JP2012033387A - MANUFACTURING METHOD OF POSITIVE ELECTRODE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY CONTAINING Cu, MANUFACTURING METHOD OF POSITIVE ELECTRODE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, AND POSITIVE ELECTRODE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY - Google Patents

MANUFACTURING METHOD OF POSITIVE ELECTRODE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY CONTAINING Cu, MANUFACTURING METHOD OF POSITIVE ELECTRODE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, AND POSITIVE ELECTRODE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive positive electrode material for a secondary battery which has large charging or discharging electric capacity.SOLUTION: A manufacturing method of a positive electrode material for a secondary battery of this invention includes: a coprecipitation process for agitating a mixed solution of a strong alkaline aqueous solution added to a solution containing copper and manganese and obtaining a coprecipitate of hydroxide containing copper and manganese; a mixing process for obtaining a mixture by mixing the coprecipitate with LiOH-HO powder; a provisional burning process for obtaining a provisionally burned matter by provisionally burning the mixture; a molding process for obtaining a molded matter by molding after shattering the provisionally burned matter; and a proper burning process for obtaining LiCuMnOby properly burning the molded matter in an oxygen air current.

Description

本発明は、Cuを含有する二次電池用正極材料の製造方法、二次電池用正極材料の製造方法および二次電池用正極材料に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode material for a secondary battery containing Cu, a method for producing a positive electrode material for a secondary battery, and a positive electrode material for a secondary battery.

蓄電デバイスであるリチウム二次電池は高いエネルギー密度を有し、携帯機器のみならず次世代自動車用蓄電システムとしても期待されている。その実現の為には当該二次電池にてエネルギー密度500 Wh/kg が要求される。当該リチウム二次電池は、正極、負極および電解液を含み、充電および放電反応が進行する構造となっている。例えば、正極にLiCoO2、負極に C(グラファイト)を用いた場合の電池反応式は次の通りである。 A lithium secondary battery, which is an electricity storage device, has a high energy density and is expected not only as a portable device but also as an electricity storage system for next-generation automobiles. To achieve this, an energy density of 500 Wh / kg is required for the secondary battery. The lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, and has a structure in which charging and discharging reactions proceed. For example, the battery reaction formula when LiCoO 2 is used for the positive electrode and C (graphite) is used for the negative electrode is as follows.

正極: LiCoO2 ⇔ Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
負極: C + xLi+ + xe- ⇔ CLix
この反応が可逆的であることから、上記反応系は二次電池として機能している。Coを含有する正極材料は、例えば、特許文献1および2に開示されている。これらの文献には、正極材料として含Coリチウムフェライト系複合酸化物が開示されている。
The positive electrode: LiCoO 2 ⇔ Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe -
Negative electrode: C + xLi + + xe - ⇔ CLi x
Since this reaction is reversible, the reaction system functions as a secondary battery. The positive electrode material containing Co is disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example. These references disclose Co-containing lithium ferrite composite oxides as positive electrode materials.

また、電池のエネルギー密度は作動電圧と充電もしくは放電電気容量との積で決定する。作動電圧は両極のフェルミエネルギー差として現れ、充電および放電電気容量は結晶構造中から脱離および挿入するリチウムイオン量に比例する。したがって、エネルギー密度の向上には高い電池電圧(つまり負極に対して低いフェルミエネルギー)を有し、単位重量当たりの充電および放電電気容量が増加した(構造中から多くのリチウムイオンが挿入・脱離可能である)正極材料が求められている。   The energy density of the battery is determined by the product of the operating voltage and the charge or discharge electric capacity. The operating voltage appears as a Fermi energy difference between the two electrodes, and the charge and discharge capacitances are proportional to the amount of lithium ions desorbed and inserted from the crystal structure. Therefore, to improve the energy density, it has a high battery voltage (that is, low Fermi energy relative to the negative electrode), and the charge and discharge capacity per unit weight increased (a lot of lithium ions are inserted and desorbed from the structure). There is a need for positive electrode materials that are possible.

特開2004−131313号公報(2004年4月30日公開)JP 2004-131313 A (published April 30, 2004) 特開2006−36620号公報(2006年2月9日公開)JP 2006-36620 A (published February 9, 2006)

しかしながら、従来の正極材料では、充電および放電電気容量の増加およびコスト面で問題点を有している。   However, conventional positive electrode materials have problems in terms of increase in charge and discharge electric capacity and cost.

すなわち、充電および放電電気容量を増加させるには、大きな充電および放電電気容量の期待できる新たな電極材料を探索するか、既知の電極材料から通常作動させるLi当量より多くのリチウムを脱離させることができれば、充電および放電電気容量を増加させることができる。しかし、従来用いられているLiCoO2は、サイクル特性の維持などから、通常0.5 モルのLiまでしか脱離させることができない。したがって、この正極材料の充電および放電電気容量を増やすためにはLiをさらに脱離させる必要がある。しかしながら、0.5 モルを超えるLiを脱離させようとすると、高い電圧により電解質の電気分解に至るため、電池の初期特性を得るまでにも至っていないのが現状である。 That is, to increase the charge and discharge capacitance, search for new electrode materials that can be expected to have a large charge and discharge capacitance, or to desorb more lithium than the Li equivalent that normally operates from known electrode materials. If it is possible, the charging and discharging electric capacity can be increased. However, conventionally used LiCoO 2 can usually be desorbed only up to 0.5 mol of Li in order to maintain cycle characteristics. Therefore, it is necessary to further desorb Li in order to increase the charge and discharge electric capacity of the positive electrode material. However, if it is attempted to desorb more than 0.5 mol of Li, the electrolyte is electrolyzed by a high voltage, so that the initial characteristics of the battery have not yet been achieved.

さらに、特許文献1,2に記載の正極材料は、低コストを目的としているものの、依然高価なCoを含有しており、高コストであるという問題がある。   Furthermore, although the positive electrode materials described in Patent Documents 1 and 2 are intended for low cost, they still contain expensive Co and have a problem of high cost.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その主たる目的は、充電および放電電気容量が大きく、低コストな二次電池用正極材料を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a main object of the present invention is to provide a positive electrode material for a secondary battery having a large charge and discharge capacitance and a low cost.

本発明の二次電池用正極材料の製造方法は、上記課題を解決するために、銅原料およびマンガン原料の溶液に強アルカリ水溶液を添加した混合溶液を撹拌し、銅およびマンガンを含む水酸化物の共沈物を得る共沈工程と、上記共沈物にLiOH・H2O粉末を混合して混合物を得る混合工程と、上記混合物を仮焼して仮焼物を得る仮焼工程と、上記仮焼物を粉砕した後、成形して成形物を得る成形工程と、上記成形物を酸素気流中で本焼してLi4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 (xは0.01以上、1/2以下である)を得る本焼工程とを含むことを特徴としている。 In order to solve the above problems, a method for producing a positive electrode material for a secondary battery according to the present invention comprises stirring a mixed solution obtained by adding a strong alkaline aqueous solution to a solution of a copper raw material and a manganese raw material, and a hydroxide containing copper and manganese. A coprecipitation step for obtaining a coprecipitate, a mixing step for obtaining a mixture by mixing LiOH · H 2 O powder with the coprecipitate, a calcining step for obtaining a calcined product by calcining the mixture, and A molding process in which the calcined product is pulverized and then molded to obtain a molded product, and the molded product is calcined in an oxygen stream and Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 (X is not less than 0.01 and not more than 1/2).

上記の発明によれば、共沈工程にて銅およびマンガンを含む共沈物を得るため、共沈物中において銅およびマンガンを均一に分散させることが可能である。また、本発明に係る製造方法では、酸素気流中にて本焼工程を行う。これにより、銅原料中の銅を酸化させて、正極材料にて複合化させることができる。このようにして得られた二次電池用正極材料を使用して製造された二次電池は、充電および放電特性に優れており、更に、高価なCoを含有しておらず、安価な提供が可能である。   According to said invention, in order to obtain the coprecipitate containing copper and manganese in a coprecipitation process, it is possible to disperse | distribute copper and manganese uniformly in a coprecipitate. In the manufacturing method according to the present invention, the firing process is performed in an oxygen stream. Thereby, copper in a copper raw material can be oxidized and compounded with a positive electrode material. The secondary battery manufactured using the positive electrode material for the secondary battery thus obtained has excellent charge and discharge characteristics, and further, does not contain expensive Co and can be provided at low cost. Is possible.

また、本発明の二次電池用正極材料の製造方法では、上記銅原料に対するマンガン原料のモル比が、1以上、5以下であることが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of the positive electrode material for secondary batteries of this invention, it is preferable that the molar ratio of the manganese raw material with respect to the said copper raw material is 1-5.

銅原料に対するマンガン原料のモル比が上記モル比であることにより、本発明の正極材料におけるCuO のX線回折法によるピークがより顕著に検出される。その結果、本発明の正極材料特有の構成がより顕著となり、当該正極材料を用いた二次電池ではより大きな充電もしくは放電容量が示される。   When the molar ratio of the manganese raw material to the copper raw material is the above molar ratio, the peak of CuO 3 in the positive electrode material of the present invention is detected more prominently. As a result, the structure peculiar to the positive electrode material of the present invention becomes more prominent, and a secondary battery using the positive electrode material exhibits a larger charge or discharge capacity.

また、本発明の二次電池用正極材料の製造方法では、共沈工程において、上記混合溶液を24時間以上、撹拌することが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of the positive electrode material for secondary batteries of this invention, it is preferable to stir the said mixed solution for 24 hours or more in a coprecipitation process.

これにより、生成した沈殿物の粒成長を促進し、沈殿物に粒径の均一性をもたせることができ、好適な共沈物を得ることができる。   Thereby, the grain growth of the produced | generated deposit is accelerated | stimulated, the uniformity of a particle size can be given to a deposit, and a suitable coprecipitate can be obtained.

また、本発明の二次電池用正極材料の製造方法では、上記銅原料がCuSO4・5H2O であり、上記マンガン原料が(CH3COO)2Mn・4H2O であることが好ましい。 In the method for producing a positive electrode material for a secondary battery of the present invention, it is preferable that the copper raw material is CuSO 4 .5H 2 O and the manganese raw material is (CH 3 COO) 2 Mn · 4H 2 O.

各原料が上記化合物であることにより、秤量時の取扱等が容易となる。   When each raw material is the above compound, handling at the time of weighing becomes easy.

また、本発明の二次電池の製造方法では、銅原料およびマンガン原料を溶解させた溶液に強アルカリ水溶液を添加した混合溶液を撹拌し、水酸化銅および水酸化マンガンの共沈物を得る共沈工程と、上記共沈物にLiOH・H2O粉末を混合して混合物を得る混合工程と、上記混合物を仮焼して仮焼物を得る仮焼工程と、上記仮焼物を粉砕および成形して成形物を得る成形工程と、上記成形物を酸素気流中で本焼してLi4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 (xは0.01以上、1/2以下である)を得る本焼工程と、少なくとも上記Li4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 を正極材料に用いて二次電池を得る組立工程とを含むことが好ましい。 In the method for producing a secondary battery of the present invention, a mixed solution obtained by adding a strong alkaline aqueous solution to a solution in which a copper raw material and a manganese raw material are dissolved is stirred to obtain a coprecipitate of copper hydroxide and manganese hydroxide. A precipitating step, a mixing step in which LiOH · H 2 O powder is mixed with the coprecipitate to obtain a mixture, a calcining step in which the mixture is calcined to obtain a calcined product, and the calcined product is pulverized and molded. A molding step for obtaining a molded product, and then subjecting the molded product to firing in an oxygen stream to produce Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 (x is 0.01 or more, 1 And an assembling process for obtaining a secondary battery using at least the above Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 as a positive electrode material. It is preferable to include.

これにより、本発明に係る正極材料を含む二次電池を製造することができる。当該二次電池は、充電および放電特性に優れており、更に、高価なCoを含有しておらず、安価な提供が可能である。   Thereby, the secondary battery containing the positive electrode material which concerns on this invention can be manufactured. The secondary battery is excellent in charge and discharge characteristics, and does not contain expensive Co, and can be provided at a low cost.

本発明に係る二次電池用正極材料は、上記二次電池用正極材料の製造方法にて得られた二次電池用正極材料であって、X線回折法によって、Li2MnO3 のピークとCuO のピークとが観測されるものである。 The positive electrode material for a secondary battery according to the present invention is a positive electrode material for a secondary battery obtained by the above-described method for producing a positive electrode material for a secondary battery, and the peak of Li 2 MnO 3 is obtained by an X-ray diffraction method. A CuO peak is observed.

Li2MnO3 のピークとCuO のピークとが観測される正極材料はより本発明に係る構成を顕著に有しており、より大きな充電および放電容量を示すことができる。 The positive electrode material in which the Li 2 MnO 3 peak and the CuO peak are observed has the structure according to the present invention more remarkably, and can exhibit a larger charge and discharge capacity.

本発明の二次電池用正極材料の製造方法は、以上のように、銅原料およびマンガン原料の溶液に強アルカリ水溶液を添加した混合溶液を撹拌し、銅およびマンガンを含む水酸化物の共沈物を得る共沈工程と、上記共沈物にLiOH・H2O粉末を混合して混合物を得る混合工程と、上記混合物を仮焼して仮焼物を得る仮焼工程と、上記仮焼物を粉砕した後、成形して成形物を得る成形工程と、上記成形物を酸素気流中で本焼してLi4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 を得る本焼工程とを含む方法である。 As described above, the method for producing a positive electrode material for a secondary battery of the present invention stirs a mixed solution obtained by adding a strong alkaline aqueous solution to a solution of a copper raw material and a manganese raw material, and coprecipitates a hydroxide containing copper and manganese. A coprecipitation step for obtaining a product, a mixing step for obtaining a mixture by mixing LiOH / H 2 O powder with the coprecipitate, a calcining step for calcining the mixture to obtain a calcined product, and the calcined product A molding process to obtain a molded product after pulverization, and to obtain Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 by firing the molded product in an oxygen stream. And a baking step.

それゆえ、充電および放電特性に優れており、更に、高価なCoを含有しておらず、安価な提供が可能であるという効果を奏する。   Therefore, it has excellent charging and discharging characteristics, and further has an effect that it does not contain expensive Co and can be provided at low cost.

X線回折法の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of a X ray diffraction method. 正極材料の電池電圧および電気容量を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the battery voltage and electric capacity of positive electrode material.

本発明に係る二次電池用正極材料の製造方法について以下に説明する。まず、本発明では、正極材料がLi2MnO3 とCuO とが複合化されていることを特徴としている。CuO が負極材料として用いられた例はあるものの、二次電池用正極材料(以下、適宜「正極材料」と略す)として報告された例はない。CuO が正極材料として複合化された正極材料は本発明者が独自に見出した構成である。 The manufacturing method of the positive electrode material for secondary batteries which concerns on this invention is demonstrated below. First, the present invention is characterized in that the positive electrode material is a composite of Li 2 MnO 3 and CuO. Although CuO is used as a negative electrode material, there is no example reported as a positive electrode material for a secondary battery (hereinafter abbreviated as “positive electrode material” where appropriate). The positive electrode material in which CuO is compounded as a positive electrode material has a configuration uniquely found by the present inventors.

また、本発明に係る正極材料は、Cuの濃度にもよるがX線回折法により検出されるピークに特徴がある。通常、Li2MnO3を基本とする正極材料は、X線回折法によって解析すると、Li2MnO3と他の遷移金属酸化物とで固溶体を形成するため、遷移金属酸化物自身のピークは観測されない。 Further, the positive electrode material according to the present invention is characterized by a peak detected by an X-ray diffraction method although it depends on the concentration of Cu. Normally, when the cathode material based on Li 2 MnO 3 is analyzed by X-ray diffraction, a solid solution is formed with Li 2 MnO 3 and other transition metal oxides, so the peak of the transition metal oxide itself is observed. Not.

一方、本発明に係る正極材料では、CuO の濃度にもよるが、CuO のピークが観測される。このような観測結果は従来の正極材料では観測されていない。詳細な構造は解析されていないものの、このように、本発明の正極材料と従来公知の正極材料とが互いに異なることは明白である。   On the other hand, in the positive electrode material according to the present invention, although depending on the concentration of CuO, a peak of CuO is observed. Such observation results have not been observed with conventional positive electrode materials. Although the detailed structure has not been analyzed, it is apparent that the positive electrode material of the present invention and the conventionally known positive electrode material are different from each other.

次に、Li2MnO3 とCuO との複合化は、単に両者の原料粉末を用いた固相反応によって行えばよいというものではなく、液相法である共沈法による合成プロセスを経る必要がある。詳細な理由は判明していないものの、共沈法により共沈物中において銅およびマンガンを均一に分散させることができることと関連している可能性が考えられる。一方、液相法によるプロセスを経ない場合には、本発明に係る正極材料は得られない。以下、本発明の正極材料の製造方法に含まれる各工程について説明する。 Next, the complexation of Li 2 MnO 3 and CuO is not simply performed by a solid-phase reaction using both raw material powders, but a synthesis process by a coprecipitation method that is a liquid phase method needs to be performed. is there. Although the detailed reason has not been clarified, there is a possibility that it is related to the ability to uniformly disperse copper and manganese in the coprecipitate by the coprecipitation method. On the other hand, when the process by the liquid phase method is not performed, the positive electrode material according to the present invention cannot be obtained. Hereinafter, each process included in the manufacturing method of the positive electrode material of the present invention will be described.

(共沈工程)
共沈工程は、銅原料およびマンガン原料を溶解させた溶液に強アルカリ水溶液を添加した混合溶液を撹拌し、水酸化銅および水酸化マンガンの共沈物を得る工程である。
(Co-precipitation process)
The coprecipitation step is a step of obtaining a coprecipitate of copper hydroxide and manganese hydroxide by stirring a mixed solution obtained by adding a strong alkaline aqueous solution to a solution in which a copper raw material and a manganese raw material are dissolved.

銅材料は銅を含有しており、マンガン原料はマンガンを含有しているものである。銅原料およびマンガン原料は、溶解した溶液に強アルカリ水溶液を添加することにより、水酸化銅および水酸化マンガンの共沈物を得ることができればよく、特に限定されるものではない。銅材料としては、CuSO4・5H2O 、CuCl2・2H2O、Cu(NO3)2・3H2Oなどを使用することができる。なかでも秤量時における取扱の観点から、CuSO4・5H2O がより好ましい。 The copper material contains copper, and the manganese raw material contains manganese. The copper raw material and the manganese raw material are not particularly limited as long as a coprecipitate of copper hydroxide and manganese hydroxide can be obtained by adding a strong alkaline aqueous solution to the dissolved solution. As the copper material, CuSO 4 .5H 2 O, CuCl 2 .2H 2 O, Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O, or the like can be used. Of these, CuSO 4 .5H 2 O is more preferable from the viewpoint of handling during weighing.

一方、マンガン原料としては、(CH3COO)2Mn・4H2O 、Mn(NO3)2・6H2O、Mn(SO4)2・5H2Oなどを使用することができる。なかでも組成制御が正確に行えるという観点から、(CH3COO)2Mn・4H2O がより好ましい。具体的には、(CH3COO)2Mn・4H2O は水和水量が一定であり、潮解等を生じ難い。 On the other hand, (CH 3 COO) 2 Mn · 4H 2 O, Mn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, Mn (SO 4 ) 2 · 5H 2 O, and the like can be used as manganese raw materials. Among these, (CH 3 COO) 2 Mn · 4H 2 O is more preferable from the viewpoint of accurate composition control. Specifically, (CH 3 COO) 2 Mn · 4H 2 O has a constant amount of water of hydration and is unlikely to cause deliquescence.

上記銅原料およびマンガン原料の溶液は、銅原料およびマンガン原料を溶媒に別個溶解させた溶液を混合して得られたものであってもよく、銅原料およびマンガン原料を一緒に溶媒に溶解させて得られたものであってもよい。上記溶媒は、水を用いることができ、純水(純度99%以上)を使用することが好ましい。また、その他に水酸化物ではなくシュウ酸塩の共沈物を用いることができ、その場合の溶媒としては、エタノールを用いることができる。   The solution of the copper raw material and the manganese raw material may be obtained by mixing a solution obtained by separately dissolving the copper raw material and the manganese raw material in a solvent. The copper raw material and the manganese raw material are dissolved together in a solvent. It may be obtained. Water can be used as the solvent, and pure water (purity 99% or more) is preferably used. In addition, oxalate coprecipitate can be used instead of hydroxide, and ethanol can be used as a solvent in that case.

また、上記マンガン原料に対する銅原料のモル比は、1以上、5以下であることが好ましい。上記モル比であることにより、本発明の正極材料におけるCuO のX線回折法によるピークがより顕著に検出されるため、本発明の正極材料特有の構成がより顕著になると考えられる。   The molar ratio of the copper raw material to the manganese raw material is preferably 1 or more and 5 or less. Since the peak by the X-ray diffraction method of CuO 2 in the positive electrode material of the present invention is more prominently detected by the above molar ratio, it is considered that the configuration unique to the positive electrode material of the present invention becomes more prominent.

上記溶液中のマンガン原料の濃度は、0.02M以上、0.05M以下であることが好ましい。上記範囲であることにより、共沈工程にて好適に共沈物を得ることができる。なお、上記溶液中の銅原料の濃度比は、上記マンガン原料の濃度に対して、1以上、5以下である。   The concentration of the manganese raw material in the solution is preferably 0.02M or more and 0.05M or less. By being in the above range, a coprecipitate can be suitably obtained in the coprecipitation step. The concentration ratio of the copper raw material in the solution is 1 or more and 5 or less with respect to the concentration of the manganese raw material.

共沈工程では上記銅原料およびマンガン原料の溶液に、強アルカリ水溶液を添加する。強アルカリ水溶液は溶液に徐々に添加することが好ましく、例えば滴下ロート等を用いて滴下を行えばよい。上記強アルカリ水溶液としては、具体的にはLiOH水溶液、NaOH水溶液、KOH水溶液などを挙げることができる。なかでも、残存した際に正極材料に影響を及ぼし難い点から、LiOH水溶液がより好ましい。   In the coprecipitation step, a strong alkaline aqueous solution is added to the copper raw material and manganese raw material solution. The strong alkaline aqueous solution is preferably added gradually to the solution. For example, the strong alkaline aqueous solution may be dropped using a dropping funnel or the like. Specific examples of the strong alkaline aqueous solution include a LiOH aqueous solution, a NaOH aqueous solution, and a KOH aqueous solution. Among these, a LiOH aqueous solution is more preferable because it hardly affects the positive electrode material when it remains.

強アルカリ水溶液を添加した後、混合溶液の撹拌を行うが、撹拌時間は生成した沈殿物の粒成長を促進し、沈殿物に粒径の均一性をもたせるために、長時間であることが好ましい。これにより、より好適な共沈物を得ることができる。   After adding the strong alkaline aqueous solution, the mixed solution is stirred. The stirring time is preferably a long time in order to promote grain growth of the generated precipitate and to make the precipitate uniform in particle size. . Thereby, a more suitable coprecipitate can be obtained.

具体的には、12時間以上撹拌することが好ましく、24時間以上撹拌することがより好ましい。上限値は特に限定されないが、48時間以下とすることができる。   Specifically, stirring for 12 hours or more is preferable, and stirring for 24 hours or more is more preferable. Although an upper limit is not specifically limited, It can be 48 hours or less.

撹拌後、銅およびマンガンを含む共沈物を得ることができる。共沈物は吸引ろ過等の公知の方法により回収すればよい。上記共沈物は水酸化物であり、本発明の正極原料の原料として使用される。回収した共沈物に水分が多量含まれている場合、乾燥を行う。乾燥は、例えば、70℃〜80℃、12時間の乾燥条件にて行えばよい。   After stirring, a coprecipitate containing copper and manganese can be obtained. The coprecipitate may be recovered by a known method such as suction filtration. The coprecipitate is a hydroxide and is used as a raw material for the positive electrode raw material of the present invention. If the collected coprecipitate contains a large amount of water, dry it. The drying may be performed, for example, under drying conditions of 70 ° C. to 80 ° C. for 12 hours.

(混合工程)
混合工程は、上記共沈物にLiOH・H2O粉末を混合して混合物を得る工程である。LiOH・H2O の使用量は、銅原料およびマンガン原料の総モルに対して過剰量であることが好ましい。過剰量は、具体的には1%以上、5%以下とすることができる。
(Mixing process)
The mixing step is a step of obtaining a mixture by mixing LiOH · H 2 O powder with the coprecipitate. The amount of LiOH · H 2 O used is preferably an excess amount relative to the total moles of the copper raw material and the manganese raw material. Specifically, the excess amount can be 1% or more and 5% or less.

その後、共沈物とLiOH・H2O粉末とを混合して混合物が得られる。混合は公知の混合器具を用いればよく、乳鉢および乳棒、さらにメノウ乳鉢、メッシュ等を用いてもよい。メッシュを用いることにより、混合物の粒径を分別することができる。混合時間は混合の程度を観察しながら決定すればよく、例えば、5分以上、30分以下にて行えばよい。 Thereafter, the coprecipitate and the LiOH.H 2 O powder are mixed to obtain a mixture. For mixing, a known mixing device may be used, and a mortar and pestle, an agate mortar, a mesh or the like may be used. By using a mesh, the particle size of the mixture can be fractionated. The mixing time may be determined while observing the degree of mixing. For example, the mixing time may be 5 minutes or more and 30 minutes or less.

(仮焼工程)
仮焼成工程は、上記混合物を仮焼して仮焼物を得る工程であり、後に行う焼成工程の前に仮焼成を行う。仮焼成工程では焼成工程よりも低い温度にて焼成を行う。仮焼の条件としては、室温から毎分4℃以上、8℃以下の速度で昇温し、450℃以上、490℃以下、5時間以上、7時間以下とすることができ、毎分4℃以上の速度で降温する。仮焼の雰囲気は、大気中であっても、酸素フローなど酸化雰囲気下であってもよい。
(Calcination process)
The calcining step is a step of calcining the mixture to obtain a calcined product, and calcining is performed before the calcining step to be performed later. In the temporary firing step, firing is performed at a lower temperature than in the firing step. As conditions for calcination, the temperature is raised from room temperature at a rate of 4 ° C. or more and 8 ° C. or less, 450 ° C. or more, 490 ° C. or less, 5 hours or more, 7 hours or less, and 4 ° C./min. Lower the temperature at the above speed. The calcination atmosphere may be in the air or in an oxidizing atmosphere such as oxygen flow.

上記仮焼の時間が終了した後、自然冷却を開始して、成形工程に移行する。安全性の観点から自然冷却では、室温まで仮焼物を冷却することが望ましい。なお、仮焼工程は、公知の電気炉等を使用して行うことができる。   After the calcination time is over, natural cooling is started and the process proceeds to the molding step. From the viewpoint of safety, it is desirable to cool the calcined product to room temperature in natural cooling. In addition, a calcination process can be performed using a well-known electric furnace etc.

(成形工程)
成形工程は、上記仮焼物を粉砕した後、成形して成形物を得る工程である。仮焼成物を粉砕した粉体を成形した成形物は、焼成が容易である点から、ペレット状であることが好ましいが、本形状に限定されるものではない。ペレット状の成形物は加圧成形によって成形される。
(Molding process)
The molding step is a step of obtaining a molded product by pulverizing the calcined product and then molding it. The molded product obtained by molding the powder obtained by pulverizing the temporarily fired product is preferably in the form of a pellet from the viewpoint of easy firing, but is not limited to this shape. The pellet-shaped molded product is molded by pressure molding.

(本焼工程)
焼成工程は、上記成形物を酸素気流中で本焼して正極材料であるLi4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 を得る工程である(xは0.01以上、1/2以下である)。本焼の条件としては、室温から毎分4℃以上、8℃以下の速度で昇温し、700℃以上、800℃以下、12時間以上、24時間以下とすることができ、毎分4℃以上の速度で降温する。
(Main firing process)
The firing step is a step in which the molded product is subjected to main firing in an oxygen stream to obtain a positive electrode material Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 (x is 0. 0). 01 or more and 1/2 or less). As conditions for the main firing, the temperature can be raised from room temperature at a rate of 4 ° C or more and 8 ° C or less, 700 ° C or more, 800 ° C or less, 12 hours or more, 24 hours or less, and 4 ° C per minute Lower the temperature at the above speed.

また、本焼は酸素気流中の雰囲気下にて行う。酸素の流量は、5cc/min.25cc/min.以下であることが好ましく、10cc/min.以上、20cc/min.以下であることがより好ましい。酸素気流中にて本焼することにより、得られる正極材料においてLi2MnO3とCuO との好適な化学状態を有する複合化が可能である。 In addition, the main firing is performed in an atmosphere of oxygen flow. The flow rate of oxygen was 5 cc / min. 25cc / min. Or less, preferably 10 cc / min. 20 cc / min. The following is more preferable. By carrying out the main firing in an oxygen stream, the resulting positive electrode material can be combined with a suitable chemical state of Li 2 MnO 3 and CuO.

上記本焼の時間が終了した後、自然冷却を開始して、正極材料を冷却する。安全性の観点から、自然冷却では室温まで正極材料を冷却することが望ましい。なお、本焼工程は、公知の電気炉等を使用して行うことができる。   After the time of the main firing, natural cooling is started to cool the positive electrode material. From the viewpoint of safety, it is desirable to cool the positive electrode material to room temperature in natural cooling. In addition, this baking process can be performed using a well-known electric furnace etc.

(組立工程)
組立工程は、少なくとも上記正極材料であるLi4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 (xは0.01以上、1/2以下である)を正極材料に用いて二次電池を得る工程である。二次電池は正極、負極および電解液を含んでいる。正極は上記正極材料、導電剤および結着剤を使用して、負極は、リチウムイオンを脱離および挿入することのできる負極材料、導電剤および結着剤を使用して作製できる。
(Assembly process)
The assembly process uses at least Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 (x is 0.01 or more and 1/2 or less) as the positive electrode material. This is a step of obtaining a secondary battery. The secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution. The positive electrode can be manufactured using the positive electrode material, the conductive agent, and the binder, and the negative electrode can be manufactured using the negative electrode material, the conductive agent, and the binder that can desorb and insert lithium ions.

本発明に係る正極材料の重量は、正極の総重量に対して、30重量部以上、70重量部とすることができ、40重量部以上、60重量部以下とすることが二次電池の設計上好ましい。   The weight of the positive electrode material according to the present invention can be 30 parts by weight or more and 70 parts by weight with respect to the total weight of the positive electrode, and is 40 parts by weight or more and 60 parts by weight or less. Above preferred.

一方、負極材料としては、リチウム金属、リチウム合金(リチウム−シリコン、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−スズおよびリチウム−アルミニウム−スズ等のリチウム金属含有合金)、リチウム複合酸化物(リチウム−チタン)を用いることができる。上記負極材料の重量は、負極の総重量に対して、30重量部以上、70重量部とすることができ、40重量部以上、60重量部以下とすることが二次電池の設計上好ましい。   On the other hand, as the negative electrode material, lithium metal, lithium alloy (lithium metal-containing alloys such as lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin and lithium-aluminum-tin), lithium composite oxide (lithium-titanium) ) Can be used. The weight of the negative electrode material can be 30 parts by weight or more and 70 parts by weight, and preferably 40 parts by weight or more and 60 parts by weight or less with respect to the total weight of the negative electrode.

導電剤としては、二次電池の性能に悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されない。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、金属(銅、アルミニウム等)の導電性材料を1種またはそれらの混合物として使用することができる。   The conductive agent is not particularly limited as long as it does not adversely affect the performance of the secondary battery. For example, conductive materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, metal (copper, aluminum, etc.) can be used as one kind or a mixture thereof.

これらの中でも正極および負極における電子伝導性向上の観点からアセチレンブラックが望ましい。導電剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して10重量%以上、40重量%以下であることが好ましく、20重量%以上、30重量%以下であることが好ましい。   Among these, acetylene black is desirable from the viewpoint of improving electronic conductivity in the positive electrode and the negative electrode. The addition amount of the conductive agent is preferably 10% by weight or more and 40% by weight or less, and preferably 20% by weight or more and 30% by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

結着剤としては公知のものを使用でき、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー等のポリオレフィン系ポリマーを用いることができる。結着剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して10重量部以上、50重量%以下であることが好ましく、15重量%以上、30重量部以下であることがより好ましい。   Known binders can be used, and thermoplastic resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene and polypropylene, and polyolefin polymers such as ethylene-propylene-diene terpolymers are used. be able to. The addition amount of the binder is preferably 10 parts by weight or more and 50% by weight or less, more preferably 15% by weight or more and 30 parts by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

正極および負極の各原料を混合する器具としては、V型混合機、S型混合機、ボールミル、遊星ボールミルのような粉体混合機を挙げることができる。粉体混合機により正極合剤および負極合剤が得られる。上記正極合剤を正極、負極合剤を負極として形成する方法としては特に限定されず、公知の方法を用いればよい。例えば、加圧によりペレット状の正極および負極を形成する方法が挙げられる。また、正極合剤および負極合剤に溶媒を添加することによって形成したペーストを集電体に塗布してシート状の正極および負極を形成する方法も挙げられる。   Examples of the equipment for mixing the raw materials for the positive electrode and the negative electrode include a powder mixer such as a V-type mixer, an S-type mixer, a ball mill, and a planetary ball mill. A positive electrode mixture and a negative electrode mixture are obtained by a powder mixer. The method for forming the positive electrode mixture as a positive electrode and the negative electrode mixture as a negative electrode is not particularly limited, and a known method may be used. For example, the method of forming a pellet-like positive electrode and negative electrode by pressurization is mentioned. Moreover, the method of apply | coating the paste formed by adding a solvent to a positive electrode mixture and a negative electrode mixture to a collector, and forming a sheet-like positive electrode and a negative electrode is also mentioned.

電解液は従来公知のものを使用すればよく、有機溶媒に電解質が溶解されたものを使用できる。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどのエステル類、ジエチルエーテルなどのエーテル類などを挙げることができる。一方、電解質としては、過塩素酸リチウム、ハロゲン化リチウムなどのリチウム塩を挙げることができる。   A conventionally well-known thing should just be used for electrolyte solution, and what dissolved electrolyte in the organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include esters such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, and ethers such as diethyl ether. On the other hand, examples of the electrolyte include lithium salts such as lithium perchlorate and lithium halide.

二次電池において上記電解液を隔てるセパレータとしては、特に限定されるものではない。例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のエステル系樹脂、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体等の含フッ素共重合体を挙げることができる。   The separator that separates the electrolytic solution in the secondary battery is not particularly limited. For example, fluorine-containing copolymers such as polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, ester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, etc. Coalescence can be mentioned.

二次電池の形状としては、ボタン型、コイン型、シート型などが挙げられ、特に限定されるものではない。   Examples of the shape of the secondary battery include a button type, a coin type, and a sheet type, and are not particularly limited.

本発明に係る正極材料は、Li4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 の構造を有しており、Li2MnO3 とCuO とが複合化されている。正極材料におけるCuのモル比xを種々変更したそれぞれの正極に対して、X線回折法を行った結果を図1に示す。図1はX線回折法の結果を示すグラフである。当該X線回折法は、XRD-6100装置(島津製作所)を用いた。X線源はグラファイトで単色化したCuKa線を用い、ディフラクトメータによって回折線を計測した。測定条件は、管電圧40.0kV, 管電流30.0mAにて2θが10.0〜100.0の範囲を0.02°ステップ、走査速度4°/分、連続スキャンモードにて、粉末状の正極材料に対して行った。 The positive electrode material according to the present invention has a structure of Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 , and Li 2 MnO 3 and CuO are combined. FIG. 1 shows the result of performing X-ray diffraction on each positive electrode in which the molar ratio x of Cu in the positive electrode material is variously changed. FIG. 1 is a graph showing the results of X-ray diffraction. For the X-ray diffraction method, an XRD-6100 apparatus (Shimadzu Corporation) was used. The X-ray source used was a CuKa line monochromatized with graphite, and diffraction lines were measured with a diffractometer. The measurement conditions were a powdered positive electrode material with a tube voltage of 40.0 kV, a tube current of 30.0 mA, and a range of 2θ of 10.0 to 100.0 in 0.02 ° steps, a scanning speed of 4 ° / min, and a continuous scan mode. .

図1から明らかなように、xが1/100および1/20の場合には、CuO のX線回折ピークは明確ではないものの、xが1/10を超えるとCuO のピークが明確に観測されることが分かる。通常、複合酸化物では、このようにLi2MnO3以外の遷移金属酸化物のピークが観測されることはなく、CuO のピークが観測されることは本発明に係る正極材料に特有の事項である。 As is clear from FIG. 1, when x is 1/100 and 1/20, the X-ray diffraction peak of CuO is not clear, but when x exceeds 1/10, the peak of CuO is clearly observed. I understand that In general, in composite oxides, peaks of transition metal oxides other than Li 2 MnO 3 are not observed in this way, and the observation of CuO peaks is a matter specific to the positive electrode material according to the present invention. is there.

なお、図1において、Li2MnO3の顕著なピークは、2θが18.68/degree以上、18.72/degree以下、37.04/degree以上、37.08/degree以下、44.66/degree以上、44.76/degree以下に検出されている。一方、CuO の顕著なピークは、2θが35.62/degree以上、35.66/degree以下、38.84/degree以上、38.90/degree以下、48.70/degree以上、48.82/degree以下に検出されている。 In FIG. 1, a significant peak of Li 2 MnO 3 is detected when 2θ is 18.68 / degree or more, 18.72 / degree or less, 37.04 / degree or more, 37.08 / degree or less, 44.66 / degree or more, 44.76 / degree or less. ing. On the other hand, significant peaks of CuO 2 are detected at 2θ of 35.62 / degree or more and 35.66 / degree or less, 38.84 / degree or more, 38.90 / degree or less, 48.70 / degree or more, and 48.82 / degree or less.

X線回折法の結果から、本発明に係る正極材料は特異な構造を有していると想定される。通常、Li2MnO3 にNiを添加した複合酸化物(Li[Ni2+ xLi(1/3-2/3x)Mn4+ (2/3-x/3)]O2)の場合、脱離および挿入されるLiは上限0.8モルであることが通常である。しかしながら、本発明に係る正極材料では、1モルを超えるLiを脱離および挿入することができ、大きな充電および放電電気容量を得ることができる。 From the result of the X-ray diffraction method, the positive electrode material according to the present invention is assumed to have a unique structure. Usually, in the case of a complex oxide (Li [Ni 2+ x Li (1 / 3-2 / 3x) Mn 4+ (2 / 3-x / 3) ] O 2 ) with Ni added to Li 2 MnO 3 , The upper limit of 0.8 mol of Li to be desorbed and inserted is usually. However, in the positive electrode material according to the present invention, more than 1 mol of Li can be desorbed and inserted, and a large charge and discharge capacitance can be obtained.

一方、図2は、各正極材料の電池電圧および電気容量を測定した結果を示すグラフである。図2において破線で示されるLi2MnO3 のグラフと、本発明の正極材料(x=0.01(1/100))のグラフとを比較すると、僅かにCuOの割合が増加しただけであっても、電池電圧が低下しており、電子伝導率が向上していることが分かる。さらに、x=1/2とした場合、作動電圧を抑制しながら400 mAh/gという充電容量の大幅な増加が達成され、2.0 Vまでの放電容量は200 mAh/gに達していることが分かる。また、Li2MnO3 単体との比較からも電子伝導性が向上し、過電圧が低下していることが分かる。また、従来のLi2Ni0.5Mn0.5O3 と比較しても充電および放電電気容量は大きな値を示していることが分かる。 On the other hand, FIG. 2 is a graph showing the results of measuring the battery voltage and electric capacity of each positive electrode material. Comparing the graph of Li 2 MnO 3 indicated by the broken line in FIG. 2 with the graph of the positive electrode material of the present invention (x = 0.01 (1/100)), the ratio of CuO was only slightly increased. However, it can be seen that the battery voltage is lowered and the electron conductivity is improved. Furthermore, when x = 1/2, it can be seen that a significant increase in the charge capacity of 400 mAh / g was achieved while suppressing the operating voltage, and the discharge capacity up to 2.0 V reached 200 mAh / g. . In addition, comparison with Li 2 MnO 3 alone shows that the electron conductivity is improved and the overvoltage is reduced. In addition, it can be seen that the charge and discharge electric capacities are larger than those of the conventional Li 2 Ni 0.5 Mn 0.5 O 3 .

また、本発明の正極材料はCoを含まず、より安価で入手の容易なCuを含んでいる。このため、高価なCoを含有する従来の正極材料に比較して、安価な提供が可能である。   Further, the positive electrode material of the present invention does not contain Co, but contains Cu which is cheaper and easily available. Therefore, it can be provided at a lower cost than conventional positive electrode materials containing expensive Co.

さらに、本発明の正極材料は、図1で示されているように、Cuの比によるもののCuO が単独のピークで観察され、正極材料中にCuO が混在して特徴的な構造を有している。また、図2のように、Cuの混合割合が少量であっても顕著な影響が観測されることから、Liイオンを脱離および挿入する従来の正極材料とは異なるプロセスにて充放電がなされているものと考えられる。このような現象はこれまで報告されておらず、当該正極材料の独自の現象であり、従来の正極材料との顕著な差異であるといえる。   Further, as shown in FIG. 1, the positive electrode material according to the present invention has a characteristic structure in which CuO is observed as a single peak due to the ratio of Cu, and CuO is mixed in the positive electrode material. Yes. In addition, as shown in FIG. 2, since a significant effect is observed even if the mixing ratio of Cu is small, charging and discharging are performed in a process different from that of a conventional positive electrode material that desorbs and inserts Li ions. It is thought that. Such a phenomenon has not been reported so far, and is a unique phenomenon of the positive electrode material, which is a significant difference from the conventional positive electrode material.

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明について、実施例および比較例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。なお、以下の実施例および比較例における二次電池の電気容量は次のようにして評価した。   The present invention will be described more specifically based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to this. Those skilled in the art can make various changes, modifications, and alterations without departing from the scope of the present invention. In addition, the electric capacity of the secondary battery in the following examples and comparative examples was evaluated as follows.

すべての試料Li4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2(Xは1/100、1/20、1/10、1/5、1/4、1/3、5/12、1/2)は、共沈法を用いて合成した(1.0g/batch)。出発物質はCuSO4・5H2O (和光純薬工業株式会社、純度95.0% )と(CH3COO)2Mn・4H2O (和光純薬工業株式会社、純度>99.0%)とを用いた。化学量論量の出発物質を秤量し、蒸留水200ml に溶解させ、溶液を撹拌しながら 1M LiOH水溶液100ml を徐々に滴下し、Cu-Mn を共沈させた。共沈物を大気中で24時間撹拌した後、吸引ろ過により共沈物を回収し、72℃で一晩(12時間)乾燥した。乾燥した共沈物を5%過剰量のLiOH・H2O (和光純薬工業株式会社、純度98.0-102.0% )を乳鉢と乳棒を使用し10分間混合した後、メノウ乳鉢でさらに15分間混合して混合物を得た。上記混合物をペレット状に加圧成型し、470℃、6時間、大気中で仮焼した。仮焼物を粉砕し、再度ペレット状に加圧して成形物を成形した後、成形物を700℃、12時間、酸素気流中(10-20cc/min)で本焼し、正極材料を得た。 All samples Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 (X is 1/100, 1/20, 1/10, 1/5, 1/4, 1/3, 5/12, 1/2) were synthesized using the coprecipitation method (1.0 g / batch). The starting materials were CuSO 4 · 5H 2 O (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 95.0%) and (CH 3 COO) 2 Mn · 4H 2 O (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity> 99.0%). . A stoichiometric amount of the starting material was weighed and dissolved in 200 ml of distilled water, and 100 ml of 1M LiOH aqueous solution was gradually added dropwise while stirring the solution to co-precipitate Cu-Mn. After the coprecipitate was stirred in the atmosphere for 24 hours, the coprecipitate was collected by suction filtration and dried at 72 ° C. overnight (12 hours). Mix the dried coprecipitate with 5% excess LiOH · H 2 O (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 98.0-102.0%) for 10 minutes using a mortar and pestle and then mix for 15 minutes in an agate mortar. To obtain a mixture. The above mixture was pressure-molded into pellets and calcined in the atmosphere at 470 ° C. for 6 hours. The calcined product was pulverized and pressed again into a pellet to form a molded product, and then the molded product was calcined at 700 ° C. for 12 hours in an oxygen stream (10-20 cc / min) to obtain a positive electrode material.

得られた正極材料を使用して、コイン型の二次電池を製造した。正極(φ14mm)は正極材料55wt% 、アセチレンブラック(電気化学工業株式会社)20wt% 、PVDF(株式会社クレハ)25wt% から作製し、負極(φ14mm)にリチウム金属(厚さ0.2mm 、本城金属株式会社)、セパレータ(φ15mm)にGLASS MICROFIBER FILTERS (Whatman inc.) を使用した。また、電解液は1M LiClO4/PC:DMC (1:1 v/v%) を使用した。 Using the obtained positive electrode material, a coin-type secondary battery was manufactured. The positive electrode (φ14mm) is made from positive electrode material 55wt%, acetylene black (Electrochemical Industry Co., Ltd.) 20wt%, PVDF (Kureha Co., Ltd.) 25wt%, and the negative electrode (φ14mm) is lithium metal (thickness 0.2mm, Honjo Metal) GLASS MICROFIBER FILTERS (Whatman Inc.) was used for the separator (φ15mm). Further, 1M LiClO 4 / PC: DMC (1: 1 v / v%) was used as the electrolyte.

電池特性はコイン型セル(2032型)を使用し、1.5V〜4.8V間で電流密度13.65mA/g で定電流充電放電測定(HJ-SD8、北斗電工株式会社)を行い評価した。正極材料のX線回折法にて測定した結果を図1に示す。また、xが0.5(1/2)、0.01(1/100)の正極材料を使用した二次電池に係る充電放電測定結果を図2に示す。   The battery characteristics were evaluated by using a coin-type cell (2032 type) and performing a constant current charge / discharge measurement (HJ-SD8, Hokuto Denko Co., Ltd.) at a current density of 13.65 mA / g between 1.5 V and 4.8 V. The result of measuring the positive electrode material by the X-ray diffraction method is shown in FIG. In addition, FIG. 2 shows a charge / discharge measurement result of a secondary battery using a positive electrode material having x of 0.5 (1/2) or 0.01 (1/100).

〔比較例1〕
出発物質としてCuSO4・5H2O を用いなかった以外は、実施例1と同様の手順にて正極材料(Li2MnO3) を得た。その後、実施例1と同様に、得られた正極材料を使用して二次電池を製造した。結果を図2に示す。
[Comparative Example 1]
A positive electrode material (Li 2 MnO 3 ) was obtained in the same procedure as in Example 1 except that CuSO 4 .5H 2 O was not used as a starting material. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a secondary battery was manufactured using the obtained positive electrode material. The results are shown in FIG.

〔比較例2〕
実施例1において、出発物質であるCuSO4・5H2O をNi(NO3)2・6H2Oに変更し、得られる正極材料がLiNi0.5Mn0.5O2 となる化学量論量にてNi(NO3)2・6H2Oを秤量し、蒸留水200ml に溶解させ、仮焼工程を大気下600℃にて6時間、本焼工程を大気下900℃にて24時間行うことによって正極材料を得た。その後、実施例1と同様に、得られた正極材料を使用して二次電池を製造した。結果を図2に示す。
[Comparative Example 2]
In Example 1, the starting material CuSO 4 · 5H 2 O was changed to Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, and the resulting positive electrode material was NiNi at a stoichiometric amount of LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2. (NO 3 ) 2 · 6H 2 O is weighed and dissolved in 200 ml of distilled water, and the calcination process is performed at 600 ° C. for 6 hours in the atmosphere and the firing process is performed at 900 ° C. for 24 hours in the atmosphere. Got. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a secondary battery was manufactured using the obtained positive electrode material. The results are shown in FIG.

本発明に係る正極材料は二次電池の材料として利用可能であるため、二次電池に関するあらゆる分野において利用可能である。   Since the positive electrode material according to the present invention can be used as a material for a secondary battery, it can be used in all fields related to a secondary battery.

Claims (6)

銅原料およびマンガン原料の溶液に強アルカリ水溶液を添加した混合溶液を撹拌し、銅およびマンガンを含む水酸化物の共沈物を得る共沈工程と、
上記共沈物にLiOH・H2O粉末を混合して混合物を得る混合工程と、
上記混合物を仮焼して仮焼物を得る仮焼工程と、
上記仮焼物を粉砕した後、成形して成形物を得る成形工程と、
上記成形物を酸素気流中で本焼してLi4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 (xは0.01以上、1/2以下である)を得る本焼工程とを含むことを特徴とする二次電池用正極材料の製造方法。
A coprecipitation step of stirring a mixed solution obtained by adding a strong alkaline aqueous solution to a copper raw material and a manganese raw material solution to obtain a coprecipitate of a hydroxide containing copper and manganese;
A mixing step of obtaining a mixture by mixing LiOH · H 2 O powder with the coprecipitate;
A calcining step of calcining the mixture to obtain a calcined product;
After pulverizing the calcined product, a molding step for molding to obtain a molded product,
A book obtained by firing the above molded product in an oxygen stream to obtain Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 (x is 0.01 or more and 1/2 or less). The manufacturing method of the positive electrode material for secondary batteries characterized by including a baking process.
上記銅原料に対するマンガン原料のモル比が、1以上、5以下であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用正極材料の製造方法。   The method for producing a positive electrode material for a secondary battery according to claim 1, wherein a molar ratio of the manganese raw material to the copper raw material is 1 or more and 5 or less. 共沈工程において、上記混合溶液を24時間以上、撹拌することを特徴とする請求項1または2に記載の二次電池用正極材料の製造方法。   The method for producing a positive electrode material for a secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the mixed solution is stirred for 24 hours or more in the coprecipitation step. 上記銅原料がCuSO4・5H2O であり、上記マンガン原料が(CH3COO)2Mn・4H2O であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の二次電池用正極材料の製造方法。 The secondary material according to any one of claims 1 to 3, wherein the copper raw material is CuSO 4 · 5H 2 O and the manganese raw material is (CH 3 COO) 2 Mn · 4H 2 O. A method for producing a positive electrode material for a battery. 銅原料およびマンガン原料を溶解させた溶液に強アルカリ水溶液を添加した混合溶液を撹拌し、水酸化銅および水酸化マンガンの共沈物を得る共沈工程と、
上記共沈物にLiOH・H2O粉末を混合して混合物を得る混合工程と、
上記混合物を仮焼して仮焼物を得る仮焼工程と、
上記仮焼物を粉砕および成形して成形物を得る成形工程と、
上記成形物を酸素気流中で本焼してLi4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 (xは0.01以上、1/2以下である)を得る本焼工程と、
少なくとも上記Li4/3-2x/3CuxMn2/3-x/3O2 を正極材料に用いて二次電池を得る組立工程とを含むことを特徴とする二次電池の製造方法。
A coprecipitation step of stirring a mixed solution obtained by adding a strong alkaline aqueous solution to a solution in which a copper raw material and a manganese raw material are dissolved, to obtain a coprecipitate of copper hydroxide and manganese hydroxide;
A mixing step of obtaining a mixture by mixing LiOH · H 2 O powder with the coprecipitate;
A calcining step of calcining the mixture to obtain a calcined product;
A molding step of pulverizing and molding the calcined product to obtain a molded product;
A book obtained by firing the above molded product in an oxygen stream to obtain Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 (x is 0.01 or more and 1/2 or less). Baking process,
A method of manufacturing a secondary battery, comprising: an assembly step of obtaining a secondary battery using at least the above Li 4 / 3-2x / 3 Cu x Mn 2 / 3-x / 3 O 2 as a positive electrode material.
請求項1〜4の何れか1項に記載の二次電池用正極材料の製造方法にて得られた二次電池用正極材料であって、
X線回折法によって、Li2MnO3 のピークとCuO のピークとが観測されることを特徴とする二次電池用正極材料。
A positive electrode material for a secondary battery obtained by the method for producing a positive electrode material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 4,
A positive electrode material for a secondary battery, characterized in that a Li 2 MnO 3 peak and a CuO peak are observed by an X-ray diffraction method.
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