are the same as in the first example.
ゲル電解質層13は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル電解質層13は高いイオン伝導率を得ることができるとともに、電池の漏液を防止できるので好ましい。電解液の構成(すなわち液状の溶媒、電解質塩)は、第1の例と同様である。
The
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートを挙げることができる。特に電気化学的な安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。 Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. , Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide is preferable.
[非水電解質二次電池の製造方法]
次に、第2の例による非水電解質二次電池の製造方法について説明する。まず、正極11および負極12のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル電解質層13を形成する。なお、予め正極集電体11Aの端部に正極端子15を溶接により取り付けるとともに、負極集電体12Aの端部に負極端子16を溶接により取り付けるようにする。
[Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second example will be described. First, a precursor solution containing a solvent, an electrolyte salt, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the
次に、ゲル電解質層13が形成された正極11と負極12とを、セパレータ14を介して積層し積層体とした後、この積層体をその長手方向に巻回して、巻回型の電池素子10を形成する。
Next, the
次に、ラミネートフィルムからなる外装材19を深絞り加工することで凹部18を形成し、電池素子10をこの凹部18に挿入し、外装材19の未加工部分を凹部18上部に折り返し、凹部18の外周部分を熱溶着し密封する。以上により、第2の例による非水電解質二次電池が作製される。
Next, a recess 18 is formed by deep-drawing the
一実施の形態では、例えばオキソ酸などの被着成分を含む溶液を複合酸化物粒子表面に被着させ、溶媒を除去して被着成分を析出させた後、被着成分を析出させた複合酸化物粒子を加熱処理することにより、非水電解質二次電池の高容量化と充放電効率の向上を実現することができる。したがって、この発明の一実施の形態による二次電池は、軽量かつ高容量で高エネルギー密度の特徴を利用して、ビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ラジオカセットレコーダ、携帯電話などの携帯用小型電子機器に広く利用可能である。 In one embodiment, for example, a composite containing a deposition component such as oxo acid is deposited on the surface of the composite oxide particle, the solvent is removed to deposit the deposition component, and then the deposition component is deposited. By heat-treating the oxide particles, it is possible to increase the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery and improve the charge / discharge efficiency. Therefore, the secondary battery according to the embodiment of the present invention is portable, such as a video camera, a notebook personal computer, a word processor, a radio cassette recorder, a mobile phone, etc. by utilizing the features of light weight, high capacity and high energy density. It can be widely used for small electronic devices.
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
<実施例1>
まず、硫酸ニッケルと硫酸コバルトとアルミン酸ナトリウムとを水中に溶解し、さらに十分に攪拌させながら水酸化ナトリウム溶液を加えて、ニッケル(Ni)と、コバルト(Co)と、アルミニウム(Al)とのモル比がNi:Co:Al=77:20:3となるようにしてニッケル−コバルト−アルミニウム複合共沈水酸化物を得た。生成した共沈物を水洗し、乾燥させた後、水酸化リチウム一水和塩を加え、モル比がLi:(Ni+Co+Al)=105:100となるように調整して前駆体を作製した。
<Example 1>
First, nickel sulfate, cobalt sulfate, and sodium aluminate are dissolved in water, a sodium hydroxide solution is added while stirring sufficiently, and nickel (Ni), cobalt (Co), and aluminum (Al) are mixed. A nickel-cobalt-aluminum composite coprecipitated hydroxide was obtained so that the molar ratio was Ni: Co: Al = 77: 20: 3. The produced coprecipitate was washed with water and dried, and then lithium hydroxide monohydrate was added, and the molar ratio was adjusted to Li: (Ni + Co + Al) = 105: 100 to prepare a precursor.
これらの前駆体を酸素気流中、700℃で10時間焼成し、室温まで冷却した後に粉砕して組成式Li1.03Ni0.77Co0.20Al0.03O2で表されるニッケル酸リチウムを主体とした複合酸化物粒子を得た。なお、レーザー散乱法により複合酸化物粒子を測定したところ、平均粒子径は13μmであった。 These precursors were calcined at 700 ° C. for 10 hours in an oxygen stream, cooled to room temperature, and then pulverized to be a composite oxidation mainly composed of lithium nickelate represented by the composition formula Li 1.03 Ni 0.77 Co 0.20 Al 0.03 O 2 Product particles were obtained. In addition, when complex oxide particle | grains were measured by the laser scattering method, the average particle diameter was 13 micrometers.
上述の複合酸化物粒子100重量部に、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)0.719重量部を加え、乳鉢で十分混合した。この混合物を、酸素気流中、700℃で4時間焼成して室温まで冷却した後、取り出して粉砕し、実施例1の正極活物質を得た。 To 100 parts by weight of the composite oxide particles described above, 0.719 parts by weight of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) was added and sufficiently mixed in a mortar. This mixture was calcined at 700 ° C. for 4 hours in an oxygen stream, cooled to room temperature, then taken out and pulverized to obtain a positive electrode active material of Example 1.
なお、JIS R 9101に規定されるAGK法により正極活物質を測定したところ、含有される炭酸分含有量は0.08重量%であった。 In addition, when the positive electrode active material was measured by the AGK method prescribed | regulated to JISR9101, the carbonic acid content contained was 0.08 weight%.
上述の正極活物質を用いて、以下のような電池を作製する。 The following battery is manufactured using the positive electrode active material described above.
まず、得られた正極活物質85質量部と、導電剤としてグラファイト5質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン10質量部とを混合して正極合剤を調製した。次に、この正極合剤を分散媒であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとした。この正極合剤スラリーを、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層を形成し、正極を作製した。続いて、正極の正極集電体露出部分に正極端子を取り付けた。 First, 85 parts by mass of the obtained positive electrode active material, 5 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a positive electrode mixture. Next, this positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion medium to obtain a positive electrode mixture slurry. This positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and compression molded with a roll press to form a positive electrode active material layer, thereby producing a positive electrode. Subsequently, a positive electrode terminal was attached to the exposed portion of the positive electrode current collector of the positive electrode.
次に、負極活物質として粉砕した黒鉛粉末90質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン10質量部とを混合して負極合剤を調製し、さらにこれを分散媒であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとした。次に、この負極合剤スラリーを、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層を形成し、負極を作製した。続いて、負極に¥の負極集電体露出部分に負極端子を取り付けた。 Next, 90 parts by mass of pulverized graphite powder as a negative electrode active material and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, which is further dispersed in N-methyl-2 as a dispersion medium. -Dispersed in pyrrolidone to make a negative electrode mixture slurry. Next, the negative electrode mixture slurry is uniformly applied on both sides of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 15 μm, dried, and compression-molded with a roll press to form a negative electrode active material layer. Produced. Then, the negative electrode terminal was attached to the negative electrode current collector exposed portion of $ in the negative electrode.
次に、作製した正極および負極を、厚み25μmの微孔性ポリエチレンフィルムよりなるセパレータを介して密着させ、長手方向に巻回して、最外周部に保護テープを貼り付けることにより、巻回体を作製した。続いて、この巻回体を外装材の間に装填し、外装材の3辺を熱融着し、一辺は熱融着せずに開口を有するようにした。外装材には、最外層から順に25μm厚のナイロンフィルムと、40μm厚のアルミニウム箔と、30μm厚のポリプロピレンフィルムとが積層されてなる防湿性のアルミラミネートフィルムを用いた。 Next, the prepared positive electrode and negative electrode are closely adhered via a separator made of a microporous polyethylene film having a thickness of 25 μm, wound in the longitudinal direction, and a protective tape is attached to the outermost peripheral portion, whereby a wound body is obtained. Produced. Subsequently, this wound body was loaded between exterior materials, and three sides of the exterior material were heat-sealed, and one side was not heat-sealed but had an opening. As the exterior material, a moisture-proof aluminum laminate film in which a 25 μm thick nylon film, a 40 μm thick aluminum foil, and a 30 μm thick polypropylene film were laminated in order from the outermost layer was used.
続いて、質量比がエチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=5:5となるようにして混合した溶媒に、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/lとなるように溶解させて作製した電解液を作製した。この電解液を外装材の開口から注入し、外装材の残りの1辺を減圧下において熱融着し、密封して二次電池を作製した。 Subsequently, 1 mol / l of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte salt was added to a solvent mixed so that the mass ratio was ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 5: 5. An electrolytic solution prepared by dissolving was prepared. This electrolyte solution was injected from the opening of the exterior material, and the remaining one side of the exterior material was heat-sealed under reduced pressure and sealed to produce a secondary battery.
<実施例2>
リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)0.719重量部の代わりにリン酸リチウム(Li3PO4)2.895重量部を混合し、被着成分被着後の加熱処理温度を600℃とした以外は実施例1と同様にして正極活物質を作製した。なお、AGK法により測定した正極活物質に含まれる炭酸分含有量は、0.07重量%であった。
<Example 2>
Ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4) Instead of lithium phosphate 0.719 parts by weight (Li 3 PO 4) 2.895 parts by weight were mixed, the heat treatment temperature after the deposition component deposited A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature was 600 ° C. The carbonic acid content contained in the positive electrode active material measured by the AGK method was 0.07% by weight.
<実施例3>
リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)0.719重量部の代わりにリン酸水素二アンモニウム((NH4)2HPO4)0.826重量部を混合し、被着成分被着後の加熱処理温度を500℃とした以外は実施例1と同様にして正極活物質を作製した。なお、AGK法により測定した正極活物質に含まれる炭酸分含有量は、0.09重量%であった。
<Example 3>
After 0.826 parts by weight of diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ) instead of 0.719 parts by weight of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was set to 500 ° C. The carbonic acid content contained in the positive electrode active material measured by the AGK method was 0.09% by weight.
<実施例4>
リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)0.719重量部の代わりに、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)0.719重量部とリン酸リチウム(Li3PO4)1.448重量部とを混合して加えた以外は実施例1と同様にして二次電池を作製した。なお、AGK法により測定した正極活物質に含まれる炭酸分含有量は、0.05重量%であった。
<Example 4>
Instead of 0.719 parts by weight of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), 0.719 parts by weight of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) A secondary battery was made in the same manner as in Example 1 except that 1.448 parts by weight were mixed and added. The carbonic acid content contained in the positive electrode active material measured by the AGK method was 0.05% by weight.
<実施例5>
被着成分被着後の加熱処理温度を300℃とした以外は実施例1と同様にして二次電池を作製した。なお、AGK法により測定した正極活物質に含まれる炭酸分含有量は、0.10重量%であった。
<Example 5>
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature after deposition of the deposition component was 300 ° C. The carbonic acid content contained in the positive electrode active material measured by the AGK method was 0.10% by weight.
<比較例1>
リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)の被着およびリン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)被着後の加熱処理を行わない以外は実施例1と同様にして二次電池を作製した。なお、AGK法により測定した正極活物質に含まれる炭酸分含有量は、0.24重量%であった。
<Comparative Example 1>
Except that perform deposition and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4) heat treatment after the deposition of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4) in the same manner as in Example 1 Secondary A battery was produced. The carbonic acid content contained in the positive electrode active material measured by the AGK method was 0.24% by weight.
<比較例2>
リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)の被着を行わない以外は実施例1と同様にして二次電池を作製した。なお、AGK法により測定した正極活物質に含まれる炭酸分含有量は、0.23重量%であった。
<Comparative example 2>
A secondary battery was made in the same manner as in Example 1 except that ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) was not applied. The carbonic acid content contained in the positive electrode active material measured by the AGK method was 0.23% by weight.
<比較例3>
リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)0.719重量部の代わりにリン酸水素二アンモニウム((NH4)2HPO4)0.826重量部を被着し、被着成分被着後の加熱処理を行わない以外は実施例1と同様にして二次電池を作製した。なお、AGK法により測定した正極活物質に含まれる炭酸分含有量は、0.24重量%であった。
<Comparative Example 3>
Diammonium hydrogenphosphate in place of (4 H 2 PO 4 NH) 0.719 parts by weight of ammonium dihydrogen phosphate ((NH 4) 2 HPO 4 ) 0.826 parts by weight is deposited and the deposition component deposited A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the subsequent heat treatment was not performed. The carbonic acid content contained in the positive electrode active material measured by the AGK method was 0.24% by weight.
<比較例4>
被着成分被着後の加熱処理温度を140℃とした以外は実施例1と同様にして二次電池を作製した。なお、AGK法により測定した正極活物質に含まれる炭酸分含有量は、0.20重量%であった。
<Comparative example 4>
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature after deposition of the deposition component was 140 ° C. The carbonic acid content contained in the positive electrode active material measured by the AGK method was 0.20% by weight.
[二次電池の評価]
各実施例および比較例の正極活物質を用いて作製した二次電池を、23℃の環境下で880mAの定電流で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電を行ったのち、4.2Vの定電圧で電流値が1mAに達するまで定電圧充電を行った。この後、満充電状態の二次電池を80℃の環境下で4日間保存した。このときの二次電池の厚みの変化量を高温保存時の膨れ量とした。
[Evaluation of secondary battery]
After the secondary battery produced using the positive electrode active material of each Example and Comparative Example was charged at a constant current of 880 mA at a constant current of 880 mA until the battery voltage reached 4.2 V in an environment of 23 ° C., Constant voltage charging was performed until the current value reached 1 mA at a constant voltage of 2V. Thereafter, the fully charged secondary battery was stored in an environment of 80 ° C. for 4 days. The amount of change in the thickness of the secondary battery at this time was defined as the amount of swelling during high temperature storage.
以下の表1に、評価の結果を示す。 Table 1 below shows the results of the evaluation.
各実施例および比較例から分かるように、リン酸化合物を被着させて加熱処理を行った正極活物質を用いた二次電池は、リン酸化合物の被着および加熱処理の少なくとも一方を行わなかった比較例1ないし比較例3の二次電池と比較して電池膨れ量が低下した。また、各実施例の二次電池は、リン酸化合物の被着を行い加熱処理温度を140℃とした実施例4の二次電池と比較しても電池膨れ量が低下した。 As can be seen from each of the examples and comparative examples, the secondary battery using the positive electrode active material subjected to the heat treatment with the phosphoric acid compound deposited does not perform at least one of the phosphoric acid compound deposition and the heat treatment. Compared with the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3, the amount of battery swelling decreased. Moreover, the secondary battery of each Example also reduced the amount of battery swelling even compared with the secondary battery of Example 4 in which the phosphoric acid compound was deposited and the heat treatment temperature was 140 ° C.
これにより、複合酸化物粒子をリン酸化合物で被覆するとともに、一定の温度以上で加熱処理を行うことによって、リン酸化合物被覆の効果が得られることが分かった。 Accordingly, it was found that the effect of the phosphoric acid compound coating can be obtained by coating the composite oxide particles with the phosphoric acid compound and performing the heat treatment at a certain temperature or higher.
実施例1ないし3で作製した正極活物質は炭酸イオンの含有量が減少している。これは、リン酸化合物を被着後に加熱処理することにより炭酸根がリン酸化合物と置換されて、ガスの発生量が減少したためであると考えられる。 The positive electrode active materials produced in Examples 1 to 3 have a reduced carbonate ion content. This is presumably because the carbonic acid radical was replaced with the phosphate compound by heat treatment after deposition of the phosphate compound, and the amount of gas generated was reduced.
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、その形状においては、特に限定されない。円筒型、角型などを呈するものであってもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment of the present invention, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the present invention. For example, the shape is not particularly limited. It may be a cylindrical shape, a square shape, or the like.
第1の例では、電解質として、電解液を有する非水電解質二次電池、第2の例では、電解質として、ゲル電解質を有する非水電解質二次電池について説明したがこれらに限定されるものではない。 In the first example, a non-aqueous electrolyte secondary battery having an electrolyte as an electrolyte has been described, and in the second example, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a gel electrolyte as an electrolyte has been described, but the present invention is not limited thereto. Absent.
例えば、電解質としては、上述したものの他にイオン伝導性高分子を利用した高分子固体電解質、またはイオン伝導性無機材料を利用した無機固体電解質なども用いることも可能であり、これらを単独あるいは他の電解質と組み合わせて用いてもよい。高分子固体電解質に用いることができる高分子化合物としては、例えばポリエーテル、ポリエステル、ポリフォスファゼン、あるいはポリシロキサンなどを挙げることができる。無機固体電解質としては、例えばイオン伝導性セラミックス、イオン伝導性結晶、あるいはイオン伝導性ガラスなどを挙げることができる。 For example, as the electrolyte, in addition to the above-described ones, a polymer solid electrolyte using an ion conductive polymer or an inorganic solid electrolyte using an ion conductive inorganic material can be used. It may be used in combination with the electrolyte. Examples of the polymer compound that can be used for the polymer solid electrolyte include polyether, polyester, polyphosphazene, and polysiloxane. Examples of the inorganic solid electrolyte include ion conductive ceramics, ion conductive crystals, and ion conductive glass.
2・・・・正極
2A・・・正極集電体
2B・・・正極合剤層
3・・・・セパレータ
4・・・・負極
4A・・・負極集電体
4B・・・負極合剤層
5・・・・外装カップ
6・・・・外装缶
7・・・・ガスケット
10・・・電池素子
11・・・正極
11A・・正極集電体
11B・・正極合剤層
12・・・負極
12A・・負極集電体
12B・・負極合剤層
13・・・ゲル電解質層
14・・・セパレータ
15・・・正極リード
16・・・負極リード
17・・・樹脂片
18・・・凹部
19・・・外装材
2 .... Positive electrode 2A ... Positive electrode
Claims (9)
上記リン酸化合物を被着させた上記複合酸化物粒子を加熱処理する加熱工程と
を有する
正極活物質の製造方法。 A deposition step of depositing a phosphate compound on the composite oxide particles containing lithium (Li) and nickel (Ni);
A method for producing a positive electrode active material, comprising: a heating step of heat-treating the composite oxide particles to which the phosphate compound is applied.
請求項1記載の正極活物質の製造方法。
(化1)
LiaNixCoyAlzO2
(但し、Niは、Ni全体の量を1としたときに、Niの0.1以下の範囲内で、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)からなる群から選択される1種または2種以上の金属元素と置換可能である。また、式中a、x、y、zは、0.2≦a≦1.05、0.60<x<0.90、0.10<y<0.40、0.01<z<0.20の範囲内の値であり、x、yおよびzの間にはx+y+z=1の関係がある。) The method for producing a positive electrode active material according to claim 1, wherein the composite oxide particles have an average composition represented by Chemical Formula 1.
(Chemical formula 1)
Li a Ni x Co y Al z O 2
(However, Ni, when the total amount of Ni is 1, within the range of 0.1 or less of Ni, manganese (Mn), chromium (Cr), iron (Fe), vanadium (V), magnesium ( Mg), titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), indium (In), tin ( Sn, lanthanum (La), and cerium (Ce) can be substituted with one or more metal elements selected from the group consisting of a), lanthanum (La), and cerium (Ce), where a, x, y, and z are 0.2 ≦ a ≦ 1.05, 0.60 <x <0.90, 0.10 <y <0.40, 0.01 <z <0.20, values of x, y and z (There is a relationship of x + y + z = 1 between them.)
請求項2記載の正極活物質の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material according to claim 2, wherein the content of carbonate ions is 0.15 wt% or less.
請求項3記載の正極活物質の製造方法。 The manufacturing method of the positive electrode active material of Claim 3 which heat-processes at the temperature of 150 to 1200 degreeC in the said heating process.
請求項4記載の正極活物質の製造方法。 5. The method for producing a positive electrode active material according to claim 4, wherein in the deposition step, 0.01 to 20 parts by weight of a phosphoric acid compound is deposited with respect to 100 parts by weight of the composite oxide particles.
請求項5記載の正極活物質の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material according to claim 5, wherein the phosphoric acid compound is ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, lithium phosphate, or a mixed salt thereof.
請求項1記載の正極活物質の製造方法。 The method for producing a positive electrode active material according to claim 1, wherein an average particle diameter of the positive electrode active material is in a range of 2.0 μm or more and 50 μm or less.
正極活物質。
(化1)
LiaNixCoyAlzO2
(但し、Niは、Ni全体の量を1としたときに、Niの0.1以下の範囲内で、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)からなる群から選択される1種または2種以上の金属元素と置換可能である。また、式中a、x、y、zは、0.2≦a≦1.05、0.60<x<0.90、0.10<y<0.40、0.01<z<0.20の範囲内の値であり、x、yおよびzの間にはx+y+z=1の関係がある。) A positive electrode active material obtained by applying a phosphoric acid compound to the composite oxide particles having an average composition represented by Chemical Formula 1 and performing heat treatment, and having a carbonate ion content of 0.15 wt% or less.
(Chemical formula 1)
Li a Ni x Co y Al z O 2
(However, Ni, when the total amount of Ni is 1, within the range of 0.1 or less of Ni, manganese (Mn), chromium (Cr), iron (Fe), vanadium (V), magnesium ( Mg), titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), indium (In), tin ( Sn, lanthanum (La), and cerium (Ce) can be substituted with one or more metal elements selected from the group consisting of a), lanthanum (La), and cerium (Ce), where a, x, y, and z are 0.2 ≦ a ≦ 1.05, 0.60 <x <0.90, 0.10 <y <0.40, 0.01 <z <0.20, values of x, y and z (There is a relationship of x + y + z = 1 between them.)
請求項8記載の正極活物質。 The positive electrode active material according to claim 8, wherein the positive electrode active material is provided on at least a part of the surface of the composite oxide particle and has a surface layer containing the phosphate compound or a decomposition product of the phosphate compound.
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