JP2011100625A - Positive electrode active material for lithium secondary battery, and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel and inexpensive positive electrode active material for a lithium secondary battery, having a large discharge capacity, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: A lithium vanadium metasilicate compound having a monoclinic pyroxene structure expressed by composition formula Li<SB>1-y</SB>A<SB>y</SB>V<SB>1-x</SB>M<SB>x</SB>Si<SB>2</SB>O<SB>6-α</SB>F<SB>α</SB>(A is at least one kind of alkali metal selected from a group consisting of Na, K, Rb, Cs and Fr; M is at least one kind of element selected from a group consisting of Al, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe and In; and x, y and α are respectively in the range of 0≤x≤0.3, 0≤y≤0.3, 0≤α≤0.1) is used as an active constituent of the positive electrode active material for the lithium secondary battery. The method of manufacturing the lithium vanadium metasilicate compound includes: a first complexing step of performing a heat treatment after performing a mechanical milling process on a raw material mixture including an oxygen-containing lithium compound and an oxygen-containing silicon compound; and a second complexing step of performing the heat treatment after performing the mechanical milling process on a raw material mixture including a product in the first complexing step and an oxygen-containing vanadium compound. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム二次電池用正極活物質及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery and a method for producing the same.

近年、ノートパソコン、携帯電話、PDA等の携帯電子機器の普及に伴い、これらの機器をより軽量化し、且つ、長時間の使用を可能とするため、電源として使用される二次電池の小型化及び高エネルギー密度化が要求されている。二次電池としては、従来、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等が主流であったが、上記した小型化及び高エネルギー密度化の要請から、リチウム二次電池の使用が増大する傾向にある。   In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and PDAs, the size of secondary batteries used as a power source has been reduced in order to reduce the weight of these devices and enable them to be used for a long time. In addition, high energy density is required. Conventionally, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, etc. have been mainstream as secondary batteries, but the use of lithium secondary batteries tends to increase due to the demands for downsizing and higher energy density. .

現在、一般的にリチウム二次電池では、正極としてコバルト酸リチウム(LiCoO)、負極としてカーボン電極、電解質としてプロピレンカーボネート等の有機溶媒にリチウムイオンを溶解させた非水電解液が使用されている。 Currently, lithium secondary batteries generally use lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode, a carbon electrode as a negative electrode, and a nonaqueous electrolytic solution in which lithium ions are dissolved in an organic solvent such as propylene carbonate as an electrolyte. .

他の正極としては、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn)等のリチウムイオンを含む遷移金属酸化物が知られているが、主として、現行のリチウム二次電池においては、LiCoOが用いられている。 As other positive electrodes, transition metal oxides containing lithium ions such as lithium nickelate (LiNiO 2 ) and spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) are known. In LiCoO 2 is used.

LiCoOの一般的な製造方法としては、出発材料として炭酸リチウム(LiCO)と水酸化コバルト(Co(OH))を用い、高温で焼成する方法が広く知られている。しかしながら、コバルトは可採埋蔵量が840万tと極端に少ないため、将来コバルトの価格が上昇する可能性を考慮し、また、電池の低コスト化の要求に応えるためにも、LiCoOの代替材料が求められている。 As a general method for producing LiCoO 2 , a method of firing at a high temperature using lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt hydroxide (Co (OH) 2 ) as starting materials is widely known. However, since the recoverable reserves of cobalt are extremely small at 8.4 million tons, considering the possibility that the price of cobalt will rise in the future, and in order to meet the demand for lowering the cost of batteries, it is an alternative to LiCoO 2 There is a need for materials.

例えば、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn)について、次世代の低コスト正極材料として研究開発が盛んに行われている。しかしながら、スピネル型マンガン酸リチウムの放電容量は100mAh/gであり、LiCoOの放電容量より小さく、加えて、高温での充放電時には、3価のマンガンが電解液中に溶出し、炭素負極上に溶出したマンガンが析出するため、充放電特性が著しく劣化するという問題点がある。 For example, spinel lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) has been actively researched and developed as a next-generation low-cost positive electrode material. However, the discharge capacity of spinel type lithium manganate is 100 mAh / g, which is smaller than the discharge capacity of LiCoO 2 , and in addition, trivalent manganese is eluted into the electrolyte during charge and discharge at high temperature, Since the manganese eluted in the deposits, the charge / discharge characteristics are significantly deteriorated.

また、ある特定の電位で放電プラトーを有するLiCoOやLiMnは、一定電位での放電には優れているが、電池電位から残容量を判断することは困難である。このため、主に電池残量の確認は高/中/低の3段階で表示することが主流であるが、特定電位での放電プラトーを過ぎると電位は急速に低下するため、中や低になってからの減りが速いという問題点がある。 Further, LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 having a discharge plateau at a specific potential are excellent for discharging at a constant potential, but it is difficult to determine the remaining capacity from the battery potential. For this reason, it is the mainstream to check the remaining battery level mainly in three stages: high / medium / low, but the potential drops rapidly after the discharge plateau at a specific potential, so it is moderately low. There is a problem that the decrease after it becomes fast.

電池材料系における活物質は、単に既存物質の新しい組み合わせを示しただけでは、良好な電池特性を発揮しないことが多く、予測可能性がない。このため、電池材料系の評価は、例え既存物質であっても、電池として評価し、その有用性を結果から証明することが必要とされる。言い換えれば、物質自身が既存であっても、これまでに電池として評価が成されていなければ、電池材料系においては未知物質であるといえる。さらに、電池とは、システムとして動作しなければ無意味であるため、いかに有用な活物質材料であっても、バインダー、導電助剤、集電体等との相性も十分に考慮する必要がある。   An active material in a battery material system often does not exhibit good battery characteristics simply by showing a new combination of existing materials, and is not predictable. For this reason, it is necessary to evaluate a battery material system even if it is an existing substance, as a battery, and prove its usefulness from the results. In other words, even if the substance itself is existing, if it has not been evaluated as a battery, it can be said that it is an unknown substance in the battery material system. Furthermore, since a battery is meaningless unless it operates as a system, even if it is a useful active material, it is necessary to fully consider compatibility with binders, conductive assistants, current collectors, and the like. .

そこで、本発明者らは、LiCoOより安価で、LiMnより放電容量が大きく、従来のバインダーや導電助剤、集電体等との相性も良好であることを考慮して安定な結晶構造を有する正極材料を探索し続け、リチウム二次電池用正極活物質として全く評価されていない、単斜晶系の輝石構造を有するメタケイ酸バナジウムリチウム(LiVSi)に注目した。 Therefore, the present inventors are less stable than LiCoO 2 , have a larger discharge capacity than LiMn 2 O 4 , and are stable in view of compatibility with conventional binders, conductive assistants, current collectors, and the like. We continued to search for a positive electrode material having a crystal structure, and paid attention to lithium vanadium metasilicate (LiVSi 2 O 6 ) having a monoclinic pyroxene structure, which was not evaluated at all as a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

LiVSiを得る方法としては、例えば、下記非特許文献1に、(1)LiCOとSiOとを混合し、この混合物を725℃で50時間加熱処理する工程、(2)得られた物質を再度粉砕し、730℃で20時間加熱処理を施し、LiSiを得る工程、(3)該LiSiとVとを混合したペレットを作製し、これを990℃で40時間焼結させる工程、を備える方法が記載されている。 As a method for obtaining LiVSi 2 O 6 , for example, in the following Non-Patent Document 1, (1) a step of mixing Li 2 CO and SiO 2 and heat-treating this mixture at 725 ° C. for 50 hours, (2) obtaining The obtained material is pulverized again and subjected to heat treatment at 730 ° C. for 20 hours to obtain LiSi 2 O x . (3) A pellet in which the LiSi 2 O x and V 2 O 3 are mixed is prepared. A method comprising sintering at 990 ° C. for 40 hours is described.

また、下記非特許文献2には、LiSiO、SiO、V、及びVを目的組成になるよう秤量・攪拌し、1100℃で96時間加熱処理後、徐冷することで、LiVSiを得る方法が記載されている。 In Non-Patent Document 2 below, Li 2 SiO 3 , SiO 2 , V 2 O 5 , and V 2 O 3 are weighed and stirred so as to have a target composition, heat-treated at 1100 ° C. for 96 hours, and then gradually cooled. Thus, a method for obtaining LiVSi 2 O 6 is described.

しかしながら、これらの合成方法では、混合が不十分であったり、反応が不均一であることや、原料であるLiCO、SiO、V等の未反応物や、V、LiSi、LiSiO、LiSiO等の副生成物が不純物として含まれることがある。例えば、上記非特許文献1に記載の方法では、LiVSiの純度は95%程度であり、残り5%がSiOとなる。 However, in these synthesis methods, the mixing is insufficient, the reaction is uneven, the raw materials such as Li 2 CO 3 , SiO 2 , V 2 O 3 , unreacted materials, V 2 O 5 , by-products such as Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 and LiSiO 4 may be contained as impurities. For example, in the method described in Non-Patent Document 1, the purity of LiVSi 2 O 6 is about 95%, and the remaining 5% is SiO 2 .

このような不純物は充放電反応に寄与しないため、電池容量の減少をもたらし、特に、電解液との組み合わせによっては、それらが分解し、電池内部でガスが発して活物質自体が失活する等の問題点がある。また、LiVSiの安定性や電池を構成する際の安全性も十分とはいえなし、更に、大量生産の際に、製造ロットごとにLiVSiに含まれる不純物量がばらつくと、これを用いて作製した電池では、その容量がばらつくという問題点もある。 Such impurities do not contribute to the charge / discharge reaction, resulting in a decrease in battery capacity. In particular, depending on the combination with the electrolytic solution, they are decomposed, gas is emitted inside the battery, and the active material itself is deactivated. There are problems. Further, the stability of LiVSi 2 O 6 and the safety when configuring the battery are not sufficient, and furthermore, in mass production, when the amount of impurities contained in LiVSi 2 O 6 varies from production lot to production lot, There is also a problem in that the capacity of the battery manufactured using this varies.

このため、不純物を極力除去して、純度の高いLiVSiを製造することが必要となる。また、非特許文献1及び2に記載されている方法は、非常に長時間高温を維持することが必要であり、これが製造コストを上昇させる大きな要因となっている。 For this reason, it is necessary to remove impurities as much as possible to produce LiVSi 2 O 6 with high purity. In addition, the methods described in Non-Patent Documents 1 and 2 need to maintain a high temperature for a very long time, which is a major factor that increases the manufacturing cost.

The European Physical Journal B,55,219−228,2007The European Physical Journal B, 55, 219-228, 2007 Acta Cryst.C53,1727−1728,1997Acta Cryst. C53, 1727-1728, 1997

本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、LiCoOより安価で、LiMnより放電容量が大きく、従来のバインダーや導電助剤、集電体等との相性も良好な新規な正極活物質を提供することであり、更に、この様な新規な正極活物質について、その性能を有効に発揮できる新規な製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the current state of the prior art described above, and its main object is that it is cheaper than LiCoO 2 , has a larger discharge capacity than LiMn 2 O 4 , and has a conventional binder, conductive assistant, It is to provide a novel positive electrode active material that also has good compatibility with electrical conductors, etc., and to provide a novel manufacturing method that can effectively demonstrate the performance of such a novel positive electrode active material. .

本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来、リチウム二次電池用正極活物質として全く評価の行われていない単斜晶系輝石構造を有するメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物がリチウム二次電池用正極活物質として優れた性能を有するものであり、特に、二段階の複合化処理を組み合わせた特定の製造方法を採用する場合には、比較的簡単な製造方法にもかかわらず、原料物質の反応が均一に進行して、不純物量の少ないナノ粒子状の高純度のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を得ることができ、これはリチウム二次電池用正極活物質として特に優れた性能を発揮するものとなることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventor has heretofore been disclosed that lithium vanadium metasilicate having a monoclinic pyroxene structure that has not been evaluated at all as a positive electrode active material for lithium secondary batteries. The compound has excellent performance as a positive electrode active material for a lithium secondary battery, and in particular, when a specific manufacturing method combining a two-stage composite treatment is adopted, it is also a relatively simple manufacturing method. Regardless, the reaction of the raw material can proceed uniformly to obtain a nanoparticulate high-purity lithium vanadium metasilicate compound with a small amount of impurities, which is particularly excellent as a positive electrode active material for lithium secondary batteries. As a result, the present invention has been completed.

即ち、本発明は、下記のリチウム二次電池用正極活物質及びその製造方法を提供するものである。
1. 組成式:Li1−y1−xSi6−αα
(式中、Aは、Na、K、Rb、Cs及びFrからなる群から選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素を示し、MはAl、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Ga、及びInからなる群から選択される少なくとも一種の元素を示す。x、y及びαは、それぞれ、0≦x≦0.3、0≦y≦0.3、0≦α≦0.1の範囲の数値である)で表される単斜晶系輝石構造を有するメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を有効成分とするリチウム二次電池用正極活物質。
2.組成式:Li1−y1−xSi6−ααにおいて、yの値が、0.01≦y≦0.3の範囲内である上記項1に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
3.組成式:Li1−y1−xSi6−ααにおいて、xの値が、0.01≦x≦0.3の範囲内である上記項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
4. 組成式:Li1−y1−xSi6−ααにおいて、αの値が、0.01≦α≦0.1の範囲内である上記項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
5. 一次粒子径が、200〜800nmの範囲内のナノ粒子である上記項1〜4のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
6. 炭素又は導電性金属による被覆を有する上記項1〜5のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
7. 下記の工程を含む、組成式:Li1−y1−xSi6−αα
(式中、Aは、Na、K、Rb、Cs及びFrからなる群から選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素を示し、MはAl、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、及びInからなる群から選択される少なくとも一種の元素を示す。x、y及びαは、それぞれ、0≦x≦0.3、0≦y≦0.3、0≦α≦0.1の範囲の数値である)で表される単斜晶系輝石構造を有するメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法:
(1)酸素含有リチウム化合物及び酸素含有ケイ素化合物を含む第一複合化工程用原料混合物に対してメカニカルミリング処理を施した後、熱処理を行う第一複合化工程、
(2)第一複合化工程の生成物と酸素含有バナジウム化合物を含む第二複合化工程用原料混合物に対してメカニカルミリング処理を施した後、熱処理を行う第二複合化工程。
8. 第一複合化工程用原料混合物及び第二複合化工程用原料混合物のいずれか一方又は両方が、更に、酸素含有アルカリ金属化合物、元素Mと酸素原子を含む化合物、及び金属フッ化物からなる群から選ばれた少なくとも一種の成分を含むものである上記項7に記載のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法。
9. 第二複合化工程用原料混合物が、該混合物中に含まれる酸素含有バナジウム化合物におけるバナジウム元素を3価バナジウムとするために必要な酸化当量以上又は還元当量以上の酸化剤又は還元剤を含むものである上記項7又は8に記載のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法。
10.第一複合化工程及び第二複合化工程のメカニカルミリング処理が、遊星ミルを用いて、50〜200Gの重力加速度で行われる上記項7〜9のいずれかに記載のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法。
11.第一複合化工程における熱処理温度が500〜800℃であり、第二複合化工程における熱処理温度が700〜1300℃である上記項7〜10のいずれかに記載のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法。
12.上記項1〜5のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用正極活物質と炭素前駆体を混合し、非酸化性雰囲気下で400〜900℃で加熱することを特徴とする、炭素で被覆されたリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
13.炭素前駆体が、粘着性を有するハイドロカーボン系有機物、石炭系ピッチ及び石油系ピッチからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分である上記項12に記載の炭素で被覆されたリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
14.上記項1〜5のいずれか一項に記載された正極活物質を含む正極を構成要素として含むリチウム二次電池。
That is, this invention provides the following positive electrode active material for lithium secondary batteries, and its manufacturing method.
1. Composition formula: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α
(In the formula, A represents at least one alkali metal element selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, and Fr, and M represents Al, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Ga, and In. And at least one element selected from the group consisting of: x, y, and α are numerical values in the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.3, and 0 ≦ α ≦ 0.1, respectively. And a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a lithium vanadium metasilicate compound having a monoclinic pyroxene structure represented by
2. In the composition formula: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α , the value of y is in the range of 0.01 ≦ y ≦ 0.3. Positive electrode active material for lithium secondary battery.
3. In the above formula 1 or 2, wherein in the composition formula: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α , the value of x is in the range of 0.01 ≦ x ≦ 0.3. The positive electrode active material for lithium secondary batteries as described.
4). Composition formula: in Li 1-y A y V 1 -x M x Si 2 O 6-α F α, the value of alpha is the term 1-3 in the range of 0.01 ≦ α ≦ 0.1 The positive electrode active material for lithium secondary batteries in any one.
5. Item 5. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of Items 1 to 4, wherein the primary particle size is nanoparticles in the range of 200 to 800 nm.
6). Item 6. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of Items 1 to 5, which has a coating with carbon or a conductive metal.
7). Compositional formula including the following steps: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α
(In the formula, A represents at least one alkali metal element selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs and Fr, and M consists of Al, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe and In. And at least one element selected from the group, wherein x, y, and α are numerical values in the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.3, and 0 ≦ α ≦ 0.1, respectively. Method for producing a lithium vanadium metasilicate compound having a monoclinic pyroxene structure represented by:
(1) A first compounding step in which a heat treatment is performed after mechanical milling is performed on the raw material mixture for the first compounding step including the oxygen-containing lithium compound and the oxygen-containing silicon compound.
(2) A second compounding step in which heat treatment is performed after subjecting the raw material mixture for the second compounding step containing the product of the first compounding step and the oxygen-containing vanadium compound to mechanical milling.
8). Either or both of the raw material mixture for the first composite process and the raw material mixture for the second composite process are further selected from the group consisting of an oxygen-containing alkali metal compound, a compound containing element M and an oxygen atom, and a metal fluoride. Item 8. The method for producing a lithium vanadium metasilicate compound according to Item 7, comprising at least one selected component.
9. The above-mentioned raw material mixture for the second compounding step contains an oxidizing agent or a reducing agent of an oxidation equivalent or more or a reduction equivalent or more necessary for making the vanadium element in the oxygen-containing vanadium compound contained in the mixture trivalent vanadium. Item 9. A method for producing a lithium vanadium metasilicate compound according to Item 7 or 8.
10. 10. The lithium metal vanadium metasilicate compound according to any one of Items 7 to 9, wherein the mechanical milling treatment of the first compounding step and the second compounding step is performed at a gravitational acceleration of 50 to 200 G using a planetary mill. Production method.
11. Item 11. The production of a lithium vanadium metasilicate compound according to any one of Items 7 to 10, wherein the heat treatment temperature in the first compounding step is 500 to 800 ° C, and the heat treatment temperature in the second compounding step is 700 to 1300 ° C. Method.
12 Carbon, wherein the positive electrode active material for lithium secondary battery according to any one of the above items 1 to 5 and a carbon precursor are mixed and heated at 400 to 900 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. A method for producing a coated positive electrode active material for a lithium secondary battery.
13. Item 13. The carbon-coated lithium secondary battery according to item 12, wherein the carbon precursor is at least one component selected from the group consisting of adhesive hydrocarbon-based organic matter, coal-based pitch, and petroleum-based pitch. A method for producing a positive electrode active material.
14 The lithium secondary battery which contains the positive electrode containing the positive electrode active material as described in any one of said items 1-5 as a component.

以下、本発明のリチウム二次電池用正極活物質の有効成分であるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物及びその製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the lithium vanadium metasilicate compound which is an active ingredient of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention and a method for producing the compound will be described in detail.

(1)メタケイ酸バナジウムリチウム系化合物
本発明のリチウム二次電池用正極活物質の有効成分であるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物は、
組成式:Li1−y1−xSi6−αα
(式中、Aは、Na、K、Rb、Cs及びFrからなる群から選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素を示し、MはAl、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、及びInからなる群から選択される少なくとも一種の元素を示す。x、y、及びαは、それぞれ、0≦x≦0.3、0≦y≦0.3、0≦α≦0.1の範囲の数値である)で表される単斜晶系輝石構造を有するものである。
(1) Lithium vanadium metasilicate compound Lithium vanadium metasilicate compound, which is an active ingredient of the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention,
Composition formula: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α
(In the formula, A represents at least one alkali metal element selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs and Fr, and M consists of Al, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe and In. And at least one element selected from the group, wherein x, y, and α are numerical values in the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.3, and 0 ≦ α ≦ 0.1, respectively. A monoclinic pyroxene structure represented by

上記組成式において、MはAl、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Ga及びInからなる群から選択される少なくとも一種の元素である。これらの元素Mは、LiVSiで表される単斜晶系の輝石構造を有するメタケイ酸バナジウムリチウムの結晶中において、主として、元素Vの一部と置換してVサイトに存在するものである。このため、Vイオンサイズに近いイオンサイズの元素が好ましく、具体的には、Al、Mn、及びFeが好ましい。 In the above composition formula, M is at least one element selected from the group consisting of Al, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Ga, and In. These elements M are present in the V site mainly by substituting a part of the element V in the crystal of lithium vanadium metasilicate having a monoclinic pyroxene structure represented by LiVSi 2 O 6. is there. For this reason, the element of the ion size close | similar to V ion size is preferable, and, specifically, Al, Mn, and Fe are preferable.

Vサイトに元素Mが置換したメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物は、LiVSiと比較すると、充放電容量と高率充放電特性において優れたものとなる。但し、元素Mの置換量が多くなると、充放電容量が低下し、更に、安定な単斜晶系輝石構造を維持することが困難となるため、充放電サイクル特性が乏しくなる。 The lithium vanadium metasilicate compound in which the element M is substituted at the V site is superior in charge / discharge capacity and high rate charge / discharge characteristics as compared with LiVSi 2 O 6 . However, if the substitution amount of the element M increases, the charge / discharge capacity decreases, and it becomes difficult to maintain a stable monoclinic pyroxene structure, and the charge / discharge cycle characteristics become poor.

このため、元素Mの置換量であるxは、0≦x≦0.3程度の範囲とすればよいが、元素Mの置換効果を発揮させるためには、0.01≦x≦0.3程度の範囲であることが好ましく、0.01≦x≦0.1程度の範囲であることがより好ましい。   For this reason, the substitution amount x of the element M may be in the range of about 0 ≦ x ≦ 0.3. However, in order to exert the substitution effect of the element M, 0.01 ≦ x ≦ 0.3 The range is preferably within a range of about 0.01 ≦ x ≦ 0.1.

上記組成式において、Aは、Na、K、Rb、Cs及びFrからなる群から選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素である。アルカリ金属元素Aは、LiVSiの結晶中に存在するLiの一部と置換して、Liサイトに存在するものであり、取り扱いの安全性やLiサイトへの置換良好性から、Na及びKが好ましい。アルカリ金属元素Aが置換したメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物は、充放電容量が若干低下するが、リチウムを吸蔵・放出する際の体積膨張・収縮を抑制することができる。但し、アルカリ金属元素Aの置換量が多くなると、メタケイ酸バナジウムリチウム系化合物中のLi量が低下し、正極容量が低下する。 In the composition formula, A is at least one alkali metal element selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, and Fr. Alkali metal element A replaces a part of Li present in the crystal of LiVSi 2 O 6 and is present at the Li site. From the safety of handling and good substitution to the Li site, Na and K is preferred. The lithium vanadium metasilicate compound substituted with the alkali metal element A has a slightly reduced charge / discharge capacity, but can suppress volume expansion / contraction when lithium is occluded / released. However, when the substitution amount of the alkali metal element A increases, the amount of Li in the lithium vanadium metasilicate compound decreases, and the positive electrode capacity decreases.

このため、アルカリ金属元素Aの置換量であるyは、0≦y≦0.3程度の範囲とすればよいが、特に、アルカリ金属元素Aの置換効果を十分に発揮させるためには、0.01≦y≦0.3程度とすることが好ましく、0.01≦y≦0.2程度とすることがより好ましい。   For this reason, the substitution amount y of the alkali metal element A may be in the range of about 0 ≦ y ≦ 0.3. In particular, in order to sufficiently exhibit the substitution effect of the alkali metal element A, 0 It is preferable to set about .01 ≦ y ≦ 0.3, and it is more preferable to set about 0.01 ≦ y ≦ 0.2.

上記組成式において、フッ素元素Fは、LiVSiの結晶中に存在するOの一部と置換してOサイトに存在するものであり、フッ素元素Fが置換したメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物は、初期の充放電容量は若干低下するものの、充放電サイクル特性が約10〜20%向上し、同時に、放電電圧が0.05〜0.2V程度上昇する。但し、フッ素元素Fの置換量が多くなるとLi量が低下し、正極容量が低下する。 In the above compositional formula, the fluorine element F is present at the O site by substituting part of O present in the LiVSi 2 O 6 crystal, and the lithium vanadium metasilicate compound substituted by the fluorine element F is Although the initial charge / discharge capacity is slightly reduced, the charge / discharge cycle characteristics are improved by about 10 to 20%, and at the same time, the discharge voltage is increased by about 0.05 to 0.2V. However, as the substitution amount of the fluorine element F increases, the Li amount decreases and the positive electrode capacity decreases.

フッ素元素Fの置換量であるαは0≦α≦0.1の範囲であればよいが、フッ素元素Fの置換効果を十分に発揮させるためには、0.01≦α≦0.1の範囲であることが好ましく、0.02≦α≦0.05の範囲であることがより好ましい。   The substitution amount α of the fluorine element F may be in the range of 0 ≦ α ≦ 0.1. However, in order to sufficiently exert the substitution effect of the fluorine element F, 0.01 ≦ α ≦ 0.1 The range is preferable, and the range of 0.02 ≦ α ≦ 0.05 is more preferable.

(2)メタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法
上記した組成式:Li1−y1−xSi6−ααで表されるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法については特に限定はなく、例えば、前述した非特許文献1及び非特許文献2に記載されている方法で得ることができるが、特に、酸素含有リチウム化合物及び酸素含有ケイ素化合物を含む原料混合物にメカニカルミリング処理を施した後焼成してリチウムとケイ素を含む複合体(リチウムケイ素複合金属酸化物)を形成する第一複合化工程と、該リチウムケイ素複合金属酸化物に酸素含有バナジウム化合物を加えてメカニカルミリング処理を施した後焼成する第二複合化工程を含む方法によって製造することが好ましい。この方法によれば、二段階の複合化工程を経て目的とするメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を製造することによって、反応が均一に進行して、不純物量が非常に少ない高純度のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を得ることができる。得られるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物は、高純度であって、しかも微細なナノ粒子からなるものであり、容量が大きく、バラツキの少ない安定な性能を示し、しかも電池を構成する際の安全性が高く、優れた性能を有するリチウム二次電池用正極活物質となる。
(2) manufacturing method above-mentioned composition formula of metasilicate lithium vanadium compound Production Method of Li 1-y A y V 1 -x M x Si 2 O 6-α F metasilicate lithium vanadium compound represented by alpha Is not particularly limited, and can be obtained by, for example, the methods described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 described above. In particular, a raw material mixture containing an oxygen-containing lithium compound and an oxygen-containing silicon compound is mechanically used. A first compounding step of forming a composite containing lithium and silicon (lithium silicon composite metal oxide) by firing after milling, and adding an oxygen-containing vanadium compound to the lithium silicon composite metal oxide to mechanically It is preferable to manufacture by the method including the 2nd compounding process of baking after giving a milling process. According to this method, by producing a target vanadium lithium metasilicate compound through a two-stage compounding process, the reaction proceeds uniformly and the amount of impurities is very high. Series compounds can be obtained. The resulting lithium vanadium metasilicate compound is composed of high purity, fine nanoparticles, large capacity, stable performance with little variation, and safety in battery construction. It becomes a positive electrode active material for lithium secondary batteries having high and excellent performance.

以下、この製造方法について具体的に説明する。   Hereinafter, this manufacturing method will be specifically described.

(i)第一複合化工程:
第一複合化工程では、原料としては、酸素含有リチウム化合物及び酸素含有ケイ素化合物を用いる。
(I) First composite process:
In the first compounding step, an oxygen-containing lithium compound and an oxygen-containing silicon compound are used as raw materials.

酸素含有リチウム化合物としては、Liと酸素を含む化合物であれば特に限定なく用いることができ、具体例として、LiNO、LiNO、LiOH、LiOH・HO、CHOOLi、LiO、Li、LiSO、ジカルボン酸Li、クエン酸Li、脂肪酸Li等を挙げることができる。これら酸素含有リチウム化合物の中でも、特に、焼成処理の際にSO、NO等の有害物質を発生させない点で、窒素原子及び硫黄原子を含有しないリチウム化合物が好ましい。特に、取り扱い易く、比較的安価であることからLiCOが好ましい。これらのリチウム化合物は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 As the oxygen-containing lithium compound, any compound containing Li and oxygen can be used without particular limitation. Specific examples include LiNO 3 , LiNO 2 , LiOH, LiOH · H 2 O, CH 3 OOLi, Li 2 O, Examples include Li 2 O 2 , Li 2 SO 4 , dicarboxylic acid Li, citric acid Li, and fatty acid Li. Among these oxygen-containing lithium compounds, lithium compounds that do not contain nitrogen atoms and sulfur atoms are particularly preferable in that no harmful substances such as SO x and NO x are generated during the firing treatment. In particular, Li 2 CO 3 is preferable because it is easy to handle and relatively inexpensive. These lithium compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

酸素含有ケイ素化合物としては、珪素と酸素を含む化合物であればよく、例えば、SiO、SiO、LiSiO、LiSiO、LiSi、LiSiO、LiSi、LiSi、LiSi、SiO、SiP、Si(PO、HSi、HSi13、HSiO、HSi、HSi11、等を用いることができる。これら酸素含有ケイ素化合物の中でも、特に、焼成処理の際にSO、NO等の有害物質を発生させない点で、窒素原子及び硫黄原子を含有しないケイ素化合物が好ましい。これらの点を考慮すると、SiO、SiO、LiSiO、LiSiO、LiSi、LiSiO、LiSi、LiSi、LiSi等が好ましく、特に、取り扱い易く、比較的安価であることからSiOが好ましい。これらのケイ素化合物は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The oxygen-containing silicon compound may be a compound containing silicon and oxygen. For example, SiO, SiO 2 , Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 , Li 2 Si 3 O 7 , Li 8 SiO 6 , Li 6 Si 2 O 7 , Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 Si 3 O 5 , Si 2 N 2 O, SiP 2 O 7 , Si 3 (PO 4 ) 4 , H 2 Si 2 O 5 , H 2 Si 6 O 13 H 4 SiO 3 , H 4 Si 3 O 8 , H 6 Si 4 O 11 , and the like can be used. Among these oxygen-containing silicon compounds, silicon compounds that do not contain nitrogen atoms and sulfur atoms are particularly preferable in that no harmful substances such as SO x and NO x are generated during the firing treatment. Considering these points, SiO 2 , SiO 2 , Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 , Li 2 Si 3 O 7 , Li 8 SiO 6 , Li 6 Si 2 O 7 , Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 Si 3 O 5 or the like is preferable, and SiO 2 is particularly preferable because it is easy to handle and relatively inexpensive. These silicon compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

更に、目的とする組成式:Li1−y1−xSi6−ααで表されるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物がアルカリ金属元素Aを含む場合、即ち、yが0より大きい場合には、第一複合化工程及び後述する第二複合化工程のいずれか一方の工程又は両方の工程の原料として、酸素含有アルカリ金属化合物を用いる。また、上記組成式で表されるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物が、元素Mを含む場合、即ち、xが0より大きい場合には、第一複合化工程及び後述する第二複合化工程のいずれか一方の工程又は両方の工程の原料として、元素Mと酸素を含む化合物を用いる。更に、上記組成式で表されるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物が、フッ素原子を含む場合、即ち、αが0より大きい場合には、第一複合化工程及び後述する第二複合化工程のいずれか一方の工程又は両方の工程の原料として、金属フッ化物を用いる。 Furthermore, when the target vanadium lithium metasilicate compound represented by the composition formula: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α contains an alkali metal element A, that is, y Is larger than 0, an oxygen-containing alkali metal compound is used as a raw material for one or both of the first composite step and the second composite step described later. In addition, when the lithium vanadium metasilicate compound represented by the above composition formula contains the element M, that is, when x is larger than 0, either the first compounding step or the second compounding step described later is selected. A compound containing element M and oxygen is used as a raw material for one or both steps. Further, when the lithium vanadium metasilicate compound represented by the above composition formula contains a fluorine atom, that is, when α is larger than 0, either the first composite step or the second composite step described later Metal fluoride is used as a raw material for one or both steps.

上記した原料の内で、酸素含有アルカリ金属化合物としては、リチウム以外のアルカリ金属と酸素を含む化合物であれば特に限定なく用いることができる。その具体例としては、NaNO、NaNO、NaOH、NaOH・HO、CHOONa、NaO、Na、NaSO、ジカルボン酸Na、クエン酸Na、脂肪酸Na、KNO、KNO、KOH、KOH・HO、CHOOK、KO、K、KSO、ジカルボン酸K、クエン酸K、脂肪酸K、RbNO、RbNO、RbOH、RbOH・HO、CHOORb、RbO、Rb、RbSO、ジカルボン酸Rb、クエン酸Rb、脂肪酸Rb、CsNO、CsNO、CsOH、CsOH・HO、CHOOCs、CsO、Cs、CsSO、ジカルボン酸Cs、クエン酸Cs、脂肪酸Cs等を挙げることができる。酸素含有アルカリ金属化合物の内で、焼成処理の際にSO、NO等の有害物質を発生させない点で、窒素原子や硫黄原子を含有しないアルカリ金属化合物が好ましい。なかでも取り扱い易く、比較的安価であることからNaCO、KCOが特に好ましい。これらの酸素含有アルカリ金属化合物は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Among the above-described raw materials, the oxygen-containing alkali metal compound can be used without particular limitation as long as it is a compound containing an alkali metal other than lithium and oxygen. Specific examples thereof include NaNO 3 , NaNO 2 , NaOH, NaOH · H 2 O, CH 3 IONa, Na 2 O, Na 2 O 2 , Na 2 SO 4 , dicarboxylic acid Na, citric acid Na, fatty acid Na, and KNO. 3 , KNO 2 , KOH, KOH · H 2 O, CH 3 OOK, K 2 O, K 2 O 2 , K 2 SO 4 , dicarboxylic acid K, citric acid K, fatty acid K, RbNO 3 , RbNO 2 , RbOH, RbOH · H 2 O, CH 3 OORb, Rb 2 O, Rb 2 O 2 , Rb 2 SO 4 , dicarboxylic acid Rb, citric acid Rb, fatty acid Rb, CsNO 3 , CsNO 2 , CsOH, CsOH · H 2 O, CH 3 OOCs, Cs 2 O, Cs 2 O 2 , Cs 2 SO 4 , dicarboxylic acid Cs, citric acid Cs, fatty acid Cs and the like. Among the oxygen-containing alkali metal compounds, alkali metal compounds that do not contain nitrogen atoms or sulfur atoms are preferable in that no harmful substances such as SO x and NO x are generated during the firing treatment. Of these, Na 2 CO 3 and K 2 CO 3 are particularly preferable because they are easy to handle and relatively inexpensive. These oxygen-containing alkali metal compounds may be used alone or in combination of two or more.

金属フッ化物としては、例えば、LiF、MgF等を用いることができる。 As the metal fluoride, for example, LiF, MgF 2 or the like can be used.

元素Mと酸素原子を含む化合物としては、元素Mと酸素原子を含む化合物であれば特に限定なく使用でき、例えば、M(OH)、M、M(SO等を用いることができる。このような化合物の具体例としては、Al(OH)、Sc(OH)、Ti(OH)、Cr(OH)、Mn(OH)、Fe(OH)、Ga(OH)、In(OH)、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Ga、In、Al(SO、Sc(SO、Ti(SO、Cr(SO、Mn(SO、Fe(SO、Ga(SO、In(SO等が挙げられる。 As the compound containing the element M and the oxygen atom, any compound containing the element M and the oxygen atom can be used without particular limitation. For example, M (OH) 3 , M 2 O 3 , M 2 (SO 4 ) 3 and the like can be used. Can be used. Specific examples of such compounds include Al (OH) 3 , Sc (OH) 3 , Ti (OH) 3 , Cr (OH) 3 , Mn (OH) 3 , Fe (OH) 3 , and Ga (OH). 3 , In (OH) 3 , Al 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Ti 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Mn 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , Al 2 (SO 4 ) 3 , Sc 2 (SO 4 ) 3 , Ti 2 (SO 4 ) 3 , Cr 2 (SO 4 ) 3 , Mn 2 (SO 4 ) 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , Ga 2 (SO 4 ) 3 , In 2 (SO 4 ) 3 and the like.

本発明の製造方法における第一複合化工程では、原料として、酸素含有リチウム化合物と酸素含有ケイ素化合物を用い、更に、第一複合化工程において、A、M及びFのいずれか又は全ての元素を複合化させる場合には、これらの元素を含む原料も加えて原料混合物を得る。各原料の混合割合については、目的とするメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物における金属元素及びフッ素の比率と同一の元素比となるようにすればよい。尚、前述した通り、A、M及びFの各元素を含む原料については、第一複合化工程と第二複合化工程のいずれか一方の工程又は両方の工程の原料として用いることができるので、この合計量が、目的とするメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物における元素比と同一の元素比となればよい。   In the first compounding step in the production method of the present invention, an oxygen-containing lithium compound and an oxygen-containing silicon compound are used as raw materials, and in the first compounding step, any or all of elements A, M and F are used. In the case of compounding, raw materials containing these elements are also added to obtain a raw material mixture. About the mixing ratio of each raw material, what is necessary is just to make it become the same element ratio as the ratio of the metal element and fluorine in the target lithium vanadium metasilicate compound. In addition, as mentioned above, since the raw material containing each element of A, M and F can be used as a raw material for either one or both of the first compounding step and the second compounding step, This total amount should just be the same element ratio as the element ratio in the target lithium vanadium metasilicate compound.

次いで、この原料混合物に対してボールミル装置を用いてメカニカルミリング処理を行う。メカニカルミリングを行うために用いるボールミル装置には、主に遊星型ボールミルと振動型ボールミルの2種類があるが、本発明ではいずれのボールミル装置を用いてもよい。例えば、転動ミル、振動ミル、遊星ミル、揺動ミル、水平ミル、アトライターミル等を用いることができる。これらのボールミル装置を用いてメカニカルミリング処理によって、原料混合物を十分に微細な状態まで粉砕することができる。   Next, the raw material mixture is subjected to mechanical milling using a ball mill apparatus. There are mainly two types of ball mill devices used for performing mechanical milling: a planetary ball mill and a vibration type ball mill. In the present invention, any ball mill device may be used. For example, a rolling mill, a vibration mill, a planetary mill, a rocking mill, a horizontal mill, an attritor mill, and the like can be used. The raw material mixture can be pulverized to a sufficiently fine state by mechanical milling using these ball mill apparatuses.

本発明では、特に、効率良く十分に微細な状態まで粉砕が可能な点で、遊星ミルを用いることが好ましい。遊星ミルによるメカニカルミリング処理では、原料混合物をボールと共にミル容器に入れ、自転と公転をさせることによって生じる力学的エネルギーにより、原料混合物を混合し粉砕する。この際、回転速度を上げることにより、ミル容器内に発生する重力加速度が増加し、力学的エネルギーが増加する。この際の重力加速度が50G未満である場合は、粉砕力が不十分であるため、均一に複合化処理がなされず、また得られる正極活物質粉末の粒径が大きいため、出力特性が低下することがあるので好ましくない。また、重力加速度が200Gを超える場合は、複合化処理に必要な時間を短くできるが、必要となる装置が大規模なものとなるばかりか、ミル容器自身の材料が混入するため好ましくない。このため、遊星ミルを用いる場合には、重力加速度を50〜200G程度とすることが好ましく、70〜150G程度とすることがより好ましい。粉砕時間は、重力加速度にもよるが、通常、0.1〜12時間程度とすればよく、0.5〜10時間程度とすることが好ましい。この場合、粉砕時間が短すぎると十分に複合化が行われず、一方、粉砕時間が長すぎても顕著な効果は得られない。   In the present invention, it is particularly preferable to use a planetary mill because it can be efficiently pulverized to a sufficiently fine state. In the mechanical milling process using a planetary mill, the raw material mixture is put into a mill container together with balls, and the raw material mixture is mixed and pulverized by mechanical energy generated by rotation and revolution. At this time, by increasing the rotation speed, the gravitational acceleration generated in the mill container increases, and the mechanical energy increases. If the gravitational acceleration at this time is less than 50 G, the pulverization force is insufficient, so that the composite treatment is not uniformly performed, and the particle size of the obtained positive electrode active material powder is large, so that the output characteristics are deteriorated. This is not preferable. Further, when the gravitational acceleration exceeds 200 G, the time required for the compounding process can be shortened, but this is not preferable because not only the necessary apparatus becomes large but also the material of the mill container itself is mixed. For this reason, when using a planetary mill, it is preferable to make gravity acceleration into about 50-200G, and it is more preferable to set it as about 70-150G. Although it depends on the acceleration of gravity, the grinding time is usually about 0.1 to 12 hours, preferably about 0.5 to 10 hours. In this case, if the pulverization time is too short, the composite is not sufficiently performed. On the other hand, if the pulverization time is too long, a remarkable effect cannot be obtained.

メカニカルミリング処理時のミル容器内の雰囲気については特に限定はなく、空気中で取り扱ってもかまわない。   There is no particular limitation on the atmosphere in the mill container at the time of mechanical milling, and it may be handled in the air.

次いで、メカニカルミリング処理が終わった後、熱処理を行う。これによって、上記した原料混合物の各成分が十分に反応して、第一段階の複合化が行われる。熱処理温度は、500〜800℃程度とすることが好ましく、600〜700℃程度とすることがより好ましい。熱処理時間は、1〜48時間程度とすることが好ましく、8〜24時間程度とすることがより好ましい。   Next, after the mechanical milling process is finished, heat treatment is performed. Thereby, each component of the raw material mixture described above sufficiently reacts, and the first stage of compounding is performed. The heat treatment temperature is preferably about 500 to 800 ° C, and more preferably about 600 to 700 ° C. The heat treatment time is preferably about 1 to 48 hours, and more preferably about 8 to 24 hours.

熱処理時の雰囲気については、特に限定はなく、例えば、空気雰囲気等の酸化性雰囲気、水素ガス雰囲気などの還元性雰囲気、Arガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気のいずれの雰囲気でもよい。   The atmosphere during the heat treatment is not particularly limited, and may be any atmosphere such as an oxidizing atmosphere such as an air atmosphere, a reducing atmosphere such as a hydrogen gas atmosphere, and an inert gas atmosphere such as an Ar gas atmosphere.

上記した方法によって、酸素含有リチウム化合物と酸素含有ケイ素化合物を含む原料混合物中の各成分が反応して、使用した原料中の金属成分を含む複合酸化物が得られる。以下、得られた複合酸化物をリチウムケイ素複合金属酸化物ということがある。   By the above-described method, each component in the raw material mixture containing the oxygen-containing lithium compound and the oxygen-containing silicon compound reacts to obtain a composite oxide containing the metal component in the used raw material. Hereinafter, the obtained composite oxide may be referred to as a lithium silicon composite metal oxide.

(ii)第二複合化工程
第二複合化工程では、第一複合化工程において酸素含有リチウム化合物と酸素含有ケイ素化合物を含む原料を複合化して得たリチウムケイ素複合金属酸化物に、更に、酸素含有バナジウム化合物を加えて複合化処理を行う。
(Ii) Second compounding step In the second compounding step, the lithium silicon compound metal oxide obtained by compounding the raw material containing the oxygen-containing lithium compound and the oxygen-containing silicon compound in the first compounding step is further combined with oxygen. A compounding treatment is performed by adding the vanadium compound.

尚、目的とする組成式:Li1−y1−xSi6−ααで表されるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物が、アルカリ金属元素A、元素M、及びフッ素原子からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含む場合において、これらの元素を含む原料を第一複合化工程で加えていない場合、或いは、これらの元素を含む原料の添加量が目的とする元素比より不足する場合には、更に、上記した酸素含有アルカリ金属化合物、元素Mと酸素原子を含む化合物、及び金属フッ化物からなる成分の内で必要な成分を第二複合化工程の原料として用いる。 The target composition formula: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α is a lithium metal vanadium compound represented by alkali metal element A, element M, and fluorine. In the case of containing at least one element selected from the group consisting of atoms, when the raw material containing these elements is not added in the first compounding step, or the addition amount of the raw material containing these elements is the target In the case where the element ratio is insufficient, a necessary component among the components including the oxygen-containing alkali metal compound, the compound containing the element M and the oxygen atom, and the metal fluoride is further used as a raw material for the second compounding step. Use.

第二複合化工程では、酸素含有バナジウム化合物としては、バナジウムと酸素を含む化合物であれば特に限定なく用いることができる。その具体例として、VO、VO、V、V、V、VOSO、NHVO等を挙げることができる。 In the second compounding step, as the oxygen-containing vanadium compound, any compound containing vanadium and oxygen can be used without particular limitation. Specific examples thereof include VO, VO 2 , V 2 O 3 , V 2 O 4 , V 2 O 5 , VOSO 4 , NH 4 VO 3 and the like.

これらのバナジウム化合物の中で、焼成処理の際にSO、NO等の有害物質や水分等を発生させない点で、窒素原子や硫黄原子を含有しない化合物が好ましく、特に、VO、VO、V、V、V等が好ましい。これらのバナジウム化合物は一種単独又は二種以上混合して用いることができる。 Among these vanadium compounds, compounds that do not contain nitrogen atoms or sulfur atoms are preferable in that they do not generate harmful substances such as SO x and NO x and moisture during firing, and in particular, VO, VO 2 , V 2 O 3 , V 2 O 4 , V 2 O 5 and the like are preferable. These vanadium compounds can be used singly or in combination of two or more.

尚、原料として用いるバナジウム化合物に含まれるバナジウム元素が三価以外の価数である場合には、バナジウムを三価の状態とするために、第二複合化工程の原料に酸化剤又は還元剤を添加する。このため、酸化剤及び還元剤を必要としない点でVが特に好ましい。 In addition, when the vanadium element contained in the vanadium compound used as a raw material has a valence other than trivalent, an oxidizing agent or a reducing agent is added to the raw material in the second compounding step in order to make vanadium into a trivalent state. Added. For this reason, V 2 O 3 is particularly preferable in that an oxidizing agent and a reducing agent are not required.

酸化剤又は還元剤の配合量は、使用するバナジウム化合物の種類、量等に応じて、バナジウム化合物を三価のバナジウム化合物とするために必要な酸化当量又は還元当量を見積もって決めればよい。   The blending amount of the oxidizing agent or the reducing agent may be determined by estimating an oxidation equivalent or a reduction equivalent necessary for making the vanadium compound a trivalent vanadium compound according to the type and amount of the vanadium compound to be used.

例えば、Vδεから三価のバナジウム酸化物を製造するには、Vδεを1当量とした場合、3−β酸化当量以上の酸化剤を使用すればよい。但し、3−βの値が負の実数の場合はβ−3還元当量の還元剤を使用すればよい。なお、Vδεにおいて、バナジウムVの原子数δ、酸素Oの原子数ε、バナジウムVの価数βの間には、δ×β=ε×2の関係が成立する。それぞれの元素の原子数は、各価数に応じて適合するように規定されるものである。 For example, in order to produce a trivalent vanadium oxide from V δ O ε , when V δ O ε is 1 equivalent, an oxidizing agent having a 3-β oxidation equivalent or more may be used. However, when the value of 3-β is a negative real number, a reducing agent having a β-3 reducing equivalent may be used. In V δ O ε , a relationship of δ × β = ε × 2 is established among the number of atoms δ of vanadium V, the number of atoms ε of oxygen O, and the valence β of vanadium V. The number of atoms of each element is defined so as to conform to each valence.

理想反応すると仮定した場合の酸化剤又は還元剤の使用量について、以下に具体的に例示する。   Specific examples of the amount of the oxidizing agent or reducing agent used in the case of assuming an ideal reaction will be given below.

例えば、原料としてVO(Vの価数βは2+)を1当量用いる場合には、1酸化当量以上の酸化剤を加えることによって、三価のバナジウム酸化物Vとすることができる。原料としてVO(Vの価数βは4+)を1当量用いる場合には、1還元当量以上の還元剤を加えることによって、三価のバナジウム酸化物Vとすることができる。原料としてV(Vの価数βは2+)を1当量用いる場合には、1酸化当量以上の酸化剤を加えることによって、三価のバナジウム酸化物Vとすることができる。原料としてV(Vの価数βは5+)を1当量用いる場合には、2還元当量以上の還元剤を加えることによって三価のバナジウム酸化物Vとすることができる。原料としてVOSO(Vの価数βは4+)を1当量用いる場合には、1還元当量以上の還元剤を加えることによって三価のバナジウム酸化物Vとすることができる。原料としてNHVO(Vの価数βは5+)を1当量用いる場合には、2還元当量以上の還元剤を加えることによって、三価のバナジウム酸化物Vとすることができる。 For example, when 1 equivalent of VO (V valence β is 2+) is used as a raw material, trivalent vanadium oxide V 2 O 3 can be obtained by adding an oxidizing agent of 1 oxidation equivalent or more. When 1 equivalent of VO 2 (V valence β is 4+) is used as a raw material, trivalent vanadium oxide V 2 O 3 can be obtained by adding a reducing agent of 1 reducing equivalent or more. When one equivalent of V 2 O 4 (V valence β is 2+) is used as a raw material, a trivalent vanadium oxide V 2 O 3 can be obtained by adding an oxidizing agent of one oxidation equivalent or more. . When 1 equivalent of V 2 O 5 (V valence β is 5+) is used as a raw material, a trivalent vanadium oxide V 2 O 3 can be obtained by adding a reducing agent of 2 reduction equivalents or more. When 1 equivalent of VOSO 4 (V valence β is 4+) is used as a raw material, trivalent vanadium oxide V 2 O 3 can be obtained by adding a reducing agent of 1 reducing equivalent or more. When 1 equivalent of NH 4 VO 3 (V valence β is 5+) is used as a raw material, a trivalent vanadium oxide V 2 O 3 can be obtained by adding a reducing agent of 2 reduction equivalents or more. .

但し、実際は理想的な反応は難しいため、理論当量に対して1〜6倍量程度の酸化剤又は還元剤を用いることが好ましく、1〜3倍量程度用いることがより好ましい。   However, since an ideal reaction is difficult in practice, it is preferable to use about 1 to 6 times the amount of oxidizing agent or reducing agent, more preferably about 1 to 3 times the amount equivalent to the theoretical equivalent.

酸化剤としては、酸化力を有していれば特に限定なく使用でき、具体例として、酸素、塩素、臭素、塩素酸塩、次亜塩素酸塩、過酸化水素水等を挙げることができ、特に、酸素、過酸化水素水等が好ましい。   The oxidizing agent can be used without particular limitation as long as it has oxidizing power, and specific examples include oxygen, chlorine, bromine, chlorate, hypochlorite, aqueous hydrogen peroxide, In particular, oxygen, hydrogen peroxide water and the like are preferable.

還元剤としては、還元力を有していれば特に限定なく使用することができ、例えば、水素、ホルムアルデヒド、イソアスコルビン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウム等を用いることができ、特に、水素、イソアスコルビン酸ナトリウム等が好ましい。   As the reducing agent, it can be used without any limitation as long as it has a reducing power. For example, hydrogen, formaldehyde, sodium isoascorbate, sodium ascorbate and the like can be used, and in particular, hydrogen, isoascorbic acid. Sodium and the like are preferable.

また、酸化剤又は還元剤は適当な気体であってもよい。即ち、酸化性又は還元性を有する気体の雰囲気中で後述するメカニカルミリング処理を行うことによって、原料とするバナジウム化合物を三価のバナジウム化合物とすることができる。   The oxidizing agent or reducing agent may be a suitable gas. That is, the vanadium compound used as a raw material can be made into a trivalent vanadium compound by performing a mechanical milling process which will be described later in an oxidizing or reducing gas atmosphere.

気体状の酸化剤としては、空気の他、例えば、不活性気体で希釈した空気、酸化ガス(O、O、NO等)等を用いることができる。気体状の還元剤としては、H、HS、SO、HCHO等の還元性を有する気体を用いることができる。尚、大気中で第二複合化工程を行うと、バナジウム化合物の酸化が進行するので、三価のバナジウム化合物を原料とする場合には、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中でメカニカルミリング処理を行うことが好ましい。 As the gaseous oxidant, for example, air diluted with an inert gas, oxidizing gas (O 2 , O 3 , N 2 O, etc.) and the like can be used in addition to air. As the gaseous reducing agent, a reducing gas such as H 2 , H 2 S, SO 2 , and HCHO can be used. In addition, when the second compounding step is performed in the air, oxidation of the vanadium compound proceeds. Therefore, when a trivalent vanadium compound is used as a raw material, it is in an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium, neon, or argon. It is preferable to perform mechanical milling.

上記した通り、第二複合化工程では、第一複合化工程で得たリチウムケイ素複合金属酸化物と酸素含有バナジウム化合物に、更に、必要に応じて、酸素含有アルカリ金属化合物、元素Mと酸素原子を含む化合物、及び/又は金属フッ化物を加えて、原料混合物とする。各原料の混合割合については、目的とするメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物における金属元素及びフッ素の比率と同一の元素比となるようにすればよい。尚、前述した通り、A、M及びFの各元素を含む原料については、第一複合化工程と第二複合化工程のいずれか一方の工程又は両方の工程の原料として用いることができるので、この合計量が、目的とするメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物における元素比と同一の元素比となればよい。   As described above, in the second composite step, the lithium silicon composite metal oxide and the oxygen-containing vanadium compound obtained in the first composite step are further added to an oxygen-containing alkali metal compound, element M, and oxygen atom as necessary. And / or a metal fluoride is added to form a raw material mixture. About the mixing ratio of each raw material, what is necessary is just to make it become the same element ratio as the ratio of the metal element and fluorine in the target lithium vanadium metasilicate compound. In addition, as mentioned above, since the raw material containing each element of A, M and F can be used as a raw material for either one or both of the first compounding step and the second compounding step, This total amount should just be the same element ratio as the element ratio in the target lithium vanadium metasilicate compound.

第二複合化工程では、まず、上記した原料混合物についてメカニカルミリング処理を行う。メカニカルミリング処理の条件については、第一複合化工程と同様とすればよい。   In the second compounding step, first, mechanical milling is performed on the above-described raw material mixture. The conditions for the mechanical milling process may be the same as in the first compounding step.

次いで、メカニカルミリング処理終了後、熱処理を行う。これによって、原料混合物に含まれる各成分の反応が十分に進行して第二段階の複合化が行われる。熱処理温度は、700〜1300℃程度とすることが好ましく、800〜1000℃程度とすることがより好ましい。熱処理時間は、1〜48時間程度とすることが好ましく、8〜24時間程度とすることがより好ましい。   Next, heat treatment is performed after the mechanical milling process. As a result, the reaction of each component contained in the raw material mixture sufficiently proceeds and the second-stage complexation is performed. The heat treatment temperature is preferably about 700 to 1300 ° C, more preferably about 800 to 1000 ° C. The heat treatment time is preferably about 1 to 48 hours, and more preferably about 8 to 24 hours.

熱処理時の雰囲気については、酸化を防ぐために、水素ガス雰囲気等の還元性雰囲気、アルゴン雰囲気などの不活性雰囲気、還元性ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気等とすることが好ましい。特に、水素を1〜5vol%程度混合したArガス雰囲気下で熱処理を行うことが好ましい。   In order to prevent oxidation, the atmosphere during the heat treatment is preferably a reducing atmosphere such as a hydrogen gas atmosphere, an inert atmosphere such as an argon atmosphere, or a mixed gas atmosphere of a reducing gas and an inert gas. In particular, it is preferable to perform the heat treatment in an Ar gas atmosphere in which about 1 to 5 vol% of hydrogen is mixed.

上記した方法によれば、組成式:Li1−y1−xSi6−αα
(式中、A、Mx、y、及びαは前記に同じ)で表される単斜晶系輝石構造を有するメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を得ることができる。
According to the method described above, the composition formula: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α
A lithium vanadium metasilicate compound having a monoclinic pyroxene structure represented by the formula (wherein A, Mx, y, and α are the same as described above) can be obtained.

この方法によれば、原料物質の反応が均一に生じて、不純物量の少ないナノ粒子状の高純度のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物が得られる。得られるメタケイ酸バナジウム系化合物は、一次粒子系が200〜800nm程度の均一性のよい微細なナノ粒子となる。   According to this method, the reaction of the raw material material occurs uniformly, and a nanoparticulate high-purity lithium vanadium metasilicate compound having a small amount of impurities is obtained. The resulting vanadium metasilicate compound is a fine nanoparticle having a primary particle system of about 200 to 800 nm with good uniformity.

尚、この結晶性の材料をメカニカルミリング等で微粉砕処理して、10nm以下の微結晶にすると、X線回折パターンはブロード化して一見アモルファス状となる。この場合には、初期容量は多少減るものの、出力特性を向上させることができる。   Note that when this crystalline material is finely pulverized by mechanical milling or the like to give a fine crystal of 10 nm or less, the X-ray diffraction pattern becomes broad and appears to be amorphous. In this case, although the initial capacity is somewhat reduced, the output characteristics can be improved.

(3)導電性被覆処理
上記した方法で得られるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物は、更に、導電性金属、炭素等によって導電性を有する被覆を形成することによって、導電性を向上させることができる。これにより、リチウム電池用正極活物質として、より良好な電池特性を有するものとなる。
(3) Conductive coating treatment The lithium vanadium metasilicate compound obtained by the above-described method can further improve conductivity by forming a conductive coating with a conductive metal, carbon or the like. Thereby, it has a more favorable battery characteristic as a positive electrode active material for lithium batteries.

メタケイ酸バナジウムリチウム系化合物に導電性金属、炭素等の導電性被覆を形成する方法としては、スパッタリング、蒸着法、MA法、無電解めっき法などの公知の技術を利用できる。   As a method for forming a conductive coating such as a conductive metal or carbon on the lithium vanadium metasilicate compound, known techniques such as sputtering, vapor deposition, MA method, and electroless plating can be used.

この場合、導電性被覆に用いる材料としては、炭素の他に、例えば、4.5V程度までの耐食性を有する材料が好ましく、具体例としては、Al、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Pt、Au、ステンレス鋼(SUS)等の導電性金属を用いることができる。これらの内で、コストの観点から炭素、Al、Cr、Zr、SUS等が好ましい。   In this case, as the material used for the conductive coating, in addition to carbon, for example, a material having corrosion resistance up to about 4.5 V is preferable. Specific examples include Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo , Pt, Au, and a conductive metal such as stainless steel (SUS) can be used. Among these, carbon, Al, Cr, Zr, SUS and the like are preferable from the viewpoint of cost.

導電性被覆の被覆量については、少なすぎると導電性を向上させる効果が十分ではなく、一方、多すぎるとメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の表面がほとんど被覆されてリチウムイオンの挿入・脱離が難しくなるので好ましくない。このため、導電性被覆の被覆量は、メタケイ酸バナジウムリチウム系化合物100重量部に対して、0.1〜30重量程度とすることが好ましく、1〜30重量部程度とすることがより好ましく、1〜10重量部程度とすることが更に好ましい。   When the coating amount of the conductive coating is too small, the effect of improving the conductivity is not sufficient. On the other hand, when the coating amount is too large, the surface of the lithium vanadium metasilicate compound is almost covered and it is difficult to insert and desorb lithium ions. This is not preferable. For this reason, the coating amount of the conductive coating is preferably about 0.1 to 30 parts by weight, more preferably about 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the lithium vanadium metasilicate compound. More preferably, it is about 1 to 10 parts by weight.

特に、前記したメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物と炭素前駆体とを混合し、非酸化性雰囲気下で加熱して炭素による被覆を形成する方法によれば、大規模な装置を用いることなく、簡単な方法で均一性に優れた炭素による被覆を形成できる点で有利である。   In particular, according to the method of mixing a lithium vanadium metasilicate compound and a carbon precursor, and heating in a non-oxidizing atmosphere to form a coating with carbon, a simple apparatus can be used without using a large-scale apparatus. The method is advantageous in that a coating with carbon having excellent uniformity can be formed.

この方法で用いる炭素前駆体は、加熱によって炭化する有機材料であればよく、例えば、粘着性を有するハイドロカーボン系有機物、石炭系ピッチ、石油系ピッチ等を用いることができる。これらの内で、粘着性を有するハイドロカーボン系有機物としては、フェノ−ル樹脂、フラン樹脂、クエン酸、ウルシオールなどを例示できる。これらの炭素前駆体は一種単独又は二種以上混合して用いることができる。   The carbon precursor used in this method may be an organic material that is carbonized by heating. For example, a sticky hydrocarbon-based organic material, coal-based pitch, petroleum-based pitch, or the like can be used. Among these, examples of the sticky hydrocarbon organic substance include phenol resin, furan resin, citric acid, urushiol, and the like. These carbon precursors can be used singly or in combination of two or more.

加熱温度は、炭素前駆体が炭化する温度であれば良く、例えば、300〜900℃程度とすることが好ましく、500〜800℃程度とすることがより好ましい。この場合、加熱温度が低すぎると、炭素前駆体が炭化されにくく、一方、加熱温度が高すぎると、被覆した炭素が還元する危険性があるばかりか、装置も大掛かりなものとなりコスト高となるので好ましくない。   The heating temperature should just be the temperature which a carbon precursor carbonizes, for example, it is preferable to set it as about 300-900 degreeC, and it is more preferable to set it as about 500-800 degreeC. In this case, if the heating temperature is too low, the carbon precursor is not easily carbonized. On the other hand, if the heating temperature is too high, there is a risk that the coated carbon may be reduced, and the apparatus becomes large and expensive. Therefore, it is not preferable.

加熱処理の時間は、炭素前駆体が炭化する時間であれば良く、通常は、1〜24時間程度とすればよい。加熱時間が短すぎる場合には、炭素前駆体が十分には炭化されず、電子伝導性の悪い負極になるので好ましくない。一方、加熱時間が長すぎると、熱処理が無駄であり、経済的に好ましくない。   The heat treatment time may be a time during which the carbon precursor is carbonized, and is usually about 1 to 24 hours. When the heating time is too short, the carbon precursor is not sufficiently carbonized, which is not preferable because it becomes a negative electrode with poor electron conductivity. On the other hand, if the heating time is too long, the heat treatment is useless, which is not economically preferable.

炭化処理時の雰囲気は、不活性雰囲気、還元雰囲気等の非酸化性雰囲気とすればよい。具体的には、He(ヘリウム)、Ne(ネオン)、Ar(アルゴン)、N(窒素)、H(水素)等の雰囲気とすればよい。尚、市販の不活性ガスは微量に酸素を含んでいるため、不活性ガス雰囲気で熱処理を行う場合であっても、加熱温度高すぎる場合や、加熱時間が長すぎると、炭化が進行しすぎて導電性を十分に向上させることができないので、注意が必要である。 The atmosphere during the carbonization treatment may be a non-oxidizing atmosphere such as an inert atmosphere or a reducing atmosphere. Specifically, the atmosphere may be He (helium), Ne (neon), Ar (argon), N 2 (nitrogen), H 2 (hydrogen), or the like. In addition, since the commercially available inert gas contains a small amount of oxygen, even when the heat treatment is performed in an inert gas atmosphere, if the heating temperature is too high, or if the heating time is too long, carbonization proceeds too much. Care must be taken because the conductivity cannot be sufficiently improved.

(4)リチウム二次電池用正極活物質
上記したメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物、及びこれに導電性を有する被覆を形成した化合物は、いずれもリチウム二次電池用正極活物質として有効に使用できる。この正極活物質を用いる正極は、通常のリチウム二次電池用正極と同様の構造とすることができる。
(4) Positive electrode active material for lithium secondary battery Any of the lithium vanadium metasilicate compounds described above and a compound having a conductive coating formed thereon can be effectively used as the positive electrode active material for lithium secondary batteries. A positive electrode using this positive electrode active material can have the same structure as a normal positive electrode for a lithium secondary battery.

例えば、上記したメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物、又はこれに導電性金属、炭素等の導電性を有する被覆を形成した化合物に、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)等の導電助剤、ポリフッ化ビニリデン(poly(vinylidinefluoride):PVdF)、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)等のバインダー、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の溶媒を加えてペースト状として、これを集電体に塗布することによって正極を作製することができる。導電助剤の使用量については、特に限定的ではないが、例えば、正極活物質100重量部に対して、20〜100重量部程度とすることができる。また、バインダーの使用量についても、特に限定的ではないが、例えば、正極活物質100重量部に対して、10〜20重量部程度とすることができる。   For example, acetylene black (AB), ketjen black (KB), vapor-grown carbon fiber to the above-described lithium vanadium metasilicate compound or a compound having a conductive coating such as a conductive metal or carbon formed thereon. (Vapor Grown Carbon Fiber: VGCF) and other conductive aids, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR) binders, N-methyl- A positive electrode can be produced by adding a solvent such as 2-pyrrolidone (NMP) to form a paste and applying it to a current collector. The amount of the conductive auxiliary agent used is not particularly limited, but can be, for example, about 20 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. Further, the amount of the binder used is not particularly limited, but can be, for example, about 10 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material.

集電体としては、特に限定はなく、従来からリチウム二次電池用正極として使用されている材料、例えば、アルミ箔、アルミメッシュ、ステンレスメッシュなどを用いることができる。   The current collector is not particularly limited, and materials conventionally used as positive electrodes for lithium secondary batteries, such as aluminum foil, aluminum mesh, and stainless steel mesh, can be used.

上記したリチウム二次電池用正極を用いるリチウム二次電池は、公知の手法により製造することができる。例えば、負極材料としては、公知の負極材料、例えば、黒鉛等の炭素系負極材料;CuSn等の合金系負極材料;SnO、SiO等の酸化物系負極材料;LiN等の窒化物系負極材料等を用いることができる。 A lithium secondary battery using the positive electrode for a lithium secondary battery described above can be manufactured by a known method. For example, as the negative electrode material, a known negative electrode material, for example, a carbon-based negative electrode material such as graphite; an alloy-based negative electrode material such as Cu 6 Sn 5 ; an oxide-based negative electrode material such as SnO or SiO; and a nitride-based material such as LiN A negative electrode material or the like can be used.

また、本発明の正極を用いるリチウム二次電池は、リチウムイオンを含有する必要があることから、電解質塩としてはリチウム塩が好ましい。このリチウム塩としては特に制限されないが、具体例としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム、過塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウムなどを挙げることができる。これらのリチウム塩は、1種単独又は2種以上混合して用いることができる。上記のリチウム塩は、電気的陰性度が高くイオン化しやすいことから、充放電サイクル特性に優れ、二次電池の充放電容量を向上させることができる。   Moreover, since the lithium secondary battery using the positive electrode of this invention needs to contain lithium ion, lithium salt is preferable as electrolyte salt. The lithium salt is not particularly limited, and specific examples include lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium trifluoromethanesulfonate, and lithium trifluoromethanesulfonate. . These lithium salts can be used singly or in combination of two or more. Since the above lithium salt has high electronegativity and is easily ionized, it has excellent charge / discharge cycle characteristics and can improve the charge / discharge capacity of the secondary battery.

上記電解質の溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン等を用いることができ、これらの溶媒を一種単独又は2種以上混合して用いることができる。特に、プロピレンカーボネート単体、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合物又はγ−ブチロラクトン単体が好適である。なお、上記エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合物の混合比は、一方の成分が10体積%以上90体積%以下となる範囲で任意に調整することができる。   Examples of the solvent for the electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and γ-butyrolactone, and these solvents can be used alone or in combination of two or more. In particular, propylene carbonate alone, a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate, or γ-butyrolactone alone is suitable. In addition, the mixing ratio of the mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate can be arbitrarily adjusted in a range where one component is 10% by volume or more and 90% by volume or less.

上記した構造のリチウム二次電池は、高容量且つサイクル寿命の良好な二次電池として優れた性能を発揮することができる。   The lithium secondary battery having the above-described structure can exhibit excellent performance as a secondary battery having a high capacity and a good cycle life.

本発明のリチウム二次電池用正極活物質の有効成分であるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物は、従来、リチウム二次電池の正極活物質としての有効性が知られていない物質であり、現行のリチウム二次電池において主として使用されている正極活物質であるLiCoOと比較して安価な材料であり、また、LiMnより高い充放電容量を有するものである。また、作動電圧が4.5〜1.5Vという広い範囲であり、各種の用途に使用可能である。 The lithium vanadium metasilicate compound, which is an active ingredient of the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention, is a material that has not been known to be effective as a positive electrode active material for lithium secondary batteries. Compared to LiCoO 2 which is a positive electrode active material mainly used in secondary batteries, it is a cheaper material and has a higher charge / discharge capacity than LiMn 2 O 4 . Further, the operating voltage is in a wide range of 4.5 to 1.5 V, and can be used for various applications.

特に、本発明の製造方法によって二段階の複合化工程を経て得られるメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物は、高純度で均一性が良好なナノ粒子であることから、正極活物質として特に優れた性能を発揮できる。また、本発明の製造方法によれば、比較的簡単な製造方法によって、短い製造時間で目的とするメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を得ることができる。   In particular, the lithium vanadium metasilicate compound obtained through the two-stage compounding process according to the production method of the present invention is a nanoparticle having high purity and good uniformity, and thus has particularly excellent performance as a positive electrode active material. Can demonstrate. Moreover, according to the production method of the present invention, the target lithium vanadium metasilicate compound can be obtained in a short production time by a relatively simple production method.

更に、本発明のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物に導電性金属、炭素等の導電性を有する被覆を施すことによって、正極活物質としての性能を更に向上させることができる。   Furthermore, the performance as the positive electrode active material can be further improved by applying a conductive coating such as a conductive metal or carbon to the lithium vanadium metasilicate compound of the present invention.

従って、本発明によれば、LiCoOより安価で、LiMnより放電容量が大きく、優れた性能を有する新規なリチウム二次電池用正極活物質が提供される。 Therefore, according to the present invention, a novel positive electrode active material for a lithium secondary battery is provided that is cheaper than LiCoO 2 , has a larger discharge capacity than LiMn 2 O 4 , and has excellent performance.

実施例1で得られたメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の放射光X線回折図。The synchrotron radiation X-ray-diffraction figure of the lithium vanadium metasilicate compound obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の結晶構造を示す模式図。1 is a schematic diagram showing a crystal structure of a lithium vanadium metasilicate compound obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られたメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物のSEM画像。3 is an SEM image of the lithium vanadium metasilicate compound obtained in Example 2. FIG. 実施例2で得られたメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を正極活物質とする2極式評価セルの各サイクルにおける放電曲線を示すグラフ。The graph which shows the discharge curve in each cycle of the bipolar evaluation cell which uses the lithium vanadium metasilicate compound obtained in Example 2 as a positive electrode active material. 実施例2で得られたメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を正極活物質とする2極式評価セルの各放電電流における初期放電曲線(25℃)。The initial discharge curve in each discharge current (25 degreeC) of the bipolar evaluation cell which uses the lithium vanadium metasilicate compound obtained in Example 2 as a positive electrode active material. 実施例2で得られたメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を正極活物質とする2極式評価セルの各放電電流における初期放電曲線(60℃)。The initial discharge curve (60 degreeC) in each discharge current of the bipolar evaluation cell which uses the lithium vanadium metasilicate compound obtained in Example 2 as a positive electrode active material.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.

実施例1〜13及び比較例1
(1)第一複合化工程
Arガスで置換したグローブボックス内で、下記表1に示す原料を合計約2g秤量し、100個のジルコニアボール(φ8mm)とともに容積100mLのジルコニア製ミリング容器に封入した。ミリング容器内を6×10−5Paの真空度で1時間以上真空引きした後、容器内にArガスを1MPa充填した。その後、遊星ボールミル装置にて、重力加速度50G、2時間の条件でメカニカルミリング処理を行った。
Examples 1 to 13 and Comparative Example 1
(1) First compounding step In a glove box substituted with Ar gas, a total of about 2 g of the raw materials shown in Table 1 below were weighed and sealed together with 100 zirconia balls (φ8 mm) in a 100 mL zirconia milling container. . The inside of the milling container was evacuated at a vacuum degree of 6 × 10 −5 Pa for 1 hour or more, and then the container was filled with Ar gas at 1 MPa. Then, the mechanical milling process was performed by the planetary ball mill apparatus on condition of gravitational acceleration 50G and 2 hours.

次いで、ミリング終了後の試料に対して、空気雰囲気下、温度730℃で2時間加熱処理を施し、中間製造物1〜7としてリチウムとケイ素を含む複合体(リチウムケイ素複合金属酸化物)を得た。   Next, the sample after milling was subjected to heat treatment at a temperature of 730 ° C. for 2 hours in an air atmosphere to obtain a composite (lithium silicon composite metal oxide) containing lithium and silicon as intermediate products 1 to 7. It was.

Figure 2011100625
Figure 2011100625

(2)第二複合化工程
Arガスで置換したグローブボックス内で、下記表2に示す材料を合計約2g秤量し、100個のジルコニアボール(φ8mm)とともに容積100mLのジルコニア製ミリング容器に封入した。ミリング容器内を6×10−5Paの真空度で1時間以上真空引きした後、容器内にArガスを1MPa充填した。その後、遊星ボールミル装置にてメカニカルミリング処理を行った。尚、実施例11では、ミリング容器内にVに対して2還元当量の水素ガスを充填し、実施例12では、ミリング容器内にVOに対して1還元当量の水素ガスを充填し、実施例13では、ミリング容器内にVに対して1酸化当量の酸素ガスを充填して、ミリング処理を施した。
(2) Second compounding step In a glove box substituted with Ar gas, a total of about 2 g of the materials shown in Table 2 below was weighed and sealed together with 100 zirconia balls (φ8 mm) in a 100 mL zirconia milling container. . The inside of the milling container was evacuated at a vacuum degree of 6 × 10 −5 Pa for 1 hour or more, and then the container was filled with Ar gas at 1 MPa. Then, the mechanical milling process was performed with the planetary ball mill apparatus. In Example 11, the milling vessel was filled with 2 reduction equivalents of hydrogen gas relative to V 2 O 5 , and in Example 12, the milling vessel was filled with 1 reduction equivalent of hydrogen gas relative to VO 2 . In Example 13, the milling treatment was performed by filling the milling vessel with an oxygen equivalent of one oxidation equivalent to V 2 O 4 .

次いで、ミリング終了後の試料に対して、水素及びアルゴンの混合ガス雰囲気(H:Ar=10vol%:90vol%)下で温度950℃で3時間の加熱処理を行い、組成式:Li1−y1−xSi6−αα (式中、A、Mx、y、及びαは前記に同じ)で表される単斜晶系輝石構造を有するメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を得た。遊星ボールミルによるミリング処理(重力加速度及び処理時間)と加熱処理(加熱温度及び加熱時間)の各条件は表2に示す通りである。 Then, the sample after milling completion, a mixed gas atmosphere of hydrogen and argon (H 2: Ar = 10vol% : 90vol%) subjected to a heat treatment of 3 hours at a temperature 950 ° C. Under the compositional formula: Li 1- Lithium vanadium metasilicate having a monoclinic pyroxene structure represented by y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α (where A, Mx, y, and α are the same as above) A system compound was obtained. Table 2 shows the conditions of milling (gravity acceleration and processing time) and heating (heating temperature and heating time) using a planetary ball mill.

尚、実施例2〜13で得られた各試料は、ミリング処理と加熱処理を行って得られた試料100重量部に対してクエン酸を10重量部混合し、水素ガス雰囲気下、温度600℃で3時間加熱処理を行い、メタケイ酸バナジウムリチウム系化合物100重量部に対して3重量部の炭素被覆を形成した。   In each sample obtained in Examples 2 to 13, 10 parts by weight of citric acid was mixed with 100 parts by weight of the sample obtained by milling and heating, and the temperature was 600 ° C. in a hydrogen gas atmosphere. Then, a heat treatment was performed for 3 hours to form 3 parts by weight of a carbon coating with respect to 100 parts by weight of the lithium vanadium metasilicate compound.

Figure 2011100625
Figure 2011100625

(3)構造解析結果
実施例1で得たメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の放射光X線回折図を図1に示す。リートベルト解析により、LiVSiが97.13%と高い純度であることがわかった。尚、その他の相はLiSiとVであることがわかった。LiVSi相は、a軸の長さが9.627Å、b軸の長さが8.608Å、c軸の長さが5.297Åであり、格子体積が413.61Åであった。
(3) Results of Structural Analysis FIG. 1 shows a synchrotron radiation X-ray diffraction pattern of the lithium vanadium metasilicate compound obtained in Example 1. Rietveld analysis revealed that LiVSi 2 O 6 had a high purity of 97.13%. The other phases were found to be Li 2 Si 2 O 5 and V 2 O 3 . The LiVSi 2 O 6 phase had an a-axis length of 9.627 mm, a b-axis length of 8.608 mm, a c-axis length of 5.297 mm, and a lattice volume of 413.61 mm 3 .

さらに、精密結晶構造解析を施したところ、LiVSiの結晶構造は図2に示す単斜晶系輝石構造であり、表3に示す原子座標を有することがわかった(nは配位数、gは占有率、x、y、zはそれぞれのベクトルを示す)。リチウムイオンは、bc面のb軸に沿って存在し、そのリチウムイオン間距離は5.635Åと4.493Åであった。 Further, when precision crystal structure analysis was performed, it was found that the crystal structure of LiVSi 2 O 6 was the monoclinic pyroxene structure shown in FIG. 2 and had the atomic coordinates shown in Table 3 (n is the coordination number) , G are occupancy rates, and x, y, and z are respective vectors). Lithium ions were present along the b-axis of the bc plane, and the distance between the lithium ions was 5.635 Å and 4.493 Å.

Figure 2011100625
Figure 2011100625

(4)SEM観察
実施例2で得たメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物のSEM写真を図3に示す。炭素で被覆した状態での一次粒径は約0.5μmであり、粒子形状の揃った形態をしていることが確認できる。
(4) SEM Observation An SEM photograph of the lithium vanadium metasilicate compound obtained in Example 2 is shown in FIG. The primary particle diameter in the state covered with carbon is about 0.5 μm, and it can be confirmed that the particles have a uniform shape.

(5)電池試験
実施例1〜13及び比較例1のそれぞれの試料を正極活物質として用い、これを用いて試験極を作成した(正極活物質の組成:活物質70wt.%、導電助剤(ケッチェンブラック(KB))20wt.%、バインダー(PTFE)10wt.%)。
(5) Using each sample of Battery Test Examples 1 to 13 and Comparative Example 1 as the positive electrode active material, a test electrode was prepared using the positive electrode active material (composition of the positive electrode active material: active material 70 wt.%, Conductive aid) (Ketjen Black (KB)) 20 wt.%, Binder (PTFE) 10 wt.%).

対極として金属リチウム箔を用い、電解液として、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とを体積比1:1で混合した溶媒にLiPFを1mol/Lの濃度で溶解した溶液を用いて、2極式評価セル(コイン2032型セル)を作製し、25℃で充放電試験を行った。試験はカットオフ電圧(4.5−1.5V)で制御し、0.2Cに相当する充放電電流で行った。 A metallic lithium foil is used as a counter electrode, and a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are mixed at a volume ratio of 1: 1 is used as an electrolytic solution. A bipolar evaluation cell (coin 2032 type cell) was prepared and a charge / discharge test was performed at 25 ° C. The test was controlled by a cut-off voltage (4.5-1.5 V), and the charge / discharge current corresponding to 0.2 C was performed.

実施例1〜13及び比較例1の各試料を正極活物質とした電池について、初期サイクルでの電極容量が最高値に達するまでの活性化サイクルを行った後の初期放電容量と300サイクル目の各放電容量維持率を下記表4に示す。また、表4には、中間放電電圧として、300サイクル目の放電容量の半分の容量時点の電位を示す。   About the battery which used each sample of Examples 1-13 and Comparative Example 1 as the positive electrode active material, the initial discharge capacity after performing the activation cycle until the electrode capacity in the initial cycle reaches the maximum value and the 300th cycle Each discharge capacity retention rate is shown in Table 4 below. Table 4 shows the potential at the time of half of the discharge capacity at the 300th cycle as the intermediate discharge voltage.

Figure 2011100625
Figure 2011100625

上記表4から下記の結果が判る。
(1)30Gの重力加速度でメカニカルミリング処理を行った比較例1の試料は、60Gの重力加速度でメカニカルミリング処理を行った実施例1の試料と比較して、放電容量が大きく劣るものであった。これは、比較例1の試料では、ミリング処理が不十分であるために、未反応物や副生成物が多く、全体的に正極活物質量が少ないことによるものと考えられる。
(2)実施例1と同様の条件で得られたメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物に対して炭素被覆を形成した実施例2の試料は、実施例1の試料と比較して、放電容量が大きく向上した。尚、100Gの重力加速度でミリング処理を行った実施例3の試料は、実施例2の試料と比較して、放電容量の向上は認められなかった。
(3)LiVSi6のLiサイトにNa又はKが置換した実施例4と実施例5の試料は、LiVSi6を主たる成分とする実施例1〜3の試料と比べて、充放電容量は若干低下したが、300サイクル後の放電容量維持率が高く、サイクル寿命特性が向上した。
(4)LiVSi6のVサイトにAl、Mn又はFeが置換した実施例6〜9の各試料は、LiVSi6を主たる成分とする実施例1〜3の試料と比べて、充放電容量が向上した。
(5)LiVSi6のOサイトに元素Fが置換した実施例10〜13の各試料は、LiVSi6を主たる成分とする実施例1〜3の試料と比べて、初期放電容量は若干低下したが、サイクル寿命特性が向上し、同時に放電電圧が0.1〜0.2V程度上昇した。
The following results can be seen from Table 4 above.
(1) The sample of Comparative Example 1 subjected to the mechanical milling process with a gravitational acceleration of 30 G is greatly inferior to the sample of the Example 1 subjected to the mechanical milling process with a gravitational acceleration of 60 G. It was. This is considered to be due to the fact that the sample of Comparative Example 1 has insufficient milling treatment, so that there are a large amount of unreacted substances and by-products, and the amount of the positive electrode active material as a whole is small.
(2) The discharge capacity of the sample of Example 2 in which a carbon coating was formed on the lithium vanadium metasilicate compound obtained under the same conditions as in Example 1 was significantly improved compared to the sample of Example 1. did. In addition, the sample of Example 3 which performed the milling process by the gravitational acceleration of 100 G showed no improvement in the discharge capacity as compared with the sample of Example 2.
(3) samples of LiVSi 2 Example 4 Example of Na or K is substituted into Li site O 6 5, as compared with the samples of Examples 1 to 3 that the LiVSi 2 O 6 as a main component, the charge and discharge Although the capacity decreased slightly, the discharge capacity retention rate after 300 cycles was high, and the cycle life characteristics were improved.
(4) The samples of Examples 6 to 9 in which the V site of LiVSi 2 O 6 is substituted with Al, Mn, or Fe are larger than the samples of Examples 1 to 3 whose main component is LiVSi 2 O 6. Discharge capacity improved.
(5) each sample LiVSi 2 Examples 10-13 in which element F is substituted with O site O 6, as compared with the samples of Examples 1 to 3 that the LiVSi 2 O 6 as a main component, the initial discharge capacity Although it slightly decreased, the cycle life characteristics were improved, and at the same time, the discharge voltage increased by about 0.1 to 0.2V.

また、一例として、実施例2の試料を正極活物質として用いた2極式評価セル(コイン2032型セル)について、各サイクルにおける充放電曲線を図4に示す。40サイクル後の重量当たりの活物質容量は約95mAh/gであり、この値は、理論容量の約75%に相当するものであった。   As an example, a charge / discharge curve in each cycle is shown in FIG. 4 for a bipolar evaluation cell (coin 2032 type cell) using the sample of Example 2 as a positive electrode active material. The active material capacity per weight after 40 cycles was about 95 mAh / g, corresponding to about 75% of the theoretical capacity.

また、実施例2の試料を正極活物質として用いた2極式評価セルについて、各放電電流における放電曲線を図5に示す。図4及び図5からわかるように、実施例2の試料を正極活物質とする電池は、充放電プラトーがほとんどない充放電曲線を描くものであり、この点が本発明の正極活物質の特徴の1つである。このため、放電電圧4V時では約90%、3.5V時では約70%、3V時では約60%、2.5V時では約50%、2V時では30%の残容量があると見積もることができる。   Moreover, about the bipolar evaluation cell which used the sample of Example 2 as a positive electrode active material, the discharge curve in each discharge current is shown in FIG. As can be seen from FIGS. 4 and 5, the battery using the sample of Example 2 as the positive electrode active material draws a charge / discharge curve with almost no charge / discharge plateau, and this is the characteristic of the positive electrode active material of the present invention. It is one of. For this reason, it is estimated that there is about 90% remaining capacity at 4V discharge, about 70% at 3.5V, about 60% at 3V, about 50% at 2.5V, and 30% at 2V. Can do.

次に、実施例2の試料を正極活物質として用いた2極式評価セルについて、上記した25℃での充放電試験に代えて、60℃で同様の方法で充放電試験を行った。各放電電流における放電曲線を図6に示す。この結果から、25℃での充放電試験と比較して、60℃での充放電試験の方が高い放電容量を示し、高温時での電池特性がよいことが確認できた。   Next, for the bipolar evaluation cell using the sample of Example 2 as the positive electrode active material, a charge / discharge test was conducted at 60 ° C. in the same manner instead of the charge / discharge test at 25 ° C. described above. The discharge curve at each discharge current is shown in FIG. From this result, it was confirmed that the charge / discharge test at 60 ° C. showed a higher discharge capacity than the charge / discharge test at 25 ° C., and the battery characteristics at high temperature were good.

Claims (14)

組成式:Li1−y1−xSi6−αα
(式中、Aは、Na、K、Rb、Cs及びFrからなる群から選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素を示し、MはAl、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Ga及びInからなる群から選択される少なくとも一種の元素を示す。x、y及びαは、それぞれ、0≦x≦0.3、0≦y≦0.3、0≦α≦0.1の範囲の数値である)で表される単斜晶系輝石構造を有するメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物を有効成分とするリチウム二次電池用正極活物質。
Composition formula: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α
(In the formula, A represents at least one alkali metal element selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs and Fr, and M represents Al, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Ga and In. And at least one element selected from the group consisting of x, y, and α, each having a numerical value in the range of 0 ≦ x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.3, and 0 ≦ α ≦ 0.1. A positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising as an active ingredient a lithium vanadium metasilicate compound having a monoclinic pyroxene structure represented by
組成式:Li1−y1−xSi6−ααにおいて、yの値が、0.01≦y≦0.3の範囲内である請求項1に記載のリチウム二次電池用正極活物質。 Composition formula: in Li 1-y A y V 1 -x M x Si 2 O 6-α F α, the value of y is, according to claim 1 which is in the range of 0.01 ≦ y ≦ 0.3 Positive electrode active material for lithium secondary battery. 組成式:Li1−y1−xSi6−ααにおいて、xの値が、0.01≦x≦0.3の範囲内である請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極活物質。 Composition formula: in Li 1-y A y V 1 -x M x Si 2 O 6-α F α, the value of x, to claim 1 or 2 in the range of 0.01 ≦ x ≦ 0.3 The positive electrode active material for lithium secondary batteries as described. 組成式:Li1−y1−xSi6−ααにおいて、αの値が、0.01≦α≦0.1の範囲内である請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極活物質。 Composition formula: in Li 1-y A y V 1 -x M x Si 2 O 6-α F α, the value of alpha is, of claims 1 to 3 in the range of 0.01 ≦ α ≦ 0.1 The positive electrode active material for lithium secondary batteries in any one. 一次粒子径が、200〜800nmの範囲内のナノ粒子である請求項1〜4のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the primary particle diameter is nanoparticles in the range of 200 to 800 nm. 炭素又は導電性金属による被覆を有する請求項1〜5のいずれかに記載のリチウム二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 5, which has a coating with carbon or a conductive metal. 下記の工程を含む、組成式:Li1−y1−xSi6−αα
(式中、Aは、Na、K、Rb、Cs及びFrからなる群から選択される少なくとも一種のアルカリ金属元素を示し、MはAl、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、及びInからなる群から選択される少なくとも一種の元素を示す。x、y及びαは、それぞれ、0≦x≦0.3、0≦y≦0.3、0≦α≦0.1の範囲の数値である)で表される単斜晶系輝石構造を有するメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法:
(1)酸素含有リチウム化合物及び酸素含有ケイ素化合物を含む第一複合化工程用原料混合物に対してメカニカルミリング処理を施した後、熱処理を行う第一複合化工程、
(2)第一複合化工程の生成物と酸素含有バナジウム化合物を含む第二複合化工程用原料混合物に対してメカニカルミリング処理を施した後、熱処理を行う第二複合化工程。
Compositional formula including the following steps: Li 1-y A y V 1-x M x Si 2 O 6-α F α
(In the formula, A represents at least one alkali metal element selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs and Fr, and M consists of Al, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe and In. And at least one element selected from the group, wherein x, y, and α are numerical values in the ranges of 0 ≦ x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.3, and 0 ≦ α ≦ 0.1, respectively. Method for producing a lithium vanadium metasilicate compound having a monoclinic pyroxene structure represented by:
(1) A first compounding step in which a heat treatment is performed after mechanical milling is performed on the raw material mixture for the first compounding step including the oxygen-containing lithium compound and the oxygen-containing silicon compound.
(2) A second compounding step in which heat treatment is performed after subjecting the raw material mixture for the second compounding step containing the product of the first compounding step and the oxygen-containing vanadium compound to mechanical milling.
第一複合化工程用原料混合物及び第二複合化工程用原料混合物のいずれか一方又は両方が、更に、酸素含有アルカリ金属化合物、元素Mと酸素原子を含む化合物、及び金属フッ化物からなる群から選ばれた少なくとも一種の成分を含むものである請求項7に記載のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法。 Either or both of the raw material mixture for the first composite process and the raw material mixture for the second composite process are further selected from the group consisting of an oxygen-containing alkali metal compound, a compound containing element M and an oxygen atom, and a metal fluoride. The method for producing a lithium vanadium metasilicate compound according to claim 7, comprising at least one selected component. 第二複合化工程用原料混合物が、該混合物中に含まれる酸素含有バナジウム化合物におけるバナジウム元素を3価バナジウムとするために必要な酸化当量以上又は還元当量以上の酸化剤又は還元剤を含むものである請求項7又は8に記載のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法。 The raw material mixture for the second complexing step contains an oxidizing agent or a reducing agent of an oxidation equivalent or more or a reduction equivalent or more necessary for making the vanadium element in the oxygen-containing vanadium compound contained in the mixture into trivalent vanadium. Item 9. A method for producing a lithium vanadium metasilicate compound according to Item 7 or 8. 第一複合化工程及び第二複合化工程のメカニカルミリング処理が、遊星ミルを用いて、50〜200Gの重力加速度で行われる請求項7〜9のいずれかに記載のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法。 The mechanical milling process of a 1st compounding process and a 2nd compounding process is performed by the gravitational acceleration of 50-200G using a planetary mill, The vanadium lithium metasilicate type compound of any one of Claims 7-9 Production method. 第一複合化工程における熱処理温度が500〜800℃であり、第二複合化工程における熱処理温度が700〜1300℃である請求項7〜10のいずれかに記載のメタケイ酸バナジウムリチウム系化合物の製造方法。 The heat treatment temperature in the first composite step is 500 to 800 ° C, and the heat treatment temperature in the second composite step is 700 to 1300 ° C. Production of lithium vanadium metasilicate compound according to any one of claims 7 to 10 Method. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用正極活物質と炭素前駆体を混合し、非酸化性雰囲気下で400〜900℃で加熱することを特徴とする、炭素で被覆されたリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。 Carbon, wherein the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 5 and a carbon precursor are mixed and heated at 400 to 900 ° C in a non-oxidizing atmosphere. A method for producing a coated positive electrode active material for a lithium secondary battery. 炭素前駆体が、粘着性を有するハイドロカーボン系有機物、石炭系ピッチ及び石油系ピッチからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分である請求項12に記載の炭素で被覆されたリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。 13. The carbon-coated lithium secondary battery according to claim 12, wherein the carbon precursor is at least one component selected from the group consisting of adhesive hydrocarbon-based organic matter, coal-based pitch, and petroleum-based pitch. A method for producing a positive electrode active material. 請求項1〜5のいずれか一項に記載された正極活物質を含む正極を構成要素として含むリチウム二次電池。 The lithium secondary battery which contains the positive electrode containing the positive electrode active material as described in any one of Claims 1-5 as a component.
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