JP2011071019A - Manufacturing method for lithium ion battery positive active material, and positive active material for lithium ion battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン電池正極活物質の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質に関し、さらに詳しくは、LiFePO4微粒子中の3価のFe(Fe(III))量を制御することにより、放電容量を向上させることが可能なリチウムイオン電池正極活物質の製造方法、及び、この製造方法により得られたリチウムイオン電池正極活物質に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a lithium ion battery positive electrode active material and a lithium ion battery positive electrode active material, and more particularly, by controlling the amount of trivalent Fe (Fe (III)) in LiFePO 4 fine particles. The present invention relates to a method for producing a lithium ion battery positive electrode active material capable of improving capacity, and a lithium ion battery positive electrode active material obtained by this production method.
非水系リチウムイオン電池は、従来のNi−Cd電池やNi−H電池等の水溶液系電池と比較してエネルギー密度が高くかつ小型化が容易であることから、携帯電話機、携帯用情報端末、パーソナルコンピュータ等の携帯機器に広く用いられている。この非水系リチウムイオン電池の正極材料としては、LiCoO2が現在実用化されており、一般的に用いられている。
ところで、今後期待されるハイブリット自動車、電気自動車、無停電装置に搭載される大型電池等の分野では、LiCoO2をそのまま非水系リチウムイオン電池の正極材料に適用する場合、次のような様々な問題点があった。
このような問題点の1つは、LiCoO2はレアメタルであるコバルト(Co)を用いているので、コバルト(Co)を大量かつ安定的に入手するには、資源的及びコスト的に難しいという点である。
また、LiCoO2は高温で酸素を放出するので、異常発熱時や電池が短絡した場合には爆発の危険性があり、したがって、LiCoO2を大型電池に適用するにはリスクが大きいという点もある。
Non-aqueous lithium-ion batteries have higher energy density and can be easily miniaturized compared to conventional aqueous batteries such as Ni-Cd batteries and Ni-H batteries. Widely used in portable devices such as computers. As a positive electrode material for this non-aqueous lithium ion battery, LiCoO 2 is currently in practical use and is generally used.
By the way, in the field of a hybrid battery, an electric vehicle, a large battery mounted on an uninterruptible device, etc. expected in the future, when LiCoO 2 is directly applied to a positive electrode material of a non-aqueous lithium ion battery, there are various problems as follows. There was a point.
One of the problems is that LiCoO 2 uses rare metal cobalt (Co), so that it is difficult to obtain a large amount of cobalt (Co) stably in terms of resources and cost. It is.
In addition, LiCoO 2 releases oxygen at a high temperature, so there is a risk of explosion when abnormal heat is generated or when the battery is short-circuited. Therefore, there is a point that the risk of applying LiCoO 2 to a large battery is great. .
そこで、近年、LiCoO2を用いた正極材料に代わり、安価で危険性の低いリン酸骨格を有する正極材料が提案されている。その中でも、オリビン構造を有するLiFePO4が、安全性は基より、資源的及びコスト的にも問題がない正極材料として注目されており、世界的に研究・開発がなされている(例えば、特許文献1、非特許文献1等参照)。
このLiFePO4で代表されるオリビン系正極材料は、鉄(Fe)を利用するものであるから、資源的にはコバルト、マンガンと比較しても豊富に自然界に存在し安価である。そして、オリビン構造は、リンと酸素の共有結合性から、LiCoO2等のコバルト系のように高温時に酸素を放出することもなく、安全性にも優れた材料である。
Therefore, in recent years, a cathode material having a phosphoric acid skeleton that is inexpensive and has low risk has been proposed in place of the cathode material using LiCoO 2 . Among them, LiFePO 4 having an olivine structure is attracting attention as a positive electrode material having no problem in terms of resources and costs, based on safety, and has been researched and developed worldwide (for example, patent literature) 1, non-patent
Since the olivine-based positive electrode material typified by LiFePO 4 uses iron (Fe), it is abundant in nature and inexpensive compared to cobalt and manganese in terms of resources. The olivine structure is a material excellent in safety because it does not release oxygen at a high temperature like a cobalt system such as LiCoO 2 due to the covalent bond between phosphorus and oxygen.
しかしながら、このような利点を有するLiFePO4においても、特性面では問題点があることが指摘されている。
1つの問題点は、導電性が低い点であるが、この点については、近年における改良、特にLiFePO4とカーボンとの複合化、もしくはLiFePO4の表面のカーボン被覆等により、導電性を改良する試みが数々なされている。
他の一つの問題点は、充放電時におけるリチウムイオンの拡散性が低い点である。例えば、LiCoO2のような層状構造、あるいはLiMnO2のようなスピネル構造の化合物では、充放電時のリチウムの拡散方向が2方向または3方向であるのに対し、LiFePO4のようなオリビン構造の化合物では、リチウムの拡散方向が1方向に限られてしまう。加えて、充放電時の電極反応は、LiFePO4とFePO4との間で変換を繰り返す2相反応であることから、LiFePO4は高速の充放電には不利だとされている。
However, it has been pointed out that LiFePO 4 having such advantages also has problems in terms of characteristics.
One problem is that the conductivity is low. In this regard, the conductivity is improved by recent improvements, in particular, by combining LiFePO 4 and carbon, or coating the surface of LiFePO 4 with carbon. There have been many attempts.
Another problem is that the diffusibility of lithium ions during charging and discharging is low. For example, in a compound having a layered structure such as LiCoO 2 or a spinel structure such as LiMnO 2 , the diffusion direction of lithium during charge / discharge is bi-directional or tri-directional, whereas an olivine structure such as LiFePO 4 is used. In the compound, the diffusion direction of lithium is limited to one direction. In addition, since the electrode reaction during charging / discharging is a two-phase reaction in which conversion is repeated between LiFePO 4 and FePO 4 , LiFePO 4 is considered disadvantageous for high-speed charging / discharging.
これらの問題点を解決する方法として最も有効だとされるのは、LiFePO4粒子の小粒径化である。つまり、拡散方向が1方向であっても、小粒径化により拡散距離が短縮されれば、充放電の高速化にも対応できると考えられるからである。
従来、LiFePO4の合成法としては固相法が用いられてきたが、この固相法では、LiFePO4の原料を化学量論比で混合し、不活性雰囲気中にて焼成することから、焼成条件を上手く選ばないと目的通りの組成のLiFePO4が得られず、また、粒子径の制御が難しく、小粒径化することが難しいという問題点がある。そこで、このLiFePO4粒子を小粒径化する方法として、水熱反応を利用した液相合成法が研究されている。
The most effective method for solving these problems is to reduce the LiFePO 4 particle size. That is, even if the diffusion direction is one direction, if the diffusion distance is shortened by reducing the particle size, it can be considered that the charge / discharge speed can be increased.
Conventionally, a solid phase method has been used as a method for synthesizing LiFePO 4. In this solid phase method, LiFePO 4 raw materials are mixed in a stoichiometric ratio and fired in an inert atmosphere. If the conditions are not properly selected, LiFePO 4 having the intended composition cannot be obtained, and it is difficult to control the particle size and it is difficult to reduce the particle size. Therefore, a liquid phase synthesis method utilizing a hydrothermal reaction has been studied as a method for reducing the particle size of the LiFePO 4 particles.
水熱反応の利点は、固相反応と比べてはるかに低温で純度が高い生成物が得られる点である。しかしながら、この水熱反応においても、粒径の制御は反応温度や時間等の反応条件に係わる因子に因るところが大きい。また、これらの因子で制御した場合には、製造装置自体の性能に左右される部分が多く、再現性には難がある。
そこで、水熱反応によりLiFePO4微粒子を生成する方法として、CH3COO−、SO4 2−、Cl−等の有機酸やイオンを、溶媒に同時に含有させて合成する方法や、この水熱反応の際に過剰のLiを添加することにより、単相のLiFePO4微粒子を得る方法が提案されている(例えば、特許文献2、非特許文献2等参照)。また、反応中間体を機械的に粉砕することにより、小粒径のLiFePO4微粒子を得る方法も提案されている(特許文献3)。
The advantage of a hydrothermal reaction is that a product with a much higher purity can be obtained at a lower temperature than in a solid phase reaction. However, also in this hydrothermal reaction, the particle size is largely controlled by factors relating to reaction conditions such as reaction temperature and time. In addition, when controlled by these factors, there are many parts that depend on the performance of the manufacturing apparatus itself, and reproducibility is difficult.
Therefore, as a method for producing LiFePO 4 fine particles by a hydrothermal reaction, a method of synthesizing organic acids and ions such as CH 3 COO − , SO 4 2− , Cl − and the like by simultaneously containing them in a solvent, and this hydrothermal reaction There has been proposed a method of obtaining single-phase LiFePO 4 fine particles by adding excess Li at the time (for example, see Patent Document 2, Non-Patent Document 2, etc.). A method of obtaining LiFePO 4 fine particles having a small particle diameter by mechanically pulverizing a reaction intermediate has also been proposed (Patent Document 3).
ところで、従来の水熱反応によりLiFePO4微粒子を生成する方法では、確かにLiFePO4微粒子が得られ、目的とする負荷特性も向上しているものの、初期の放電容量が低下し、さらには高速充放電特性が低下するという問題点があった。
この現象は、生成したLiFePO4微粒子が広い粒度分布を有することに起因していると考えられる。すなわち、LiFePO4微粒子が広い粒度分布を有することにより、充放電に寄与しない非晶質の極微小粒子の割合が上昇し、その結果、初期の放電容量が低下し、さらには高速充放電特性も低下することとなる。
Incidentally, in the method of producing the LiFePO 4 particles by conventional hydrothermal reaction, certainly LiFePO 4 particles is obtained, although also improved load characteristics of interest, the initial discharge capacity is decreased, and further high-speed charge There was a problem that the discharge characteristics deteriorated.
This phenomenon is considered to be caused by the generated LiFePO 4 fine particles having a wide particle size distribution. That is, when the LiFePO 4 fine particles have a wide particle size distribution, the proportion of amorphous ultrafine particles that do not contribute to charge / discharge increases, resulting in a decrease in initial discharge capacity, and also high-speed charge / discharge characteristics. Will be reduced.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、単にLiFePO4微粒子の1次粒子径の制御ではなく、LiFePO4微粒子中に含まれる3価のFe(Fe(III))の量を制御することにより、高速充放電特性を向上させることのできるリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above circumstances, not just control the primary particle size of LiFePO 4 particles, the amount of trivalent Fe contained in LiFePO 4 in the microparticles (Fe (III)) It aims at providing the manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion batteries and the positive electrode active material for lithium ion batteries which can improve a high-speed charge / discharge characteristic by controlling.
本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意研究を行った結果、LiFePO4微粒子中に含まれる3価のFe(Fe(III))の量と、このLiFePO4微粒子を用いたリチウムイオン電池の充放電特性、特に高速充放電特性との間に密接な関係があることを見出し、本発明を完成するに至った。 Lithium present inventors have, as a result of intensive studies to solve the above problems, using the amount of trivalent Fe contained in LiFePO 4 in the microparticles (Fe (III)), the LiFePO 4 particles It has been found that there is a close relationship between the charge / discharge characteristics of the ion battery, particularly the high-speed charge / discharge characteristics, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法は、Li3PO4、またはLi源及びリン酸源と、Fe源とを、水を主成分とする溶媒に溶解し、得られた混合物に酸化剤を添加し、この酸化剤を含む混合物を加圧・加熱し、LiFePO4微粒子を生成することを特徴とする。 That is, the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery of the present invention was obtained by dissolving Li 3 PO 4 or a Li source and a phosphoric acid source and an Fe source in a solvent containing water as a main component. An oxidizing agent is added to the mixture, and the mixture containing the oxidizing agent is pressurized and heated to produce LiFePO 4 fine particles.
前記酸化剤は、過酸化水素水、硝酸、次亜塩素酸ナトリウム、メタクロロ過安息香酸、過マンガン酸カリウムの群から選択される1種または2種以上であることが好ましい。
前記酸化剤の添加量は、前記Fe源の全mol量に対して0.01mol%以上かつ6mol%以下であることが好ましい。
The oxidizing agent is preferably one or more selected from the group consisting of hydrogen peroxide, nitric acid, sodium hypochlorite, metachloroperbenzoic acid, and potassium permanganate.
The addition amount of the oxidizing agent is preferably 0.01 mol% or more and 6 mol% or less with respect to the total mol amount of the Fe source.
本発明のリチウムイオン電池用正極活物質は、本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法により得られたリチウムイオン電池正極活物質であって、
前記LiFePO4微粒子の3価のFe(Fe(III))のmol量と、前記LiFePO4微粒子中の全Feのmol量との比(Fe(III)/全Fe)は、下記式(1)
0mol%<Fe(III)/全Fe<7.0mol% ……(1)
を満たすことを特徴とする。
The positive electrode active material for lithium ion batteries of the present invention is a lithium ion battery positive electrode active material obtained by the method for producing a positive electrode active material for lithium ion batteries of the present invention,
The LiFePO 4 particles of trivalent Fe (Fe (III)) and mol of the ratio of the mol amount of the total Fe in the LiFePO 4 microparticles (Fe (III) / total Fe) is represented by the following formula (1)
0 mol% <Fe (III) / total Fe <7.0 mol% (1)
It is characterized by satisfying.
本発明のリチウムイオン電池用正極活物質では、比表面積が3m2/gより大きくかつ16m2/g以下であることが好ましい。 In the positive electrode active material for a lithium ion battery of the present invention, the specific surface area is preferably larger than 3 m 2 / g and 16 m 2 / g or less.
本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法によれば、Li3PO4、またはLi源及びリン酸源と、Fe源とを、水を主成分とする溶媒に溶解し、得られた混合物に酸化剤を添加し、この酸化剤を含む混合物を加圧・加熱するので、1次粒子径が制御されることに加えて、含まれる3価のFe(Fe(III))の量が制御されたLiFePO4微粒子を容易に作製することができる。したがって、1次粒子径及び3価のFe(Fe(III))の量が制御されたLiFePO4微粒子を容易に作製することができる。
さらに、このLiFePO4微粒子をリチウムイオン電池用電極に適用することで、リチウムイオン電池の高速充放電特性を向上させることができる。
According to the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery of the present invention, Li 3 PO 4 , or a Li source and a phosphoric acid source, and an Fe source were dissolved in a solvent containing water as a main component. Since the oxidizing agent is added to the mixture and the mixture containing the oxidizing agent is pressurized and heated, in addition to controlling the primary particle size, the amount of trivalent Fe (Fe (III)) contained Controlled LiFePO 4 fine particles can be easily produced. Therefore, LiFePO 4 fine particles in which the primary particle diameter and the amount of trivalent Fe (Fe (III)) are controlled can be easily produced.
Furthermore, by applying the LiFePO 4 fine particles to an electrode for a lithium ion battery, the high-speed charge / discharge characteristics of the lithium ion battery can be improved.
本発明のリチウムイオン電池用正極活物質によれば、LiFePO4微粒子の3価のFe(Fe(III))のmol量と、LiFePO4微粒子中の全Feのmol量との比(Fe(III)/全Fe)を、下記式(2)
0mol%<Fe(III)/全Fe<7.0mol% ……(2)
を満たすこととしたので、このLiFePO4微粒子を用いたリチウムイオン電池の充放電特性、特に高速充放電特性を向上させることができる。
According to the positive electrode active material for lithium ion batteries of the present invention, the mol amount of the trivalent Fe of LiFePO 4 particles (Fe (III)), the ratio of the mol amount of the total Fe in the LiFePO 4 in the microparticles (Fe (III ) / Total Fe) in the following formula (2)
0 mol% <Fe (III) / total Fe <7.0 mol% (2)
Therefore, the charge / discharge characteristics, particularly the high-speed charge / discharge characteristics, of the lithium ion battery using the LiFePO 4 fine particles can be improved.
本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion batteries of this invention and the form for implementing the positive electrode active material for lithium ion batteries are demonstrated.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
「リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法」
本実施形態のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法は、Li3PO4、またはLi源及びリン酸源と、Fe源とを、水を主成分とする溶媒に溶解し、得られた混合物に酸化剤を添加し、この酸化剤を含む混合物を加圧・加熱し、LiFePO4微粒子を生成する方法である。
"Method for producing positive electrode active material for lithium ion battery"
In the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery according to this embodiment, Li 3 PO 4 , or a Li source and a phosphoric acid source, and an Fe source are dissolved in a solvent containing water as a main component, and the resulting mixture is obtained. In this method, an oxidizing agent is added to the mixture, and a mixture containing the oxidizing agent is pressurized and heated to produce LiFePO 4 fine particles.
このLiFePO4微粒子を水熱反応で合成する場合、合成原料として、Li塩等のLi源、Fe(II)塩等のFe源、PO4塩等のリン酸源を用いる方法、Li源とリン酸源とを反応させたLi3PO4を用いる方法、Fe源とリン酸源とを反応させたFe3(PO4)2を用いる方法がある。
ただし、Fe3(PO4)2は酸化され易く、取り扱いが難しいので、Li3PO4とFe(II)等のFe源を原料とすることが好ましい。
When the LiFePO 4 fine particles are synthesized by hydrothermal reaction, a method using a Li source such as a Li salt, a Fe source such as a Fe (II) salt, a phosphoric acid source such as a PO 4 salt as a synthesis raw material, a Li source and phosphorus There are a method using Li 3 PO 4 reacted with an acid source, and a method using Fe 3 (PO 4 ) 2 reacted with an Fe source and a phosphate source.
However, since Fe 3 (PO 4 ) 2 is easily oxidized and difficult to handle, it is preferable to use Li 3 PO 4 and Fe sources such as Fe (II) as raw materials.
なお、Li源、Fe源及びリン酸源を用いる方法では、反応初期でLi3PO4を生成するので、Li3PO4を用いる方法と同等となる。したがって、初めにLi3PO4を合成し、その後、このLi3PO4とFe源とを水熱反応させてLiFePO4微粒子を合成する方法が好ましい。 Note that the method using Li source, Fe source and phosphoric acid source is equivalent to the method using Li 3 PO 4 because Li 3 PO 4 is generated at the initial stage of the reaction. Therefore, a method is preferred in which Li 3 PO 4 is first synthesized, and then Li 3 PO 4 and Fe source are hydrothermally reacted to synthesize LiFePO 4 fine particles.
ここで、水熱反応を用いる理由は以下の通りである。
LiFePO4の他の合成法として、原料とカーボン源を混合して不活性雰囲気下または還元性雰囲気下にて焼成を行う固相法がある。
この方法でもFeの酸化を制御することは可能であるが、そのためには、焼成時の雰囲気中の酸素分圧を高精度で制御する必要があり、実際には、このような制御は極めて難しい。
一方、水熱反応は、LiFePO4微粒子の生成過程と焼成過程が分離しているので、生成過程でのFeの酸化を、水熱反応により容易に制御することが可能である。
Here, the reason for using the hydrothermal reaction is as follows.
As another synthesis method of LiFePO 4 , there is a solid phase method in which a raw material and a carbon source are mixed and baked in an inert atmosphere or a reducing atmosphere.
Although it is possible to control the oxidation of Fe by this method as well, for that purpose, it is necessary to control the oxygen partial pressure in the atmosphere at the time of firing with high accuracy, and such control is actually extremely difficult. .
On the other hand, since the hydrothermal reaction separates the production process and the firing process of LiFePO 4 fine particles, the oxidation of Fe in the production process can be easily controlled by the hydrothermal reaction.
次に、このLiFePO4微粒子の製造方法について詳細に説明する。
1.リン酸リチウム(Li3PO4)スラリーの作製
まず、水に、Li源及びリン酸源を投入し、これらLi源及びリン酸源を反応させてリン酸リチウム(Li3PO4)を生成させ、リン酸リチウム(Li3PO4)スラリーとする。
Next, a method for producing the LiFePO 4 fine particles will be described in detail.
1. Preparation of Lithium Phosphate (Li 3 PO 4 ) Slurry First, a Li source and a phosphoric acid source are introduced into water, and these Li source and phosphoric acid source are reacted to produce lithium phosphate (Li 3 PO 4 ). And a lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) slurry.
Li源としては、Liの水酸化物あるいはLi塩が好ましく、例えば、Liの水酸化物としては水酸化リチウム(LiOH)が挙げられる。また、Li塩としては、炭酸リチウム(Li2CO3)、塩化リチウム(LiCl)等のリチウム無機酸塩、酢酸リチウム(LiCH3COO)、蓚酸リチウム((COOLi)2)等のリチウム有機酸塩及びこれらの水和物が挙げられ、これらの群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。 The Li source is preferably a Li hydroxide or a Li salt. For example, the Li hydroxide may be lithium hydroxide (LiOH). Further, as the Li salt, lithium inorganic acid salts such as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and lithium chloride (LiCl), lithium organic acid salts such as lithium acetate (LiCH 3 COO) and lithium oxalate ((COOLi) 2 ) And hydrates thereof, and one or more selected from these groups are preferably used.
リン酸源としては、オルトリン酸(H3PO4)、メタリン酸(HPO3)等のリン酸、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)、リン酸水素二アンモニウム((NH4)2HPO4)、リン酸アンモニウム((NH4)3PO4)及びこれらの水和物の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。中でも、比較的純度が高く、組成制御が行い易いことから、オルトリン酸、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウムが好適である。 Examples of phosphoric acid sources include phosphoric acid such as orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) and metaphosphoric acid (HPO 3 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), and diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 )). 2 HPO 4 ), ammonium phosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 ) and one or more selected from the group of these hydrates are preferably used. Among them, orthophosphoric acid, ammonium dihydrogen phosphate, and diammonium hydrogen phosphate are preferable because of their relatively high purity and easy composition control.
2.リン酸リチウム(Li3PO4)とFe源との混合物の作製
上記のリン酸リチウム(Li3PO4)スラリーに、Fe源及び還元剤を添加し、混合物とする。
Fe源としては、Fe塩が好ましく、例えば、塩化鉄(II)(FeCl2)、硫酸鉄(II)(FeSO4)、酢酸鉄(II)(Fe(CH3COO)2)及びこれらの水和物の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
2. Preparation of mixture of lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) and Fe source To the lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) slurry described above, an Fe source and a reducing agent are added to form a mixture.
The Fe source is preferably an Fe salt, such as iron chloride (II) (FeCl 2 ), iron sulfate (II) (FeSO 4 ), iron acetate (II) (Fe (CH 3 COO) 2 ), and water thereof. One or more selected from the group of Japanese products are preferably used.
反応濃度、すなわち、この混合物中のLi3PO4とFe源とをLiFePO4に換算したときの濃度は、0.5mol/L以上かつ1.5mol/L以下が好ましく、より好ましくは0.7mol/L以上かつ1.2mol/L以下である。
その理由は、反応濃度が0.5mol/L未満では、大粒径のLiFePO4が生成し易く、既に述べた理由により負荷特性を悪化させるからであり、一方、反応濃度が1.5mol/Lを超えると、撹拌を十分に行うことができず、したがって、反応が十分に進行せず、未反応物が残ってしまい、その結果、単相のLiFePO4が得られ難くなり、電池材料として使用できないからである。
The reaction concentration, that is, the concentration of Li 3 PO 4 and Fe source in this mixture when converted to LiFePO 4 is preferably 0.5 mol / L or more and 1.5 mol / L or less, more preferably 0.7 mol / L or more and 1.2 mol / L or less.
The reason is that when the reaction concentration is less than 0.5 mol / L, LiFePO 4 having a large particle size is likely to be produced, and the load characteristics are deteriorated for the reason already described, while the reaction concentration is 1.5 mol / L. by weight, it can not be performed stirring sufficiently, therefore, the reaction does not proceed sufficiently, will remain unreacted materials becomes as a result, difficult to LiFePO 4 single phase is obtained, used as a battery material It is not possible.
3.上記の混合物への酸化剤の添加
上記の混合物に酸化剤を添加し、酸化剤を含む混合物とする。
この酸化剤としては、例えば、過酸化水素水、硝酸、次亜塩素酸ナトリウム、メタクロロ過安息香酸、過マンガン酸カリウムの群から選択される1種または2種以上であることが好ましい。
ここで、次亜塩素酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム等の金属イオンを含む酸化剤を用いた場合、この金属イオンが正極活物質中に残留してしまい、場合によっては電池の寿命を縮めてしまう虞があるので、注意が必要である。この点を考慮すると、金属イオンを含まない酸化剤である過酸化水素水、硝酸、メタクロロ過安息香酸が好適である。
3. Addition of oxidizing agent to the above mixture An oxidizing agent is added to the above mixture to form a mixture containing the oxidizing agent.
The oxidizing agent is preferably one or more selected from the group consisting of hydrogen peroxide, nitric acid, sodium hypochlorite, metachloroperbenzoic acid, and potassium permanganate, for example.
Here, when an oxidizing agent containing metal ions such as sodium hypochlorite and potassium permanganate is used, the metal ions remain in the positive electrode active material, and in some cases, shorten the battery life. Because there is a fear, attention is necessary. Considering this point, hydrogen peroxide, nitric acid, and metachloroperbenzoic acid, which are oxidizing agents not containing metal ions, are preferable.
この酸化剤の添加量は、上記混合物に含まれるFe源の全mol量に対して0.01mol%以上かつ6mol%以下が好ましく、より好ましくは1mol%以上かつ6mol%以下、さらに好ましくは3mol%以上かつ6mol%以下である。
ここで、酸化剤の添加量が0.01mol%を下回ると、混合物中のFe源に対する酸化剤の添加量が少なすぎてしまい、したがって、水熱反応の過程で生成する3価のFe(Fe(III))の量を制御することができなくなってしまい、その結果、得られたLiFePO4微粒子を適用したリチウムイオン電池の高速充放電特性が低下し、一方、酸化剤の添加量が6mol%を超えると、水熱反応の過程で生成する3価のFe(Fe(III))の量を制御することはできるものの、過剰の酸化剤が不純物として残留し易くなり、その結果、得られたLiFePO4微粒子を適用したリチウムイオン電池の高速充放電特性が低下するので好ましくない。
The addition amount of the oxidizing agent is preferably 0.01 mol% or more and 6 mol% or less, more preferably 1 mol% or more and 6 mol% or less, and further preferably 3 mol%, with respect to the total mol amount of the Fe source contained in the mixture. It is above and below 6 mol%.
Here, if the addition amount of the oxidizing agent is less than 0.01 mol%, the addition amount of the oxidizing agent to the Fe source in the mixture is too small, and therefore trivalent Fe (Fe (Fe) generated in the course of the hydrothermal reaction). The amount of (III)) cannot be controlled, and as a result, the high-speed charge / discharge characteristics of the lithium ion battery to which the obtained LiFePO 4 fine particles are applied are deteriorated, while the addition amount of the oxidizing agent is 6 mol%. If the amount exceeds 1, the amount of trivalent Fe (Fe (III)) produced during the hydrothermal reaction process can be controlled, but excess oxidant tends to remain as impurities, and as a result This is not preferable because high-speed charge / discharge characteristics of a lithium ion battery to which LiFePO 4 fine particles are applied are deteriorated.
なお、この酸化剤については、酸素ガスが含まれる大気雰囲気のような物質も含まれる。また、酸化剤を添加する替わりに、水熱反応時におけるオートクレーブ内の気相部を酸化雰囲気に制御すれば、酸化剤自体が不純物となる虞がなくなり、好適である。 In addition, about this oxidizing agent, substances, such as an air atmosphere containing oxygen gas, are also included. In addition, it is preferable to control the gas phase part in the autoclave during the hydrothermal reaction to an oxidizing atmosphere instead of adding the oxidizing agent, since there is no possibility that the oxidizing agent itself becomes an impurity.
3.混合物の水熱合成
上記の酸化剤を含む混合物を、高温高圧の条件下にて反応(水熱合成)させ、LiFePO4微粒子を含む反応物を得る。
この反応(水熱合成)における高温高圧の条件は、LiFePO4微粒子を生成する温度、圧力及び時間の範囲であれば特に限定されるものではないが、反応温度は、例えば、120℃以上かつ250℃以下が好ましく、より好ましくは150℃以上かつ220℃以下である。
3. Hydrothermal synthesis of the mixture The mixture containing the above oxidizing agent is reacted (hydrothermal synthesis) under high-temperature and high-pressure conditions to obtain a reaction product containing LiFePO 4 fine particles.
The conditions of the high temperature and high pressure in this reaction (hydrothermal synthesis) are not particularly limited as long as the temperature, pressure, and time are within the range of producing LiFePO 4 fine particles, but the reaction temperature is, for example, 120 ° C. or more and 250 ° C or lower is preferable, more preferably 150 ° C or higher and 220 ° C or lower.
また、反応時の圧力は、例えば、0.2MPa以上かつ4.0MPa以下が好ましく、0.4MPa以上かつ2.5MPa以下がより好ましい。反応時間は、反応温度にもよるが、例えば、1時間以上かつ24時間以下が好ましく、3時間以上かつ12時間以下がより好ましい。 Further, the pressure during the reaction is preferably, for example, 0.2 MPa or more and 4.0 MPa or less, and more preferably 0.4 MPa or more and 2.5 MPa or less. Although depending on the reaction temperature, the reaction time is preferably, for example, 1 hour to 24 hours, more preferably 3 hours to 12 hours.
4.LiFePO4微粒子の分離
上記のLiFePO4微粒子を含む反応物を、デカンテーション、遠心分離、フィルター濾過等により、LiFePO4微粒子とLi含有廃液(未反応のLiを含む溶液)とに分離する。
分離されたLiFePO4微粒子は、乾燥器等を用いて40℃以上にて3時間以上乾燥する。
以上により、1次粒子径が制御されることに加えて、含まれる3価のFe(Fe(III))の量が制御されたLiFePO4微粒子を、効率よく、容易に作製することができる。
4). The reactions containing LiFePO 4 particles separated above LiFePO 4 particles, decantation, centrifugation, by filtration or the like, is separated into LiFePO 4 particles and Li-containing waste solution (solution containing Li unreacted).
The separated LiFePO 4 fine particles are dried at 40 ° C. or higher for 3 hours or longer using a drier or the like.
As described above, in addition to controlling the primary particle diameter, LiFePO 4 fine particles in which the amount of trivalent Fe (Fe (III)) contained is controlled can be produced efficiently and easily.
「リチウムイオン電池用正極活物質」
上記の製造方法により作製されたリチウムイオン電池用正極活物質であるLiFePO4微粒子は、それに含まれる3価のFe(Fe(III))の量が制御されたものとなっている。
このLiFePO4微粒子では、酸化剤の添加量と、合成されたLiFePO4中の3価のFe(Fe(III))の量とは、必ずしも化学量論比ではなく、この3価のFe(Fe(III))の量は添加した酸化剤の量よりも多くなる傾向にある。その理由は、このLiFePO4微粒子の表面が大気に曝されて自然に酸化されているからである。
"Positive electrode active material for lithium-ion batteries"
The LiFePO 4 fine particles, which are the positive electrode active material for a lithium ion battery produced by the above production method, have a controlled amount of trivalent Fe (Fe (III)) contained therein.
In the LiFePO 4 fine particles, the amount of oxidant added and the amount of trivalent Fe (Fe (III)) in the synthesized LiFePO 4 are not necessarily stoichiometric, but the trivalent Fe (Fe The amount of (III)) tends to be greater than the amount of added oxidizing agent. The reason is that the surface of the LiFePO 4 fine particles is naturally oxidized by being exposed to the atmosphere.
このLiFePO4微粒子の3価のFe(Fe(III))のmol量と、このLiFePO4微粒子中の全Feのmol量との比(Fe(III)/全Fe)は、下記式(3)
0mol%<Fe(III)/全Fe<7.0mol% ……(3)
を満たすことが好ましく、より好ましくは下記式(4)
0.5mol%<Fe(III)/全Fe<5mol% ……(4)
を満たすことであり、さらに好ましくは下記式(5)
1.0mol%<Fe(III)/全Fe<4mol% ……(5)
を満たすことである。
The LiFePO 4 particles of trivalent Fe (Fe (III)) ratio of the mol amount, the mol amount of the total Fe in the LiFePO 4 micro particles (Fe (III) / total Fe) is represented by the following formula (3)
0 mol% <Fe (III) / total Fe <7.0 mol% (3)
Preferably, the following formula (4) is satisfied.
0.5 mol% <Fe (III) / total Fe <5 mol% (4)
More preferably, the following formula (5) is satisfied.
1.0 mol% <Fe (III) / total Fe <4 mol% (5)
Is to satisfy.
ここで、比(Fe(III)/全Fe)が7.0mol%を超えると、過剰な3価のFeが正極活物質内で不純物として働き、初期容量の低下、充放電の分極の拡大が生じるので、好ましくない。なお、Li拡散を容易にする点を考慮すると、比(Fe(III)/全Fe)は0.5mol%を超えることが好ましい。 Here, when the ratio (Fe (III) / total Fe) exceeds 7.0 mol%, excessive trivalent Fe acts as an impurity in the positive electrode active material, and the initial capacity is reduced and the charge / discharge polarization is increased. Since it occurs, it is not preferable. In view of facilitating Li diffusion, the ratio (Fe (III) / total Fe) is preferably more than 0.5 mol%.
このLiFePO4微粒子は、比表面積が3m2/gより大きくかつ16m2/g以下であることが好ましく、より好ましくは3m2/gより大きくかつ12m2/g以下であり、さらに好ましくは5m2/gより大きくかつ10m2/g以下である。
ここで、比表面積が3m2/g以下であると、LiFePO4微粒子が粗大化してしまい、粒径の分布もシャープでなくなり、その結果、リチウムイオン電池に適用した場合に、初期放電特性のバラツキが大きくなり、初期容量の低下を生じさせる虞があり、一方、16m2/gを超えると、LiFePO4微粒子の微粒子化が行き過ぎてしまい、その結果、リチウムイオン電池に適用した場合に、放電電圧が上昇し、所望の充放電特性が得られなくなるからである。
The LiFePO 4 fine particles preferably have a specific surface area of greater than 3 m 2 / g and no greater than 16 m 2 / g, more preferably greater than 3 m 2 / g and no greater than 12 m 2 / g, and even more preferably 5 m 2. Greater than / g and less than or equal to 10 m 2 / g.
Here, when the specific surface area is 3 m 2 / g or less, the LiFePO 4 fine particles are coarsened and the particle size distribution is not sharp. As a result, when applied to a lithium ion battery, the initial discharge characteristics vary. On the other hand, when it exceeds 16 m 2 / g, the LiFePO 4 fine particles are excessively fined. As a result, when applied to a lithium ion battery, the discharge voltage This is because the desired charge / discharge characteristics cannot be obtained.
「リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池」
上記のリチウムイオン電池用正極活物質を、リチウムイオン電池、特にリチウムイオン2次電池の正電極の正極活物質として用いるためには、LiFePO4微粒子の表面を炭素により被覆する必要がある。
表面に炭素被覆を施さないと、既に述べたLiFePO4の問題点である導電性が改善されず、電池特性として良好な結果が得られないからである。
"Electrode for lithium ion battery and lithium ion battery"
In order to use the above-described positive electrode active material for a lithium ion battery as a positive electrode active material for a lithium ion battery, particularly a positive electrode of a lithium ion secondary battery, it is necessary to cover the surface of LiFePO 4 fine particles with carbon.
This is because if the surface is not coated with carbon, the conductivity, which is the problem of LiFePO 4 already described, is not improved, and good results as battery characteristics cannot be obtained.
炭素被覆の方法としては、例えば、LiFePO4微粒子を、カーボン源である水溶性の単糖類、多糖類、もしくは水溶性の高分子化合物と混合し、蒸発乾固法、真空乾燥法、スプレードライ法、フリーズドライ法等の乾燥方法を用いて、LiFePO4微粒子の表面に均質に膜を形成し、次いで、不活性雰囲気中、カーボン源が分解して炭素を生成する温度で焼成し、LiFePO4微粒子の表面に導電性のカーボン膜を形成する。 As a carbon coating method, for example, LiFePO 4 fine particles are mixed with a water-soluble monosaccharide, polysaccharide, or water-soluble polymer compound that is a carbon source, followed by evaporation to dryness, vacuum drying, or spray drying. , using the drying method such as freeze drying method, homogeneously film is formed on the surface of the LiFePO 4 particles, then in an inert atmosphere, then fired at a temperature that produces a carbon carbon source is decomposed, LiFePO 4 particles A conductive carbon film is formed on the surface.
焼成温度は、カーボン源の種類にもよるが、500℃〜1000℃が好ましく、より好ましくは700℃〜800℃の範囲である。
500℃未満の低い温度では、カーボン源の分解が不十分かつ導電性のカーボン膜の生成が不十分となり、電池内での抵抗要因となり、電池特性に悪影響を及ぼす。一方、1000℃を超える高い温度では、LiFePO4微粒子の粒成長が進行して粗大化してしまい、LiFePO4粒子の問題点であるLi拡散速度に起因する高速充放電特性が著しく悪化する。
このように、上記のリチウムイオン電池用正極活物質であるLiFePO4微粒子を炭素により被覆することで、リチウムイオン電池、特にリチウムイオン2次電池の正電極の正極活物質として好適となる。
The firing temperature depends on the type of carbon source, but is preferably 500 ° C to 1000 ° C, more preferably 700 ° C to 800 ° C.
At a low temperature of less than 500 ° C., the carbon source is not sufficiently decomposed and a conductive carbon film is not sufficiently formed, which becomes a resistance factor in the battery and adversely affects battery characteristics. On the other hand, at a high temperature exceeding 1000 ° C., the growth of LiFePO 4 fine particles progresses and becomes coarse, and the high-speed charge / discharge characteristics due to the Li diffusion rate, which is a problem of LiFePO 4 particles, are remarkably deteriorated.
Thus, by covering the LiFePO 4 fine particles, which are the above-described positive electrode active material for lithium ion batteries, with carbon, it becomes suitable as a positive electrode active material for positive electrodes of lithium ion batteries, particularly lithium ion secondary batteries.
この炭素被覆LiFePO4微粒子を用いて形成された電極を正極とし、さらに、負電極、電解質、セパレータを備えることで、リチウムイオン電池を得ることができる。 A lithium ion battery can be obtained by using the electrode formed using the carbon-coated LiFePO 4 fine particles as a positive electrode, and further including a negative electrode, an electrolyte, and a separator.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.
「実施例1」
純水1Lに3molの塩化リチウム(LiCl)と、1molのリン酸(H3PO4)を加えて攪拌し、リン酸リチウム(Li3PO4)スラリーを得た。
次いで、このスラリーに1molの塩化鉄(II)(FeCl2)を添加し、さらに水を加えて総量2Lの原料液とした。なお、この原料液の反応濃度をLiFePO4に換算すると0.5mol/Lとなった。
"Example 1"
To 1 L of pure water, 3 mol of lithium chloride (LiCl) and 1 mol of phosphoric acid (H 3 PO 4 ) were added and stirred to obtain a lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) slurry.
Next, 1 mol of iron (II) chloride (FeCl 2 ) was added to the slurry, and water was further added to obtain a raw material liquid having a total amount of 2 L. The reaction concentration of this raw material liquid was converted to LiFePO 4 and was 0.5 mol / L.
次いで、この原料液をオートクレーブに投入し、ダイヤフラムポンプを用いて真空引きした後、N2ガスを導入し、次いで、過酸化水素水を原料液の全Fe量に対して0.01mol%添加し、180℃にて6時間加熱反応させた。その後、濾過し、固液分離した。
次いで、分離した固形物の質量と同量の水を添加して懸濁させ、濾過により固液分離をする操作を3回行い、洗浄した。
Next, this raw material liquid is put into an autoclave, evacuated using a diaphragm pump, N 2 gas is introduced, and then hydrogen peroxide is added in an amount of 0.01 mol% with respect to the total amount of Fe in the raw material liquid. The reaction was conducted at 180 ° C. for 6 hours. Then, it filtered and separated into solid and liquid.
Subsequently, the same amount of water as the mass of the separated solid was added and suspended, and the operation of solid-liquid separation by filtration was performed three times for washing.
得られたケーキ状のLiFePO4を固形分換算で150gに対し、ポリエチレングリコール5g、純水150gを加えて5mm径のジルコニアビーズをメディアとしたボールミルにて12時間粉砕・分散処理を行い、均一なスラリーを調製した。 The obtained cake-like LiFePO 4 is pulverized and dispersed for 12 hours in a ball mill using 5 mm diameter zirconia beads as a medium after adding 5 g of polyethylene glycol and 150 g of pure water to 150 g in terms of solid content. A slurry was prepared.
次いで、このスラリーを180℃の大気雰囲気中に噴霧して乾燥させ、平均粒径が約6μmの造粒体を得た。この造粒体を不活性雰囲気下、750℃にて1時間焼成し、実施例1のリチウムイオン電池用正極活物質を作製した。 Next, the slurry was sprayed into an air atmosphere at 180 ° C. and dried to obtain a granulated body having an average particle size of about 6 μm. This granulated body was fired at 750 ° C. for 1 hour under an inert atmosphere to prepare a positive electrode active material for a lithium ion battery of Example 1.
「実施例2〜8」
実施例1に準じて作製した計7点の原料液それぞれをオートクレーブ各々に投入し、これらをダイヤフラムポンプを用いて真空引きした後、各オートクレーブ内にN2ガスを導入した後、酸化剤及びその添加量を表1の組成及び添加量となるように導入し、180℃にて6時間加熱反応させ、その後、濾過し、固液分離して、実施例2〜8それぞれの固形物を作製した。
次いで、これらの固形物を用いて、実施例1に準じて実施例2〜8それぞれのリチウムイオン電池用正極活物質を作製した。
"Examples 2 to 8"
A total of seven raw material liquids prepared in accordance with Example 1 were put in each autoclave, and after evacuating them using a diaphragm pump, N 2 gas was introduced into each autoclave, and then an oxidizing agent and its The addition amount was introduced so as to have the composition and addition amount shown in Table 1, and the reaction was conducted by heating at 180 ° C. for 6 hours, followed by filtration and solid-liquid separation to produce each solid matter of Examples 2 to 8. .
Subsequently, using these solid materials, positive electrode active materials for lithium ion batteries of Examples 2 to 8 were prepared according to Example 1.
「比較例1」
実施例1に準じて作製した原料液をオートクレーブに投入し、ダイヤフラムポンプを用いて真空引きした後、オートクレーブ内にN2ガスを導入し、180℃にて6時間加熱反応させ、その後、濾過し、固液分離して、比較例1の固形物を作製した。
次いで、この固形物を用いて、実施例1に準じて比較例1のリチウムイオン電池用正極活物質を作製した。
“Comparative Example 1”
The raw material solution prepared in accordance with Example 1 was put into an autoclave and evacuated using a diaphragm pump. Then, N 2 gas was introduced into the autoclave, heated at 180 ° C. for 6 hours, and then filtered. Then, solid-liquid separation was performed to produce the solid material of Comparative Example 1.
Next, a positive electrode active material for a lithium ion battery of Comparative Example 1 was produced according to Example 1 using this solid material.
「比較例2」
実施例1に準じて作製した原料液をオートクレーブに投入し、ダイヤフラムポンプを用いて真空引きした後、N2ガスを導入し、次いで、過酸化水素水を原料液の全Fe量に対して7mol%添加し、180℃にて6時間加熱反応させ、その後、濾過し、固液分離して、比較例2の固形物を作製した。
次いで、この固形物を用いて、実施例1に準じて比較例2のリチウムイオン電池用正極活物質を作製した。
"Comparative Example 2"
The raw material solution prepared according to Example 1 was put into an autoclave, evacuated using a diaphragm pump, N 2 gas was introduced, and then hydrogen peroxide was added in an amount of 7 mol with respect to the total Fe amount of the raw material solution. % Was added and reacted by heating at 180 ° C. for 6 hours, followed by filtration and solid-liquid separation to produce a solid material of Comparative Example 2.
Next, a positive electrode active material for a lithium ion battery of Comparative Example 2 was produced according to Example 1 using this solid material.
「リチウムイオン電池用正極活物質の評価」
実施例1〜8及び比較例1、2各々の正極活物質について、比表面積の測定及び3価Feイオンの定量を下記の方法にて行った。
(1)比表面積
比表面積計 BelsorpII(日本ベル社製)を用いて正極活物質の比表面積(m2/g)を測定した。
(2)3価Feイオンの定量
日本工業規格JIS K 0102 57.1「フェナントロリン吸光光度法」に準拠して行った。
"Evaluation of positive electrode active materials for lithium-ion batteries"
For each of the positive electrode active materials of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, measurement of specific surface area and determination of trivalent Fe ions were performed by the following methods.
(1) Specific surface area Specific surface area meter The specific surface area (m < 2 > / g) of the positive electrode active material was measured using Belsorb II (made by Nippon Bell Co., Ltd.).
(2) Quantification of trivalent Fe ion It was carried out according to Japanese Industrial Standard JIS K 0102 57.1 “phenanthroline spectrophotometry”.
「リチウムイオン2次電池の作製」
実施例1〜8及び比較例1、2各々の正極活物質について、以下の処理を行い、実施例1〜8及び比較例1、2各々のリチウムイオン2次電池を作製した。
まず、正極活物質を90質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを5質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を5質量部、及び溶媒としてN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)を混合した。
次いで、3本ロールミルを用いてこれらを混練し、正極活物質ペーストを作製した。
"Production of lithium ion secondary battery"
The positive electrode active materials of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were each subjected to the following treatments to produce lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
First, 90 parts by mass of the positive electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) as a solvent were mixed. .
Next, these were kneaded using a three-roll mill to produce a positive electrode active material paste.
次いで、この正極活物質ペーストを、厚み30μmのアルミニウム集電体箔上に塗布し、その後、100℃にて減圧乾燥を行い、厚みが60μmの正極を作製した。
次いで、この正極を2cm2の円板状に打ち抜き、減圧乾燥後、乾燥アルゴン雰囲気下にてステンレススチール製の2016型コイン型セルを用いてリチウムイオン2次電池を作製した。
ここでは、負極に金属リチウムを、セパレーターに多孔質ポリプロピレン膜を、電解液に1molのLiPF6を炭酸エチレン(EC)と炭酸エチルメチル(EMC)とを1:1にて混合した溶液に混合した混合物を、用いた。
Next, this positive electrode active material paste was applied onto an aluminum current collector foil having a thickness of 30 μm, and then dried under reduced pressure at 100 ° C. to produce a positive electrode having a thickness of 60 μm.
Next, this positive electrode was punched into a 2 cm 2 disk shape, dried under reduced pressure, and then a lithium ion secondary battery was produced using a stainless steel 2016 type coin cell in a dry argon atmosphere.
Here, metallic lithium was mixed in the negative electrode, a porous polypropylene film was mixed in the separator, and 1 mol of LiPF 6 was mixed in the electrolyte with a mixture of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a ratio of 1: 1. The mixture was used.
「電池充放電試験」
実施例1〜8及び比較例1、2各々のリチウムイオン2次電池を用いて、電池充放電試験を行った。
ここでは、カットオフ電圧を2.0V〜4.0Vとし、初期放電容量の測定は、0.1Cで充電を行い、0.1Cで放電した。その他の放電容量の測定は、0.2Cで充電し、1C、2C、3C、5Cの各々における放電容量を測定した。
また、3Cにおける放電容量と0.1Cにおける放電容量との比(%)を放電維持率(3C/0.1C維持率)とした。
"Battery charge / discharge test"
A battery charge / discharge test was performed using the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2.
Here, the cutoff voltage was 2.0 V to 4.0 V, and the initial discharge capacity was measured by charging at 0.1 C and discharging at 0.1 C. The other discharge capacities were measured by charging at 0.2C and measuring the discharge capacities at 1C, 2C, 3C, and 5C.
The ratio (%) between the discharge capacity at 3C and the discharge capacity at 0.1C was defined as the discharge maintenance ratio (3C / 0.1C maintenance ratio).
実施例1〜8及び比較例1、2各々の放電容量及び放電維持率(3C/0.1C維持率)を表1に示す。
また、実施例4及び比較例2の充放電曲線を図1に示す。図1中、Aは実施例4の充放電曲線を、Bは比較例2の充放電曲線を、それぞれ示している。
Table 1 shows the discharge capacities and discharge retention rates (3C / 0.1C retention rate) of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2.
Moreover, the charging / discharging curve of Example 4 and Comparative Example 2 is shown in FIG. 1, A shows the charge / discharge curve of Example 4, and B shows the charge / discharge curve of Comparative Example 2, respectively.
表1によれば、実施例1〜8の正極活物質では、比(Fe(III)/全Fe)が下記式
0mol%<Fe(III)/全Fe<7.0mol% ……(6)
を満たしており、比表面積も3m2/gより大きくかつ16m2/g以下であるから、比較例1、2と比べて放電容量及び放電維持率(3C/0.1C維持率)が向上しており、放充電特性の向上及び初期放電容量の確保を確認することができた。
According to Table 1, in the positive electrode active materials of Examples 1 to 8, the ratio (Fe (III) / total Fe) is represented by the following formula: 0 mol% <Fe (III) / total Fe <7.0 mol% (6)
Meets a surface area 3m 2 / g large and since it is less 16m 2 / g than the ratio, improved discharge capacity and discharge retention rate compared with Comparative Example 1,2 (3C / 0.1C maintenance rate) It was confirmed that the charge / discharge characteristics were improved and the initial discharge capacity was secured.
本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法は、Li3PO4、またはLi源及びリン酸源と、Fe源とを、水を主成分とする溶媒に溶解し、得られた混合物に酸化剤を添加し、この酸化剤を含む混合物を加圧・加熱することにより、1次粒子径及び3価のFe(Fe(III))の量が制御されたLiFePO4微粒子を容易に作製することができるものであるから、得られたリチウムイオン電池用正極活物質をリチウムイオン電池、特にリチウムイオン2次電池の正電極に適用することで、放充電特性の向上及び初期放電容量の確保を図ることができ、産業上の意義は極めて大きいものである。 In the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery according to the present invention, Li 3 PO 4 , or a Li source and a phosphoric acid source, and an Fe source are dissolved in a solvent containing water as a main component. By adding an oxidizing agent and pressurizing and heating the mixture containing this oxidizing agent, LiFePO 4 fine particles in which the primary particle diameter and the amount of trivalent Fe (Fe (III)) are controlled are easily produced. Therefore, by applying the obtained positive electrode active material for a lithium ion battery to a positive electrode of a lithium ion battery, particularly a lithium ion secondary battery, it is possible to improve the charging / discharging characteristics and secure the initial discharge capacity. The industrial significance is extremely large.
Claims (5)
前記LiFePO4微粒子の3価のFe(Fe(III))のmol量と、前記LiFePO4微粒子中の全Feのmol量との比(Fe(III)/全Fe)は、下記式(1)
0mol%<Fe(III)/全Fe<7.0mol% ……(1)
を満たすことを特徴とするリチウムイオン電池用正極活物質。 A lithium ion battery positive electrode active material obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3,
The LiFePO 4 particles of trivalent Fe (Fe (III)) and mol of the ratio of the mol amount of the total Fe in the LiFePO 4 microparticles (Fe (III) / total Fe) is represented by the following formula (1)
0 mol% <Fe (III) / total Fe <7.0 mol% (1)
The positive electrode active material for lithium ion batteries characterized by satisfy | filling.
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