JP2013211110A - Electrode active material and lithium ion battery, and method for producing electrode active material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an electrode active material achieving high load characteristics, high cycle characteristics and high energy density as well as having high safety and stability, and also capable of easily detecting a discharging end state; a lithium ion battery; and a method for producing an electrode active material.SOLUTION: In an electrode active material 1 of the present invention, a surface of a particle 2 comprising LiADO(where, A represents one or two selected from the group consisting of Mn and Co, D represents one or two or more selected from the group consisting of P, Si, and S, and 0<w≤4 and 0<x≤1.5 are satisfied) is covered with a coating layer 3 comprising a composite body of a carbonaceous electron conductive substance and LiEGO(where, E represents Fe or Fe and Ni, G represents one or two or more selected from the group consisting of P, Si, and S, and 0<y≤2 and 0<z≤1.5 are satisfied), and a third region is present in a second region in the backward of a first region where the discharge potential in a discharge curve is substantially constant, while a rate of change of the discharge potential in the third region is lower than an average rate of change of the discharge potential in the second region and the discharge potential in the second region decreases.

Description

本発明は、電極活物質及びリチウムイオン電池並びに電極活物質の製造方法に関し、特に詳しくは、オリビン構造を有するリン酸塩系電極活物質の1種であり、負荷特性、サイクル特性及びエネルギー密度に優れたリチウムイオン電池の電極材料として用いて好適な電極活物質、及び、この電極活物質を用いた電極を備えているリチウムイオン電池、並びに、この電極活物質の製造方法に関するものである。   The present invention relates to an electrode active material, a lithium ion battery, and a method for producing the electrode active material. More specifically, the present invention is a kind of a phosphate-based electrode active material having an olivine structure, which has load characteristics, cycle characteristics, and energy density. The present invention relates to an electrode active material suitable for use as an electrode material for an excellent lithium ion battery, a lithium ion battery including an electrode using the electrode active material, and a method for producing the electrode active material.

近年、小型化、軽量化、高容量化が期待される電池として、リチウムイオン電池等の非水電解液系の二次電池が提案され、実用に供されている。
リチウムイオン電池は、リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有する正電極及び負極と、非水系の電解質とにより構成されている。
リチウムイオン電池は、従来の鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等の二次電池と比べて、軽量かつ小型で高エネルギーを有しており、携帯用電話機、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器の電源として用いられているが、近年、電気自動車、ハイブリッド自動車、電動工具等の高出力電源としても検討されている。これらの高出力電源として用いられる電池の電極活物質には、高速の充放電特性が求められている。また、発電負荷の平滑化、定置用電源、バックアップ電源等の大型電池への応用も検討されており、長期の安全性、信頼性と共に、資源的に豊富で安価であること(資源量の問題が無いこと)も重要視されている。
In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries have been proposed and put into practical use as batteries that are expected to be reduced in size, weight, and capacity.
The lithium ion battery is composed of a positive electrode and a negative electrode having a property capable of reversibly inserting and removing lithium ions, and a non-aqueous electrolyte.
Lithium-ion batteries are lighter, smaller, and have higher energy than secondary batteries such as conventional lead batteries, nickel cadmium batteries, and nickel metal hydride batteries, and are portable for portable telephones, notebook personal computers, etc. Although it is used as a power source for electronic devices, it has recently been studied as a high-output power source for electric vehicles, hybrid vehicles, electric tools, and the like. High-speed charge / discharge characteristics are required for the electrode active materials of batteries used as these high-output power supplies. Application to large batteries such as smoothing of power generation load, stationary power supply, backup power supply, etc. is also being studied, and it is resource-rich and inexpensive with long-term safety and reliability. Is also considered important.

リチウムイオン電池の正電極は、正電極活物質と称されるリチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有するリチウム含有金属酸化物、導電助剤及びバインダーを含む電極材料により構成されており、この電極材料を集電体と称される金属箔の表面に塗布することにより正電極とされている。
このリチウムイオン電池の正電極活物質としては、通常、コバルト酸リチウム(LiCoO)が用いられているが、その他、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)等のリチウム(Li)化合物が用いられている。
これらのリチウム化合物のうち、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムは、人体や環境に対する毒性、資源量、充電状態の不安定性等の種々の問題点を有している。また、マンガン酸リチウムは、高温下で電解液中へ溶解するという問題点が指摘されている。
そこで、近年では、長期の安全性、信頼性に優れた、リン酸鉄リチウムに代表されるオリビン構造を有するリン酸塩系電極活物質が注目を集めている。
The positive electrode of the lithium ion battery is composed of an electrode material including a lithium-containing metal oxide having a property capable of reversibly removing and inserting lithium ions called a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder. A positive electrode is formed by applying this electrode material to the surface of a metal foil called a current collector.
As the positive electrode active material of this lithium ion battery, lithium cobaltate (LiCoO 2 ) is usually used, but in addition, lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), phosphoric acid Lithium (Li) compounds such as iron lithium (LiFePO 4 ) are used.
Among these lithium compounds, lithium cobaltate and lithium nickelate have various problems such as toxicity to the human body and the environment, the amount of resources, and instability of the charged state. Further, it has been pointed out that lithium manganate is dissolved in an electrolytic solution at a high temperature.
Therefore, in recent years, a phosphate-based electrode active material having an olivine structure typified by lithium iron phosphate, which has excellent long-term safety and reliability, has attracted attention.

このリン酸塩系電極活物質は電子伝導性が十分ではないために、大電流の充放電を行うためには、粒子の微細化、導電性物質との複合化等さまざまな工夫が必要であり、多くの努力がなされている。
しかしながら、粒子の微細化や導電性物質を多量に用いた複合化を行った場合、電極密度の低下を招き、引いては電池の密度低下、即ち単位容積当たりの容量低下を引き起こしてしまうという問題点がある。そこで、この問題点を解決する方法として、電子導電性物質である炭素前駆体として有機物溶液を用い、この有機物溶液と電極活物質粒子とを混合した後、乾燥し、得られた乾燥物を非酸化性雰囲気下にて熱処理し、有機物を炭化させることにより、電極活物質粒子の表面を炭素で被覆する炭素被覆法が見出された。
Since this phosphate-based electrode active material does not have sufficient electron conductivity, various measures such as finer particles and compounding with conductive materials are required to charge and discharge a large current. Many efforts have been made.
However, there is a problem in that when particles are refined or complexed using a large amount of a conductive substance, the electrode density is lowered, which in turn causes a decrease in battery density, that is, a decrease in capacity per unit volume. There is a point. Therefore, as a method for solving this problem, an organic solution is used as a carbon precursor, which is an electronically conductive material, the organic solution and electrode active material particles are mixed, dried, and the resulting dried product is non-coated. A carbon coating method has been found in which the surface of the electrode active material particles is coated with carbon by heat treatment in an oxidizing atmosphere to carbonize the organic matter.

この炭素被覆法は、電極活物質粒子の表面に、必要最少限の量の炭素を極めて効率良く被覆させることが可能で、電極密度を大きく低下させること無く、導電性の向上を図ることができるという優れた特徴を有することから、様々な提案がなされている。
一方、オリビン構造を有するリン酸マンガンリチウム(LiMnPO)やリン酸コバルトリチウム(LiCoPO)等のリン酸塩系電極活物質では、これらの元素(Mn、Co)が有機物の炭化に対して負触媒作用を有するために、良好な導電性膜を被覆させることは容易ではなかった。
そこで、このような問題点を解決するための手段の一つとして、負触媒性活物質であるリン酸マンガンリチウム(LiMnPO)の表面を炭化触媒活性の高い活物質であるリン酸鉄リチウム(LiFePO)で被覆する方法が提案されている (特許文献1)。この方法は、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)やリン酸コバルトリチウム(LiCoPO)等の炭化負触媒作用を有する電極活物質の表面に導電性被覆を形成するための有効な手段である。
In this carbon coating method, the surface of the electrode active material particles can be coated with the minimum amount of carbon extremely efficiently, and the conductivity can be improved without greatly reducing the electrode density. Therefore, various proposals have been made.
On the other hand, in phosphate electrode active materials such as lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) and lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ) having an olivine structure, these elements (Mn, Co) are negative with respect to carbonization of organic matter. Due to the catalytic action, it has not been easy to coat a good conductive film.
Therefore, as one of means for solving such problems, the surface of lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), which is a negative catalytic active material, is coated with lithium iron phosphate, which is an active material having a high carbonization catalytic activity ( A method of coating with LiFePO 4 ) has been proposed (Patent Document 1). This method is an effective means for forming a conductive coating on the surface of an electrode active material having a carbonization negative catalytic action such as lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) and cobalt lithium phosphate (LiCoPO 4 ).

一方、本願の発明者等も同様の手段を独自に見出しており、同時に、より効果的な手段として、炭化触媒活性を有する元素を有機物と混合した上で負触媒性活物質を被覆し、加熱炭化する方法を提案している(特許文献2)。
この方法によれば、炭化触媒活性元素は有機物を介して負触媒性活物質と複合化しているので、有機物の加熱炭化過程においても、元素同士の拡散を防止することができ、より少ない触媒量でも十分な炭化活性を有するものとなる。よって、より高電位で反応するリン酸マンガンリチウム(LiMnPO)やリン酸コバルトリチウム(LiCoPO)等の分率の低下を最小限に抑えることが可能である。
On the other hand, the inventors of the present application have also found the same means uniquely, and at the same time, as a more effective means, an element having carbonization catalytic activity is mixed with an organic substance, and then a negative catalytic active material is coated and heated. A carbonization method has been proposed (Patent Document 2).
According to this method, since the carbonization catalyst active element is complexed with the negative catalytic active material via the organic substance, the diffusion of the elements can be prevented even during the heating carbonization process of the organic substance, and a smaller catalyst amount However, it has sufficient carbonization activity. Therefore, it is possible to minimize a decrease in the fraction of lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), cobalt lithium phosphate (LiCoPO 4 ), and the like that react at a higher potential.

国際公開第2011/032264号International Publication No. 2011/032264 特開2011−181375号公報JP 2011-181375 A

ところで、従来のリン酸マンガンリチウム(LiMnPO)の表面をリン酸鉄リチウム(LiFePO)で被覆する方法では、粒子の表面で負触媒性の元素からなる活物質と炭化触媒性の元素とからなる活物質が直接接しているので、有機物を分解・炭化させる加熱条件下にて、これらの元素が容易に拡散してしまい、その結果、活物質の表面における炭化活性元素濃度が低下してしまうこととなり、必ずしも十分ではない。そこで、この炭化活性元素濃度の低下を防止するには、炭化活性活物質の層厚をある程度厚くする必要があり、結果として、より高電位で反応するリン酸マンガンリチウム(LiMnPO)やリン酸コバルトリチウム(LiCoPO)等の分率が低下してしまい、十分な容量を発揮することができないという問題点がある。 By the way, in the conventional method of coating the surface of lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) with lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), an active material composed of a negative catalytic element and a carbonization catalytic element on the surface of the particle. Since the active material is in direct contact, these elements can easily diffuse under heating conditions that decompose and carbonize organic matter, resulting in a decrease in the concentration of the carbonized active element on the surface of the active material. That's not necessarily enough. Therefore, in order to prevent this decrease in the concentration of the carbonized active element, it is necessary to increase the thickness of the carbonized active material to some extent. As a result, lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) or phosphoric acid that reacts at a higher potential. There is a problem that the fraction of cobalt lithium (LiCoPO 4 ) or the like is lowered and a sufficient capacity cannot be exhibited.

また、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)やリン酸コバルトリチウム(LiCoPO)に代表されるオリビン構造の高電位の正電極材料は、高いエネルギー密度が期待できる一方で、その充放電反応が酸化相と還元相の二相反応で進行することが知られており、反応電位は放電の終端部までほぼ平坦である。このことは、高いエネルギーを取り出すためには有利であるが、一方、放電終了の直前まで電圧があまり低下しないので、実際に電池としてデバイスの電源に利用した場合、放電末期にて急速に電圧が低下し、デバイスの作動不良を引き起こす危険性がある。 In addition, high potential positive electrode materials having an olivine structure typified by lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) and lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ) can be expected to have high energy density. It is known that the reaction proceeds in a two-phase reaction of the reduction phase and the reaction potential is almost flat up to the end of discharge. This is advantageous for extracting high energy, but on the other hand, the voltage does not drop so much until just before the end of the discharge. Therefore, when the battery is actually used as a power source for the device, the voltage is rapidly increased at the end of the discharge. There is a risk of lowering and causing device malfunction.

一方、リン酸塩系電極活物質の中でも、高い安全性及び安定性を有するリン酸マンガンリチウム(LiMnPO)やリン酸コバルトリチウム(LiCoPO)の利点を損なうことなく、容量検出に利用できる活物質としては、リン酸鉄リチウム(LiFePO)が最も優れている。しかしながら、このリン酸鉄リチウム(LiFePO)は、容量検出に用いる場合には少量でもよいが、少量の添加では、上述した理由により導電性を付与するための炭素質導電性被覆を得るのは困難である。そこで、大量に添加すると、炭素質導電性被覆を得ることはできるが、高電圧を有する活物質の分率が低下し、放電容量が低下してしまうという問題点がある。 On the other hand, among phosphate-based electrode active materials, actives that can be used for capacity detection without impairing the advantages of lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) and lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ), which have high safety and stability. As the substance, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) is most excellent. However, this lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) may be used in a small amount when used for capacity detection. However, when added in a small amount, it is possible to obtain a carbonaceous conductive coating for imparting conductivity for the reasons described above. Have difficulty. Thus, if added in a large amount, a carbonaceous conductive coating can be obtained, but there is a problem that the fraction of the active material having a high voltage is lowered and the discharge capacity is lowered.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高負荷特性、高サイクル特性及び高エネルギー密度を実現し、かつ高い安全性、安定性を有すると共に、放電末期の状態を容易に検出することが可能な電極活物質及びリチウムイオン電池並びに電極活物質の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and realizes high load characteristics, high cycle characteristics, and high energy density, and has high safety and stability, and the state at the end of discharge. An object of the present invention is to provide an electrode active material, a lithium ion battery, and a method for producing the electrode active material that can be easily detected.

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、LiDO(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子の表面を、LiGO(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかからなり、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)と炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層により被覆してなる電極活物質の放電曲線の放電電位が略一定の第1の領域の後の放電電位が低下する第2の領域中に、この第2の領域の放電電位の平均変化率より放電電位の変化率が小さい第3の領域が存在し、この第3の領域を検出することにより、放電末期の状態を容易に検出することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have determined that Li w A x DO 4 (where A is one or two selected from the group of Mn and Co, D is P, Li y E z GO 4 (provided that E represents Fe) is the surface of the particle composed of one or more selected from the group of Si and S, 0 <w ≦ 4, 0 <x ≦ 1.5. , Fe and Ni, and G is one or more selected from the group of P, Si and S, 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 1.5) and carbonaceous electrons In the second region where the discharge potential after the first region where the discharge potential of the discharge curve of the electrode active material coated with the coating layer composed of the composite with the conductive material is substantially constant decreases, There is a third region in which the change rate of the discharge potential is smaller than the average change rate of the discharge potential in the region 2, and this third region is detected. Ri, the state of the discharge end found that it is possible to easily detect, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の電極活物質は、LiDO(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子の表面を、LiGO(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかからなり、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)と炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層により被覆してなる電極活物質であって、放電曲線の放電電位が略一定の第1の領域の後の放電電位が低下する第2の領域中に、この第2の領域の放電電位の平均変化率より放電電位の変化率が小さい第3の領域が存在することを特徴とする。 That is, the electrode active material of the present invention is Li w A x DO 4 (where A is one or two selected from the group of Mn and Co, and D is selected from the group of P, Si, and S 1 The surface of the particle consisting of seeds or two or more, 0 <w ≦ 4, 0 <x ≦ 1.5) is Li y E z GO 4 (where E is one of Fe, Fe and Ni) , G is one or more selected from the group consisting of P, Si, and S, 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 1.5) and a composite of a carbonaceous electron conductive material An electrode active material coated with a layer, wherein the discharge potential of the second region is reduced in a second region where the discharge potential after the first region where the discharge potential of the discharge curve is substantially constant decreases. There is a third region where the change rate of the discharge potential is smaller than the average change rate.

前記第3の領域の60℃における容量は、放電容量の最大値の1/20以上かつ1/3以下であることが好ましい。
この場合、前記第3の領域の60℃における反応電位は、3.0V以上かつ3.8V以下であることが好ましい。
The capacity of the third region at 60 ° C. is preferably 1/20 or more and 1/3 or less of the maximum value of the discharge capacity.
In this case, the reaction potential at 60 ° C. in the third region is preferably 3.0 V or more and 3.8 V or less.

本発明のリチウムイオン電池は、本発明の電極活物質を正電極に含有してなることを特徴とする。   The lithium ion battery of the present invention is characterized by containing the electrode active material of the present invention in a positive electrode.

本発明の電極活物質の製造方法は、LiDO(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子と、Li源と、E源(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかである)と、G源(但し、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上)と、有機化合物とを混合して混合物とし、次いで、この混合物を乾燥して乾燥物とし、次いで、この乾燥物を非酸化性雰囲気にて熱処理することにより前記有機化合物を炭化させて炭素質の電子伝導性物質を生成させ、前記LiDOからなる粒子の表面に、LiGO(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかからなり、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)と前記炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層を生成させることを特徴とする。 The production method of the electrode active material of the present invention is Li w A x DO 4 (where A is one or two selected from the group of Mn and Co, and D is selected from the group of P, Si and S) Particles composed of one or more, 0 <w ≦ 4, 0 <x ≦ 1.5), a Li source, and an E source (where E is any of Fe, Fe, and Ni) And G source (where G is one or more selected from the group of P, Si and S) and an organic compound are mixed to obtain a mixture, and then the mixture is dried to obtain a dry product. Then, the organic compound is carbonized by heat-treating the dried product in a non-oxidizing atmosphere to generate a carbonaceous electron conductive material, and on the surface of the particles composed of Li w A x DO 4 , Li y E z GO 4 (where, E is made Fe, Fe and Ni, from either, G is P, 1 or 2 or more selected from the group of i and S, 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 1.5) and a composite of the carbonaceous electron conductive material is formed. It is characterized by that.

前記Li源と、前記E源と、前記G源と、前記有機化合物とを、均一な液相となるように混合することが好ましい。   It is preferable to mix the Li source, the E source, the G source, and the organic compound so as to form a uniform liquid phase.

本発明の電極活物質によれば、LiDO(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子の表面を、LiGO(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかからなり、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)と炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層により被覆した電極活物質における放電曲線の放電電位が略一定の第1の領域の後の放電電位が低下する第2の領域中に、この第2の領域の放電電位の平均変化率より放電電位の変化率が小さい第3の領域が存在するので、この第3の領域が上記のLiDOからなる活物質の反応電位よりも低い電位で反応するショルダー状もしくはステップ状の反応曲線を示すこととなり、したがって、この第3の領域を検出することで、放電末期の状態を容易に検出することができ、その結果、この電極活物質の放電容量の終点を容易に推定することができる。 According to the electrode active material of the present invention, Li w A x DO 4 (where A is one or two selected from the group of Mn and Co, and D is one selected from the group of P, Si, and S) The surface of the particle consisting of seeds or two or more, 0 <w ≦ 4, 0 <x ≦ 1.5) is Li y E z GO 4 (where E is one of Fe, Fe and Ni) , G is one or more selected from the group consisting of P, Si, and S, 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 1.5) and a composite of a carbonaceous electron conductive material In the second region where the discharge potential after the first region where the discharge potential of the discharge curve in the electrode active material covered with the layer is substantially constant decreases, the discharge rate is determined from the average rate of change of the discharge potential in the second region. since the third area change rate is small potential exists, active product the third region is composed of the above-described Li w a x DO 4 It shows a shoulder-like or step-like reaction curve that reacts at a potential lower than the reaction potential of the above. Therefore, by detecting this third region, the state at the end of discharge can be easily detected. As a result, the end point of the discharge capacity of this electrode active material can be easily estimated.

本発明のリチウムイオン電池によれば、本発明の電極活物質を正電極に含有したので、放電末期の状態を容易に検出することができ、放電容量の終点を容易に推定することができる。したがって、このリチウムイオン電池をデバイスの電源に適用した場合に、放電末期にて急速に電圧が低下し、デバイスの作動不良を引き起こすのを防止することができる。
以上により、高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性を有するとともに、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたリチウムイオン電池を提供することができる。
According to the lithium ion battery of the present invention, since the electrode active material of the present invention is contained in the positive electrode, the state at the end of discharge can be easily detected, and the end point of the discharge capacity can be easily estimated. Therefore, when this lithium ion battery is applied to the power source of the device, it is possible to prevent the voltage from rapidly decreasing at the end of discharge and causing malfunction of the device.
As described above, it is possible to provide a lithium ion battery having high voltage, high energy density, and high load characteristics, and excellent in long-term cycle stability and safety.

本発明の電極活物質の製造方法によれば、LiDO(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子と、Li源と、E源(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかである)と、G源(但し、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上)と、有機化合物とを混合して混合物とし、次いで、この混合物を乾燥して乾燥物とし、次いで、この乾燥物を非酸化性雰囲気にて熱処理することにより前記有機化合物を炭化させて炭素質の電子伝導性物質を生成させ、前記LiDOからなる粒子の表面に、LiGO(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかからなり、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)と前記炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層を生成させるので、放電末期の状態を容易に検出することができ、放電容量の終点を容易に推定することができる電極活物質を容易に作製することができる。 According to the method for producing an electrode active material of the present invention, Li w A x DO 4 (where A is one or two selected from the group of Mn and Co, and D is selected from the group of P, Si, and S) 1 type or 2 types or more, 0 <w ≦ 4, 0 <x ≦ 1.5), a Li source, and an E source (where E is one of Fe, Fe and Ni) ), A G source (where G is one or more selected from the group of P, Si, S) and an organic compound to form a mixture, and then the mixture is dried to dry Next, the organic compound is carbonized by heat-treating the dried product in a non-oxidizing atmosphere to generate a carbonaceous electron conductive material, and the surface of the particles composed of Li w A x DO 4 is formed on the surface of the particles. , Li y E z GO 4 (where, E is made Fe, Fe and Ni, from either, G A coating layer comprising a composite of one or more selected from the group of P, Si, and S, 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 1.5) and the carbonaceous electron conductive material. Since it is generated, it is possible to easily detect the end stage state of the discharge and to easily produce an electrode active material that can easily estimate the end point of the discharge capacity.

本発明の一実施形態の電極活物質を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electrode active material of one Embodiment of this invention. 本発明の実施例4の電極活物質を示す走査型電子顕微鏡(SEM)像である。It is a scanning electron microscope (SEM) image which shows the electrode active material of Example 4 of this invention. 本発明の実施例1のリチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of the lithium ion battery of Example 1 of this invention. 本発明の実施例3のリチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of the lithium ion battery of Example 3 of this invention. 本発明の実施例5のリチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of the lithium ion battery of Example 5 of this invention. 比較例のリチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of the lithium ion battery of a comparative example. 本発明の実施例3のリチウムイオン電池の放電微分曲線を示す図である。It is a figure which shows the discharge differential curve of the lithium ion battery of Example 3 of this invention.

本発明の電極活物質及びリチウムイオン電池並びに電極活物質の製造方法を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The form for implementing the manufacturing method of the electrode active material of this invention, a lithium ion battery, and an electrode active material is demonstrated.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

[電極活物質]
図1は、本発明の一実施形態の電極活物質を示す断面図であり、この電極活物質1は、LiDO(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子(以下、LiDO粒子と略称する)2の表面が、LiGO(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかからなり、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)と炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層3により被覆されている。
[Electrode active material]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electrode active material according to an embodiment of the present invention. The electrode active material 1 is Li w A x DO 4 (where A is one selected from the group consisting of Mn and Co). Or 2 types, D is 1 type or 2 types or more selected from the group of P, Si, and S, 0 <w ≦ 4, 0 <x ≦ 1.5) (hereinafter, Li w A x DO 4) The surface of 2 is abbreviated as Li y E z GO 4 (where E is one of Fe, Fe and Ni, and G is one selected from the group of P, Si and S) The coating layer 3 is made of a composite of two or more, 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 1.5) and a carbonaceous electron conductive material.

このLiDO粒子2の平均粒子径は5nm以上かつ500nm以下が好ましく、より好ましくは20nm以上かつ200nm以下である。
その理由は、平均粒子径が5nmより小さいと、充放電による体積変化により結晶構造が破壊される虞があるからであり、また、平均粒子径が500nmより大きいと、粒子内部への電子の供給量が不足し、利用効率が低下するからである。
The average particle diameter of the Li w A x DO 4 particles 2 is preferably 5 nm or more and 500 nm or less, more preferably 20 nm or more and 200 nm or less.
The reason is that if the average particle size is smaller than 5 nm, the crystal structure may be destroyed due to the volume change due to charge / discharge, and if the average particle size is larger than 500 nm, electrons are supplied into the particles. This is because the amount is insufficient and the utilization efficiency is lowered.

被覆層3は、LiDO粒子2と、Li源と、E源(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかである)と、G源(但し、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上)と、有機化合物とを混合し、その後、非酸化性雰囲気にて熱処理することにより生成したLiGOと炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる導電層である。 The coating layer 3 includes Li w A x DO 4 particles 2, a Li source, an E source (where E is one of Fe, Fe and Ni), a G source (where G is P, Li y E z GO 4 and carbonaceous electrons generated by mixing an organic compound with one or more selected from the group of Si and S, and then heat-treating in a non-oxidizing atmosphere It is a conductive layer made of a composite with a conductive substance.

この被覆層3は、炭素質の電子導電性物質を炭素に換算した場合、炭素換算値で30質量%以上かつ99質量%以下含有することが好ましく、より好ましくは50質量%以上かつ95質量%以下である。
この炭素質の電子導電性物質は、炭素質を炭素換算値で30質量%以上かつ99質量%以下含有することで、電極活物質1に所望の電子伝導性を付与することができる。
また、LiDO粒子2、Li源、E源及びG源の組成比及び各々の含有量を適宜変更することで、所望の残容量検出機能を容易に付与することができる。
The coating layer 3 preferably contains 30% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 50% by mass or more and 95% by mass, in terms of carbon, when the carbonaceous electronic conductive material is converted to carbon. It is as follows.
The carbonaceous electronic conductive material can impart desired electronic conductivity to the electrode active material 1 by containing the carbonaceous material in a carbon conversion value of 30 mass% or more and 99 mass% or less.
Also, Li w A x DO 4 particles 2, Li source, by appropriately changing the content of the composition ratio and each of the E sources and G source, it is possible to easily impart the desired remaining capacity detection.

この被覆層3の厚みは、0.1nm以上かつ25nm以下が好ましく、より好ましくは2nm以上かつ10nm以下である。
その理由は、厚みが0.1nmより薄いと、被覆層3自体の電子導電性が不十分となり、その結果、電極活物質1としての電子導電性が大きく低下するからであり、また、厚みが25nmより厚いと、電極活物質1中の高電圧活物質の割合が減少し、活物質が有効に利用され難くなるからである。
The thickness of the coating layer 3 is preferably 0.1 nm or more and 25 nm or less, more preferably 2 nm or more and 10 nm or less.
The reason is that if the thickness is less than 0.1 nm, the electronic conductivity of the coating layer 3 itself is insufficient, and as a result, the electronic conductivity as the electrode active material 1 is greatly reduced. This is because if the thickness is greater than 25 nm, the ratio of the high-voltage active material in the electrode active material 1 is reduced, and the active material is hardly used effectively.

このように、LiDO粒子2の平均粒子径及び被覆層3の厚みを勘案すると、この電極活物質1の平均粒子径は5nm以上かつ550nm以下、好ましくは20nm以上かつ300nm以下となる。
この電極活物質1は、平均粒子径の範囲がシャープで単分散性に優れているので、この電極活物質1をリチウムイオン電池の正電極に用いた場合、この正電極の電気的特性が極めて均一なものとなり、特性のバラツキも極めて小さなものとなる。したがって、得られたリチウムイオン電池は、高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性を有するとともに、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたものとなる。
Thus, taking into consideration the average particle diameter of Li w A x DO 4 particles 2 and the thickness of the coating layer 3, the average particle diameter of the electrode active material 1 is 5 nm to 550 nm, preferably 20 nm to 300 nm. Become.
Since this electrode active material 1 has a sharp average particle diameter range and excellent monodispersibility, when this electrode active material 1 is used as a positive electrode of a lithium ion battery, the electrical characteristics of this positive electrode are extremely high. It becomes uniform and the variation in characteristics becomes extremely small. Therefore, the obtained lithium ion battery has high voltage, high energy density, high load characteristics, and excellent long-term cycle stability and safety.

[電極活物質の製造方法]
本実施形態の電極活物質の製造方法は、LiDO粒子と、Li源と、E源と、G源と、有機化合物とを混合して混合物とし、次いで、この混合物を乾燥して乾燥物とし、次いで、この乾燥物を非酸化性雰囲気にて熱処理することにより前記有機化合物を炭化させて炭素質の電子伝導性物質を生成させ、LiDO粒子の表面に、LiGOと炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層を生成させる方法である。
[Method for producing electrode active material]
In the method for producing an electrode active material of the present embodiment, Li w A x DO 4 particles, a Li source, an E source, a G source, and an organic compound are mixed to form a mixture, and then the mixture is dried. The dried product is then heat-treated in a non-oxidizing atmosphere to carbonize the organic compound to produce a carbonaceous electron conductive material. On the surface of the Li w A x DO 4 particles, In this method, a coating layer made of a composite of Li y E z GO 4 and a carbonaceous electron conductive material is generated.

なお、LiDO粒子は、Li源、A源及びD源を、これらのモル比(Li源:A源:D源)がw:x:1となるように水を主成分とする溶媒に投入し、撹拌してLiDOの前駆体溶液とし、この前駆体溶液を耐圧容器に入れ、高温、高圧下、例えば、120℃以上かつ250℃以下、0.2MPa以上にて、1時間以上かつ24時間以下、水熱処理を行うことにより得ることができる。 Incidentally, Li w A x DO 4 particles, Li source, the A source and D sources, these molar ratio (Li source: A source: D source) w: x: 1 and the main component of water so The precursor solution of Li w A x DO 4 is stirred to give a precursor solution of Li w A x DO 4 , and this precursor solution is put in a pressure resistant container, and at a high temperature and high pressure, for example, 120 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, 0.2 MPa or higher Can be obtained by hydrothermal treatment for 1 hour or more and 24 hours or less.

この電極活物質の製造方法に用いられるLi源としては、例えば、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(LiCO)、塩化リチウム(LiCl)、リン酸リチウム(LiPO)等のリチウム無機酸塩、酢酸リチウム(LiCHCOO)、蓚酸リチウム((COOLi))等のリチウム有機酸塩、及びこれらの水和物の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。特に、塩化リチウム、酢酸リチウム等のようなE源、G源及び有機化合物と均一な溶液相を形成する原料が好ましい。 Examples of the Li source used in the method for producing the electrode active material include lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium chloride (LiCl), and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ). One or more selected from the group consisting of lithium inorganic acid salts, lithium organic acid salts such as lithium acetate (LiCH 3 COO) and lithium oxalate ((COOLi) 2 ), and hydrates thereof are preferably used. It is done. In particular, a raw material that forms a uniform solution phase with an E source, a G source, and an organic compound, such as lithium chloride and lithium acetate, is preferable.

E源としては、Fe、Fe及びNi、のいずれかを含む化合物、例えば、塩化鉄(II)(FeCl)、硫酸鉄(II)(FeSO)、酢酸鉄(II)(Fe(CHCOO))等の鉄化合物またはその水和物、あるいは、これらの鉄化合物またはその水和物と、塩化ニッケル(II)(NiCl)、硫酸ニッケル(II)(NiSO)、酢酸ニッケル(II)(Ni(CHCOO))等のニッケル化合物またはその水和物との混合物、が好適に用いられる。 As the E source, a compound containing any of Fe, Fe and Ni, for example, iron chloride (II) (FeCl 2 ), iron sulfate (II) (FeSO 4 ), iron acetate (II) (Fe (CH 3 COO) 2 ) and the like, or hydrates thereof, or these iron compounds or hydrates thereof, nickel chloride (II) (NiCl 2 ), nickel sulfate (II) (NiSO 4 ), nickel acetate ( II) Nickel compounds such as (Ni (CH 3 COO) 2 ) or mixtures thereof with hydrates are preferably used.

また、有機化合物による還元効果が期待できることから、鉄化合物としては、硝酸鉄(III)(Fe(NO)、塩化鉄(III)(FeCl)、クエン酸鉄(III)(FeC)等の3価の鉄化合物も好適に用いられる。
特に、塩化鉄(II)(FeCl)、酢酸鉄(II)(Fe(CHCOO))、硫酸鉄(II)(FeSO)、硝酸鉄(III)(Fe(NO)、クエン酸鉄(III)(FeC)等は、Li源、G源及び有機化合物と均一な溶液相を形成するので好ましい。
Moreover, since the reduction effect by an organic compound can be expected, the iron compounds include iron nitrate (III) (Fe (NO 3 ) 3 ), iron chloride (III) (FeCl 3 ), iron citrate (III) (FeC 6 Trivalent iron compounds such as H 5 O 7 ) are also preferably used.
In particular, iron (II) chloride (FeCl 2 ), iron (II) acetate (Fe (CH 3 COO) 2 ), iron (II) sulfate (FeSO 4 ), iron nitrate (III) (Fe (NO 3 ) 3 ) , Iron (III) citrate (FeC 6 H 5 O 7 ) and the like are preferable because they form a uniform solution phase with the Li source, the G source and the organic compound.

G源としては、オルトリン酸(HPO)、メタリン酸(HPO)等のリン酸、リン酸二水素アンモニウム(NHPO)、リン酸水素二アンモニウム((NHHPO)、リン酸アンモニウム((NHPO)、及びこれらの水和物等のリン酸源、酸化ケイ素(SiO)、シリコンテトラメトキシド(Si(OCH)等のシリコンアルコキシド等のSi源、硫酸二アンモニウム((NHSO)、硫酸(HSO)等のS源の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
特に、オルトリン酸、硫酸等は、Li源、E源及び有機化合物と均一な溶液相を形成するので好ましい。
Examples of the G source include phosphoric acid such as orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) and metaphosphoric acid (HPO 3 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), and diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2. HPO 4 ), ammonium phosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 ), and phosphate sources such as hydrates thereof, silicon oxide (SiO 2 ), silicon tetramethoxide (Si (OCH 3 ) 4 ), etc. One or more selected from the group of Si sources such as silicon alkoxide, S sources such as diammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) are preferably used.
In particular, orthophosphoric acid, sulfuric acid and the like are preferable because they form a uniform solution phase with the Li source, the E source and the organic compound.

有機化合物としては、非酸化性雰囲気下にて熱処理することにより炭素を生成する有機化合物であればよく、特に制限はされないが、例えば、ヘキサノール、オクタノール等の高級一価アルコール、アリルアルコール、プロピノール(プロパルギルアルコール)、テルピネオール等の不飽和一価アルコール、ブドウ糖、ショ糖、乳糖等の糖類、ポリビニルアルコール(PVA)等が挙げられる。特に、ブドウ糖、ショ糖、ポリビニルアルコール(PVA)等は、Li源、E源、G源及び有機化合物と均一な溶液相を形成するので好ましい。   The organic compound is not particularly limited as long as it is an organic compound that generates carbon by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere. For example, higher monohydric alcohols such as hexanol and octanol, allyl alcohol, propinol ( (Propargyl alcohol), unsaturated monohydric alcohols such as terpineol, sugars such as glucose, sucrose, and lactose, polyvinyl alcohol (PVA), and the like. In particular, glucose, sucrose, polyvinyl alcohol (PVA) and the like are preferable because they form a uniform solution phase with a Li source, an E source, a G source and an organic compound.

これらLi源、E源、G源及び有機化合物は、均一な溶液相を形成する組み合わせで用いればよく、個々の材料に特に制限はない。
また、均一な溶液相を形成するために、酸やアルカリ等のpH調整剤を添加してもよい。
このようなpH調整剤としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸、ギ酸、酢酸、クエン酸、乳酸、アスコルビン酸等の有機酸、の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。特に、有機酸は、加熱分解後に炭素以外の残留物が生じないので好ましい。
These Li source, E source, G source and organic compound may be used in combination to form a uniform solution phase, and there are no particular limitations on individual materials.
Moreover, in order to form a uniform solution phase, you may add pH adjusters, such as an acid and an alkali.
As such a pH adjuster, one or more selected from the group of inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid, citric acid, lactic acid and ascorbic acid are preferably used. Used. In particular, an organic acid is preferable because no residue other than carbon is produced after thermal decomposition.

これらLi源、E源、G源及び有機化合物を混合してなる混合物(スラリー)中の有機化合物の濃度は、特に限定されるものではないが、LiDO粒子の表面に、LiGOと炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層を均一に形成するためには、1質量%以上かつ25質量%以下が好ましい。 These Li source, E source, the concentration of the organic compounds in the mixture obtained by mixing G source and an organic compound (slurry) is not particularly limited, the surface of the Li w A x DO 4 particles, Li In order to uniformly form a coating layer composed of a composite of y E z GO 4 and a carbonaceous electron conductive material, the content is preferably 1% by mass or more and 25% by mass or less.

この有機化合物を溶解させる溶媒としては、この有機化合物が溶解するものであればよく、特に制限されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングルコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングルコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類が挙げられる。   The solvent for dissolving the organic compound is not particularly limited as long as it dissolves the organic compound. For example, water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol: IPA), butanol , Alcohols such as pentanol, hexanol, octanol, diacetone alcohol, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, esters such as γ-butyrolactone, diethyl ether, ethylene Glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), die Glycol monomethyl ether, ethers such as diethylene glycol monoethyl ether.

また、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等も挙げることができる。これらは、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよいが、安全性や価格、Li源、E源及びG源及び有機化合物を溶解させる際の溶解の容易さから水が好ましい。   Also, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), ketones such as acetylacetone, cyclohexanone, amides such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetoacetamide, N-methylpyrrolidone, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene Examples thereof include glycols such as glycol. These may be used alone or in admixture of two or more. However, safety and price, dissolution of Li source, E source and G source and organic compounds are dissolved. Water is preferred because of its ease.

この製造方法では、LiDO粒子、Li源、E源、G源、有機化合物、必要に応じて溶媒を混合して得られた混合物を、乾燥機中、50℃〜200℃にて1時間〜48時間乾燥させて乾燥物とし、次いで、この乾燥物を非酸化性雰囲気、例えば窒素(N)ガス等の不活性雰囲気、あるいは水素(H)ガスを2〜5体積%含む窒素(N)ガス等の還元性雰囲気にて熱処理することにより有機化合物を炭化させて炭素質の電子伝導性物質を生成させ、LiDO粒子の表面に、LiGOと炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層を生成させる。
また、LiDO粒子、Li源、E源、G源、有機化合物、必要に応じて溶媒を混合して得られた混合物の乾燥にスプレイドライヤーを用いることも可能である。スプレイドライヤーを用いて乾燥した場合には、球形の電極活物質が得られることによる正電極の充填性の向上と、生産性の向上が期待できる。
In this production method, a mixture obtained by mixing Li w A x DO 4 particles, a Li source, an E source, a G source, an organic compound, and, if necessary, a solvent is heated to 50 ° C. to 200 ° C. in a dryer. The dried product is dried for 1 to 48 hours, and then the dried product is treated with a non-oxidizing atmosphere, for example, an inert atmosphere such as nitrogen (N 2 ) gas or hydrogen (H 2 ) gas in an amount of 2 to 5% by volume. An organic compound is carbonized by heat-treating in a reducing atmosphere such as nitrogen (N 2 ) gas containing carbon to generate a carbonaceous electron conductive material, and Li y E z is formed on the surface of Li w A x DO 4 particles. A coating layer made of a composite of GO 4 and a carbonaceous electron conductive material is generated.
Also, Li w A x DO 4 particles, Li source, E source, G source, an organic compound, it is also possible to use a spray drier for drying the mixture obtained by mixing a solvent, if necessary. When dried using a spray dryer, it can be expected that the positive electrode fillability and productivity can be improved by obtaining a spherical electrode active material.

この熱処理条件としては、有機化合物を炭化させて炭素質の電子伝導性物質を生成させることにより、LiDO粒子の表面に、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)やリン酸コバルトリチウム(LiCoPO)等の中心の活物質より低電位で電気化学反応を示すLiGOと、炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層が生成する温度及び時間の範囲であればよく、例えば、熱処理温度は500℃以上かつ1000℃以下が好ましく、熱処理時間は、熱処理時の温度にもよるが1時間以上かつ24時間以下が好ましい。 As the heat treatment condition, by generating an electronic conductive material of the carbonaceous and organic compound is carbonized, Li w A x DO 4 the surface of the particles, lithium manganese phosphate (LiMnPO 4) or cobalt phosphate lithium ( LiCoPO 4) and Li y E z GO 4 at a low potential than the active material of the center shows an electrochemical reaction, such as in the range of temperature and time that the coating layer is produced consisting of a complex with electron-conductive material of the carbonaceous For example, the heat treatment temperature is preferably 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less, and the heat treatment time is preferably 1 hour or more and 24 hours or less depending on the temperature during the heat treatment.

以上により、LiDO粒子2の表面が、LiGOと炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層3により被覆され、平均粒子径が5nm以上かつ550nm以下、好ましくは20nm以上かつ300nm以下の電極活物質1を、容易に作製することができる。 As described above, the surface of the Li w A x DO 4 particles 2 is covered with the coating layer 3 made of the composite of Li y E z GO 4 and the carbonaceous electron conductive material, and the average particle diameter is 5 nm or more and 550 nm. Hereinafter, the electrode active material 1 having a thickness of preferably 20 nm or more and 300 nm or less can be easily produced.

[リチウムイオン電池]
本実施形態のリチウムイオン電池は、本実施形態の電極活物質を正電極に含有している。
本実施形態の正電極を作製するには、上記の電極活物質と、バインダー樹脂からなる結着剤と、溶媒とを混合して、電極形成用塗料または電極形成用ペーストを調整する。この際、必要に応じてカーボンブラック等の導電助剤を添加してもよい。
[Lithium ion battery]
The lithium ion battery of this embodiment contains the electrode active material of this embodiment in the positive electrode.
In order to produce the positive electrode of this embodiment, the electrode active material, a binder composed of a binder resin, and a solvent are mixed to prepare an electrode forming paint or an electrode forming paste. At this time, a conductive aid such as carbon black may be added as necessary.

上記の結着剤、すなわちバインダー樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)樹脂、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
上記の電極活物質とバインダー樹脂との配合比は、特に限定されないが、例えば、電極活物質100質量部に対してバインダー樹脂を1質量部以上かつ30質量部以下、好ましくは3質量部以上かつ20質量部以下とする。
この電極形成用塗料または電極形成用ペーストに用いる溶媒としては、上述した有機化合物を溶解させる溶媒と同様の溶媒が好適であり、ここでは溶媒の説明を省略する。
As the binder, that is, the binder resin, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, polyvinylidene fluoride (PVdF) resin, fluororubber, and the like are preferably used.
The mixing ratio of the electrode active material and the binder resin is not particularly limited. For example, the binder resin is 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, preferably 3 parts by mass or more and 100 parts by mass of the electrode active material. 20 parts by mass or less.
As the solvent used for the electrode forming paint or electrode forming paste, a solvent similar to the solvent for dissolving the organic compound described above is suitable, and description of the solvent is omitted here.

次いで、この電極形成用塗料または電極形成用ペーストを、金属箔の一方の面に塗布し、その後、乾燥し、上記の電極材料とバインダー樹脂との混合物からなる塗膜が一方の面に形成された金属箔を得る。
次いで、この塗膜を加圧圧着し、乾燥して、金属箔の一方の面に正電極層を有する集電体(電極)を作製する。
この集電体(電極)を正電極とすることで、リチウムイオン電池を得ることができる。
Next, this electrode-forming paint or electrode-forming paste is applied to one side of the metal foil, and then dried to form a coating film comprising a mixture of the above electrode material and binder resin on one side. Get a metal foil.
Next, this coating film is pressure-bonded and dried to produce a current collector (electrode) having a positive electrode layer on one surface of the metal foil.
By using the current collector (electrode) as a positive electrode, a lithium ion battery can be obtained.

このリチウムイオン電池では、放電曲線の放電電位が略一定の第1の領域の後の放電電位が低下する第2の領域中に、この第2の領域の放電電位の平均変化率より放電電位の変化率が小さい第3の領域(以下、ショルダー部と称する)が存在する。
ここで、このショルダー部の60℃における容量は、放電容量の最大値の1/20以上かつ1/3以下であることが好ましい。
このショルダー部の60℃における容量を上記の範囲に限定した理由は、この範囲が、上記のLiDOからなる活物質の反応電位よりも低い電位で反応するショルダー状もしくはステップ状の反応曲線を十分に検出することが可能で、かつ、検出後に残存する残存容量を十分に確保することができるからである。これにより、デバイスにおける放電末期の急速な電圧の低下により作動不良を引き起こすという深刻な問題を回避することが可能になる一方、高電位部分の容量を大幅に損なう虞も無くなる。
In this lithium ion battery, during the second region where the discharge potential after the first region in which the discharge potential of the discharge curve is substantially constant decreases, the discharge potential of the second region is determined based on the average change rate of the discharge potential in the second region. There is a third region (hereinafter referred to as a shoulder portion) having a small change rate.
Here, the capacity of the shoulder portion at 60 ° C. is preferably 1/20 or more and 1/3 or less of the maximum value of the discharge capacity.
The reason why the capacity at 60 ° C. of the shoulder portion is limited to the above range is that this range is a shoulder shape or a step shape that reacts at a potential lower than the reaction potential of the active material made of Li w A x DO 4 . This is because the reaction curve can be sufficiently detected and the remaining capacity remaining after the detection can be sufficiently secured. As a result, it is possible to avoid the serious problem of causing a malfunction due to a rapid voltage drop at the end of discharge in the device, while eliminating the possibility of greatly damaging the capacity of the high potential portion.

このリチウムイオン電池では、ショルダー部の60℃における放電電位を検出して、この検出した値が上記の範囲にあることを確認することで、放電末期の状態を容易に検出することができ、その結果、この電極活物質の放電容量の終点を容易に推定することができる。   In this lithium ion battery, by detecting the discharge potential at 60 ° C. of the shoulder portion and confirming that the detected value is in the above range, the state at the end of discharge can be easily detected. As a result, the end point of the discharge capacity of this electrode active material can be easily estimated.

このリチウムイオン電池では、ショルダー部の60℃における反応電位は、3.0V以上かつ3.8V以下であることが好ましい。
このショルダー部の60℃における反応電位を上記の範囲に限定した理由は、この範囲が、高電位部分と明確に異なる電位を有することにより、検出が容易であると共に、残存容量部のエネルギーを十分高く確保することが可能となる範囲だからである。
In this lithium ion battery, the reaction potential at 60 ° C. of the shoulder portion is preferably 3.0 V or more and 3.8 V or less.
The reason why the reaction potential of this shoulder portion at 60 ° C. is limited to the above range is that this range has a distinctly different potential from the high potential portion, so that the detection is easy and the energy of the remaining capacity portion is sufficient. This is because it can be secured at a high level.

以上説明したように、本実施形態の電極活物質1によれば、LiDO粒子2の表面を、LiGOと炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層3により被覆し、この電極活物質1における放電曲線の放電電位が略一定の第1の領域の後の放電電位が低下する第2の領域中に、この第2の領域の放電電位の平均変化率より放電電位の変化率が小さい第3の領域が存在するので、この第3の領域がLiDO粒子2の反応電位よりも低い電位で反応するショルダー状もしくはステップ状の反応曲線を示すこととなり、したがって、このショルダー部を検出することで、放電末期の状態を容易に検出することができ、その結果、この電極活物質1の放電容量の終点を容易に推定することができる。 As described above, according to the electrode active material 1 of the present embodiment, the surface of the Li w A x DO 4 particle 2 is made of a composite of Li y E z GO 4 and a carbonaceous electron conductive material. The discharge potential of the second region is covered by the coating layer 3 and the second region where the discharge potential after the first region where the discharge potential of the discharge curve in the electrode active material 1 is substantially constant decreases. Since there is a third region where the change rate of the discharge potential is smaller than the average change rate, the shoulder region or step shape in which the third region reacts at a potential lower than the reaction potential of the Li w A x DO 4 particles 2. Therefore, by detecting this shoulder portion, it is possible to easily detect the end stage of the discharge, and as a result, to easily estimate the end point of the discharge capacity of the electrode active material 1. Can do.

本実施形態のリチウムイオン電池によれば、本実施形態の電極活物質を正電極に含有したので、放電末期の状態を容易に検出することができ、放電容量の終点を容易に推定することができる。したがって、このリチウムイオン電池をデバイスの電源に適用した場合に、放電末期にて急速に電圧が低下し、デバイスの作動不良を引き起こすのを防止することができる。
以上により、高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性を有するとともに、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたリチウムイオン電池を提供することができる。
According to the lithium ion battery of the present embodiment, since the electrode active material of the present embodiment is contained in the positive electrode, the state at the end of discharge can be easily detected, and the end point of the discharge capacity can be easily estimated. it can. Therefore, when this lithium ion battery is applied to the power source of the device, it is possible to prevent the voltage from rapidly decreasing at the end of discharge and causing malfunction of the device.
As described above, it is possible to provide a lithium ion battery having high voltage, high energy density, and high load characteristics, and excellent in long-term cycle stability and safety.

本実施形態の電極活物質の製造方法によれば、LiDO粒子と、Li源と、E源と、G源と、有機化合物とを混合して混合物とし、次いで、この混合物を乾燥して乾燥物とし、次いで、この乾燥物を非酸化性雰囲気にて熱処理することにより有機化合物を炭化させて炭素質の電子伝導性物質を生成させ、LiDOからなる粒子の表面に、LiGOと炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層を生成させるので、放電末期の状態を容易に検出することができ、放電容量の終点を容易に推定することができる電極活物質を容易に作製することができる。 According to the method for producing an electrode active material of the present embodiment, Li w A x DO 4 particles, a Li source, an E source, a G source, and an organic compound are mixed to form a mixture, and then this mixture is converted into a mixture. The dried product is dried to obtain a carbonaceous electron conductive material by carbonizing the organic compound by heat-treating the dried product in a non-oxidizing atmosphere, and particles of Li w A x DO 4 are produced. Since a coating layer made of a composite of Li y E z GO 4 and a carbonaceous electron conductive material is generated on the surface, the end state of the discharge can be easily detected, and the end point of the discharge capacity can be easily determined An electrode active material that can be estimated can be easily produced.

以下、実施例1〜5及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely by Examples 1-5 and a comparative example, this invention is not limited by these Examples.

(LiMnPO粒子の合成)
実施例1〜4及び比較例共通のLiMnPOを、以下のようにして作製した。
Li源及びP源としてLiPOを、Mn源としてMnSO・5HOを用い、これらをモル比でLi:Mn:P=3:1:1となるように純水に溶解して前駆体溶液200mLを作製した。
(Synthesis of LiMnPO 4 particles)
LiMnPO 4 common to Examples 1 to 4 and Comparative Example was prepared as follows.
Li 3 PO 4 was used as the Li source and P source, MnSO 4 .5H 2 O was used as the Mn source, and these were dissolved in pure water so that the molar ratio was Li: Mn: P = 3: 1: 1. 200 mL of the precursor solution was prepared.

次いで、この前駆体溶液を耐圧容器に入れ、170℃にて24時間、水熱合成を行った。この反応後に室温になるまで冷却し、沈殿しているケーキ状の反応生成物を得た。
次いで、この沈殿物を蒸留水にて5回水洗して不純物を洗い流し、その後、乾燥しないように含水率30%に保持し、ケーキ状のLiMnPOとした。
このケーキ状のLiMnPOから若干量の試料を採取し、70℃にて2時間真空乾燥させて得られた粉体をX線回折法にて同定したところ、単相のLiMnPOが生成していることが確認された。
Subsequently, this precursor solution was put into a pressure vessel and hydrothermal synthesis was performed at 170 ° C. for 24 hours. After this reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature to obtain a precipitated cake-like reaction product.
Next, the precipitate was washed with distilled water 5 times to wash away impurities, and then kept at a water content of 30% so as not to be dried, to obtain cake-like LiMnPO 4 .
A small amount of sample was taken from this cake-like LiMnPO 4 and vacuum-dried at 70 ° C. for 2 hours, and the powder obtained was identified by X-ray diffraction. As a result, single-phase LiMnPO 4 was produced. It was confirmed that

(LiCoPO粒子の合成)
実施例5のLiCoPOを、以下のようにして作製した。
Li源及びP源としてLiPOを、Co源としてCoSO・7HOを用い、これらをモル比でLi:Co:P=3:1:1となるように純水に溶解して前駆体溶液200mLを作製した。
(Synthesis of LiCoPO 4 particles)
LiCoPO 4 of Example 5 was produced as follows.
Li 3 PO 4 was used as the Li source and P source, CoSO 4 .7H 2 O was used as the Co source, and these were dissolved in pure water so that the molar ratio was Li: Co: P = 3: 1: 1. 200 mL of the precursor solution was prepared.

次いで、この前駆体溶液を耐圧容器に入れ、170℃にて24時間、水熱合成を行った。この反応後に室温になるまで冷却し、沈殿しているケーキ状の反応生成物を得た。
次いで、この沈殿物を蒸留水にて5回水洗して不純物を洗い流し、その後、乾燥しないように含水率30%に保持し、ケーキ状のLiCoPOとした。
このケーキ状のLiCoPOから若干量の試料を採取し、70℃にて2時間真空乾燥させて得られた粉体をX線回折法にて同定したところ、単相のLiCoPOが生成していることが確認された。
Subsequently, this precursor solution was put into a pressure vessel and hydrothermal synthesis was performed at 170 ° C. for 24 hours. After this reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature to obtain a precipitated cake-like reaction product.
Next, the precipitate was washed with distilled water 5 times to wash away impurities, and then kept at a moisture content of 30% so as not to be dried, to obtain cake-like LiCoPO 4 .
A small amount of sample was taken from the cake-like LiCoPO 4 and vacuum-dried at 70 ° C. for 2 hours. The powder obtained was identified by X-ray diffraction. As a result, single-phase LiCoPO 4 was produced. It was confirmed that

(実施例1)
有機化合物として固形分換算で5質量部となるようにポリビニルアルコール10%水溶液を、さらに、Li源としてLiCHCOO、Fe源としてFe(CHCOO)及びリン酸源としてHPOをLiFePOに換算して5質量部となるように各質量を、それぞれ調整して純水中に投入し、撹拌して溶解し、透明で均一な溶液を得た。この溶液にLiMnPO95質量部を投入し、攪拌して懸濁させ、得られたスラリーを乾燥器を用いて100℃にて10時間、乾燥させ、得られた乾燥物に600℃にて1時間、熱処理を行い、実施例1の電極活物質を得た。
Example 1
Polyvinyl alcohol 10% aqueous solution as an organic compound so as to be 5 parts by mass in terms of solid content, LiCH 3 COO as a Li source, Fe (CH 3 COO) 2 as a Fe source, and H 3 PO 4 as a phosphoric acid source Each mass was adjusted so as to be 5 parts by mass in terms of LiFePO 4 , poured into pure water, dissolved by stirring, and a transparent and uniform solution was obtained. Into this solution, 95 parts by mass of LiMnPO 4 was added, and the mixture was stirred and suspended. The resulting slurry was dried at 100 ° C. for 10 hours using a drier. Heat treatment was performed for a time, and the electrode active material of Example 1 was obtained.

(実施例2)
Fe源としてFe(CHCOO)の替わりにFeSOを用いた他は、実施例1と同様にして実施例2の電極活物質を得た。
(Example 2)
An electrode active material of Example 2 was obtained in the same manner as Example 1 except that FeSO 4 was used instead of Fe (CH 3 COO) 2 as the Fe source.

(実施例3)
有機化合物として固形分換算で5質量部となるようにポリビニルアルコール10%水溶液を、さらに、Li源としてLiCHCOO、Fe源としてクエン酸鉄(III)(FeC)及びリン酸源としてHPOをLiFePOに換算して8質量部となるように各質量を、それぞれ調整して純水中に投入し、撹拌して溶解し、透明で均一な溶液を得た。この溶液にLiMnPO92質量部を投入し、攪拌して懸濁させ、得られたスラリーを乾燥器を用いて100℃にて10時間、乾燥させ、得られた乾燥物に600℃にて1時間、熱処理を行い、実施例3の電極活物質を得た。
(Example 3)
As an organic compound, a 10% aqueous solution of polyvinyl alcohol so that the solid content is 5 parts by mass, LiCH 3 COO as a Li source, iron (III) citrate (FeC 6 H 5 O 7 ) and phosphoric acid as a Fe source As a source, each mass was adjusted so that H 3 PO 4 was converted to LiFePO 4 to 8 parts by mass, and each mass was adjusted and poured into pure water, and dissolved by stirring to obtain a transparent and uniform solution. Into this solution, 92 parts by mass of LiMnPO 4 was added, stirred and suspended, and the resulting slurry was dried at 100 ° C. for 10 hours using a drier. Heat treatment was performed for a time, and the electrode active material of Example 3 was obtained.

(実施例4)
スラリーを、乾燥器を用いて100℃にて10時間乾燥させる替わりに、スプレイドライヤーを用いて120℃にて乾燥させた他は、実施例3と同様にして実施例4の電極活物質を得た。実施例4の電極活物質の走査型電子顕微鏡(SEM)像を図2に示す。
Example 4
The electrode active material of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 3 except that the slurry was dried at 120 ° C. using a spray dryer instead of drying at 100 ° C. for 10 hours using a dryer. It was. A scanning electron microscope (SEM) image of the electrode active material of Example 4 is shown in FIG.

(実施例5)
LiMnPOの替わりにLiCoPOを用いた他は、実施例3と同様にして実施例5の電極活物質を得た。
(Example 5)
An electrode active material of Example 5 was obtained in the same manner as Example 3 except that LiCoPO 4 was used instead of LiMnPO 4 .

(比較例)
Li源としてLiOHを、リン酸源として(NH)HPOを、それぞれ用いた他は、実施例1と同様にして有機化合物、Li源、Fe源及びリン酸源を含む溶液を得た。この溶液には沈殿物が生じていた。
さらに、この溶液にLiMnPO95質量部を投入し、実施例1と同様にして攪拌、乾燥及び熱処理を行い、比較例の電極活物質を得た。
(Comparative example)
A solution containing an organic compound, a Li source, an Fe source and a phosphate source was obtained in the same manner as in Example 1 except that LiOH was used as the Li source and (NH 4 ) H 2 PO 4 was used as the phosphate source. It was. A precipitate was formed in this solution.
Furthermore, 95 parts by mass of LiMnPO 4 was added to this solution, and stirring, drying and heat treatment were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a comparative electrode active material.

「リチウムイオン電池の作製」
実施例1〜5及び比較例各々の正電極を作製した。
ここでは、実施例1〜5及び比較例各々にて得られた各電極活物質、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)、溶媒としてN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)を用い、これらを混合し、実施例1〜5及び比較例各々のペーストを作製した。なお、ペースト中の質量比、LiMnPOまたはLiCoPO:AB:PVdFは85:10:5であった。
次いで、これらのペーストを厚み30μmのアルミニウム(Al)箔上に塗布し、乾燥した。その後、40MPaの圧力にて圧密し、正電極とした。
“Production of lithium-ion batteries”
The positive electrodes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples were prepared.
Here, each electrode active material obtained in each of Examples 1 to 5 and Comparative Example, acetylene black (AB) as a conductive additive, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidinone as a solvent Using (NMP), these were mixed to prepare pastes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples. The mass ratio in the paste, LiMnPO 4 or LiCoPO 4 : AB: PVdF, was 85: 10: 5.
Next, these pastes were applied onto an aluminum (Al) foil having a thickness of 30 μm and dried. Then, it compacted with the pressure of 40 Mpa, and set it as the positive electrode.

次いで、この正電極を成形機を用いて面積が2cmの円板状に打ち抜き、真空乾燥後、乾燥Ar雰囲気下にてステンレススチール(SUS)製の2032コイン型セルを用いて、実施例1〜5及び比較例各々のリチウムイオン電池を作製した。なお、負極には金属Liを、セパレーターには多孔質ボリプロピレン膜を、電解質溶液には1MのLiPF溶液を、それぞれ用いた。このLiPF溶液の溶媒としては、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとの比が1:1のものを用いた。 Next, this positive electrode was punched out into a disk shape having an area of 2 cm 2 using a molding machine, vacuum dried, and then subjected to Example 1 using a 2032 coin type cell made of stainless steel (SUS) in a dry Ar atmosphere. Lithium ion batteries of ˜5 and Comparative Example were prepared. Metal Li was used for the negative electrode, a porous polypropylene film was used for the separator, and a 1M LiPF 6 solution was used for the electrolyte solution. As a solvent for this LiPF 6 solution, a solvent having a ratio of ethylene carbonate to diethyl carbonate of 1: 1 was used.

「電池特性試験」
実施例1〜5及び比較例各々のリチウムイオン電池の電池特性試験を、環境温度60℃、充電電流0.1CAで、試験極の電位がLiの平衡電位に対して所定の充電電圧になるまで充電し、1分間休止の後、0.1CAの放電電流で2.0Vになるまで放電させて行った。
充電電圧は、実施例1〜4及び比較例のMn系のリチウムイオン電池については4.5V、実施例5のCo系のリチウムイオン電池については4.9Vとした。
"Battery characteristics test"
The battery characteristics test of each of the lithium ion batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Example was performed until the potential of the test electrode reached a predetermined charging voltage with respect to the Li equilibrium potential at an environmental temperature of 60 ° C. and a charging current of 0.1 CA. The battery was charged and rested for 1 minute, and then discharged to 2.0 V with a discharge current of 0.1 CA.
The charging voltage was 4.5 V for the Mn type lithium ion batteries of Examples 1 to 4 and the comparative example, and 4.9 V for the Co type lithium ion battery of Example 5.

実施例2では、Fe源としてFe(CHCOO)の替わりにFeSOを用いたが、放電曲線は実施例1のリチウムイオン電池とほぼ同様であった。
また、実施例4では、乾燥器の替わりにスプレイドライヤーを用いて乾燥させたが、放電曲線は実施例3のリチウムイオン電池と同様であった。この実施例4では、スプレードライヤーを用いることで球形の電極活物質が得られ、正電極の充填性が向上すると共に、生産性も向上した。
In Example 2, FeSO 4 was used in place of Fe (CH 3 COO) 2 as the Fe source, but the discharge curve was almost the same as that of the lithium ion battery of Example 1.
Moreover, in Example 4, it dried using the spray dryer instead of the dryer, but the discharge curve was the same as that of the lithium ion battery of Example 3. In Example 4, a spherical electrode active material was obtained by using a spray dryer, the positive electrode filling property was improved, and the productivity was also improved.

環境温度60℃における、実施例1のリチウムイオン電池の放電曲線を図3に、実施例3のリチウムイオン電池の放電曲線を図4に、実施例5のリチウムイオン電池の放電曲線を図5に、比較例のリチウムイオン電池の放電曲線を図6に、それぞれ示す。図3〜図5中、矢印はショルダー部の位置を示す。   FIG. 3 shows the discharge curve of the lithium ion battery of Example 1 at an environmental temperature of 60 ° C., FIG. 4 shows the discharge curve of the lithium ion battery of Example 3, and FIG. 5 shows the discharge curve of the lithium ion battery of Example 5. FIG. 6 shows a discharge curve of the lithium ion battery of the comparative example. 3-5, the arrow shows the position of the shoulder portion.

実施例3のリチウムイオン電池の放電曲線について容量を電圧で微分した微分曲線を求めた。結果を図7に示す。
この微分曲線の極大値から求めたショルダー部の開始電圧(ショルダー電圧)は3.70V、このショルダー部の開始点までの放電容量(ショルダー前容量)は140mAh/gであった。一方、2.00Vの時点の放電容量は155mAh/gであり、ショルダー部以降の容量(第3の領域の60℃における容量)の全容量(放電容量の最大値)に対する割合(ショルダー容量比)は、(155−140)/155=0.097であった。
実施例1、2、4、5及び比較例各々のリチウムイオン電池についても同様の評価を行った。これらの評価結果を表1に示す。
With respect to the discharge curve of the lithium ion battery of Example 3, a differential curve obtained by differentiating the capacity with voltage was obtained. The results are shown in FIG.
The shoulder portion starting voltage (shoulder voltage) obtained from the maximum value of the differential curve was 3.70 V, and the discharge capacity (capacity before shoulder) to the shoulder starting point was 140 mAh / g. On the other hand, the discharge capacity at 2.00 V is 155 mAh / g, and the ratio (shoulder capacity ratio) of the capacity after the shoulder portion (capacity at 60 ° C. in the third region) to the total capacity (maximum discharge capacity). Was (155-140) /155=0.097.
The same evaluation was performed for the lithium ion batteries of Examples 1, 2, 4, 5 and Comparative Examples. These evaluation results are shown in Table 1.

表1によれば、実施例1〜5では、LiFePOと炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層3に含まれるLiFePO由来の3.5〜3.7Vのショルダー電圧が認められ、ショルダー容量比は5%以上認められた。これは、ショルダー電圧で容量検出を行えば、容量が5%以上残っている時点で警告を発することができ、急激な電圧低下によるデバイスの作動不良を事前に防ぐだけの十分な時間的余裕が得られることが分かった。 According to Table 1, in Examples 1-5, the shoulder voltage 3.5~3.7V from LiFePO 4 contained in the coating layer 3 made of a complex with electron-conductive material LiFePO 4 and the carbonaceous A shoulder capacity ratio of 5% or more was recognized. This is because if capacity detection is performed with a shoulder voltage, a warning can be issued when the capacity remains at 5% or more, and there is sufficient time margin to prevent malfunction of the device due to sudden voltage drop in advance. It turns out that it is obtained.

一方、比較例では、充放電曲線にショルダー電圧は認められず、また、微分曲線から求められたショルダー容量比は1.4%と小さく、実施例1と比較して炭素質被覆層に同量のLiFePOが含まれているにも関わらず、急激な電圧低下によるデバイスの作動不良を事前に防ぐだけの十分な時間的余裕が得られず、急激な電圧低下によるデバイスの作動不良が懸念される結果となった。
さらに、本実施例によれば、LiMnPOに対してLiFePOが10質量%未満の少ない添加量であっても、LiMnPOに対して良好な導電性を付与することができる炭素質被覆層が得られると共に、LiMnPOの特徴である高い電圧で反応する容量を十分に維持することができた。
On the other hand, in the comparative example, no shoulder voltage is observed in the charge / discharge curve, and the shoulder capacity ratio obtained from the differential curve is as small as 1.4%, which is the same as that in the carbonaceous coating layer as compared with Example 1. In spite of the presence of LiFePO 4, a sufficient time margin for preventing malfunction of the device due to a sudden voltage drop cannot be obtained in advance, and there is a concern that the malfunction of the device due to a sudden voltage drop may occur. It became the result.
Furthermore, according to this example, the carbonaceous coating layer capable of imparting good conductivity to LiMnPO 4 even when LiFePO 4 is less than 10% by mass with respect to LiMnPO 4 . As a result, the capacity to react at a high voltage characteristic of LiMnPO 4 could be sufficiently maintained.

なお、実施例1〜5では、電極活物質自体の挙動をデータに反映させるために、負極に金属リチウムを用いたが、金属リチウムの代わりに天然黒鉛、人造黒鉛、コークス等の炭素材料、リチウム合金、LiTi12等の負極材料を用いてもよい。
また、導電助剤としてアセチレンブラックを用いたが、カーボンブラック、グラファイト、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料を用いてもよい。
In Examples 1 to 5, in order to reflect the behavior of the electrode active material itself in the data, metallic lithium was used for the negative electrode, but instead of metallic lithium, carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, and coke, lithium An anode material such as an alloy or Li 4 Ti 5 O 12 may be used.
Moreover, although acetylene black was used as a conductive support agent, carbon materials such as carbon black, graphite, ketjen black, natural graphite, and artificial graphite may be used.

また、電解質溶液にLiPF溶液を、このLiPF溶液の溶媒として炭酸エチレンと炭酸ジエチルとの比が1:1のものを、それぞれ用いたが、LiPF溶液の代わりにLiBF溶液やLiClO溶液を用いてもよく、炭酸エチレンの代わりにプロピレンカーボネートやジエチルカーボネートを用いてもよい。
また、電解液とセパレーターの代わりに固体電解質を用いてもよい。
Further, a LiPF 6 solution in the electrolyte solution, the ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate as the solvent for this LiPF 6 solution 1: 1 of what has been used, respectively, LiBF 4 solution and LiClO 4 in place of LiPF 6 solution A solution may be used, and propylene carbonate or diethyl carbonate may be used instead of ethylene carbonate.
Moreover, you may use a solid electrolyte instead of electrolyte solution and a separator.

1 電極活物質
2 LiDO粒子
3 被覆層
1 the electrode active material 2 Li w A x DO 4 particles 3 covering layer

Claims (6)

LiDO(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子の表面を、LiGO(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかからなり、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)と炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層により被覆してなる電極活物質であって、
放電曲線の放電電位が略一定の第1の領域の後の放電電位が低下する第2の領域中に、この第2の領域の放電電位の平均変化率より放電電位の変化率が小さい第3の領域が存在することを特徴とする電極活物質。
Li w A x DO 4 (where A is one or two selected from the group of Mn and Co, D is one or more selected from the group of P, Si and S, and 0 <w ≦ 4, 0 <x ≦ 1.5), Li y E z GO 4 (where E is one of Fe, Fe and Ni, G is a group of P, Si and S) An electrode active material coated with a coating layer composed of a composite of one or more selected from the group consisting of 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 1.5) and a carbonaceous electron conductive material. There,
In the second region where the discharge potential after the first region in which the discharge potential of the discharge curve is substantially constant decreases, the third change rate of the discharge potential is smaller than the average change rate of the discharge potential in the second region. An electrode active material characterized by the presence of a region.
前記第3の領域の60℃における容量は、放電容量の最大値の1/20以上かつ1/3以下であることを特徴とする請求項1記載の電極活物質。   2. The electrode active material according to claim 1, wherein the capacity of the third region at 60 ° C. is not less than 1/20 and not more than 1/3 of the maximum value of the discharge capacity. 前記第3の領域の60℃における反応電位は、3.0V以上かつ3.8V以下であることを特徴とする請求項2記載の電極活物質。   The electrode active material according to claim 2, wherein a reaction potential at 60 ° C. of the third region is 3.0 V or more and 3.8 V or less. 請求項1ないし3のいずれか1項記載の電極活物質を正電極に含有してなることを特徴とするリチウムイオン電池。   A lithium ion battery comprising the electrode active material according to any one of claims 1 to 3 in a positive electrode. LiDO(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子と、Li源と、E源(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかである)と、G源(但し、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上)と、有機化合物とを混合して混合物とし、次いで、この混合物を乾燥して乾燥物とし、次いで、この乾燥物を非酸化性雰囲気にて熱処理することにより前記有機化合物を炭化させて炭素質の電子伝導性物質を生成させ、前記LiDOからなる粒子の表面に、LiGO(但し、Eは、Fe、Fe及びNi、のいずれかからなり、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)と前記炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層を生成させることを特徴とする電極活物質の製造方法。 Li w A x DO 4 (where A is one or two selected from the group of Mn and Co, D is one or more selected from the group of P, Si and S, and 0 <w ≦ 4, 0 <x ≦ 1.5), a Li source, an E source (where E is one of Fe, Fe and Ni), a G source (where G is P, 1 type or 2 or more types selected from the group of Si and S) and an organic compound are mixed to form a mixture, and then the mixture is dried to obtain a dry product. the organic compounds are carbonized to generate electron-conducting substance carbonaceous by heat treatment in the Li w a to the surface of the x DO of four particles, Li y E z GO 4 (where, E is, It consists of any one of Fe, Fe and Ni, and G is one kind selected from the group of P, Si and S 2 or more, 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 1.5) and a coating layer made of a composite of the carbonaceous electron conductive material is produced. . 前記Li源と、前記E源と、前記G源と、前記有機化合物とを、均一な液相となるように混合することを特徴とする請求項5記載の電極活物質の製造方法。   6. The method for producing an electrode active material according to claim 5, wherein the Li source, the E source, the G source, and the organic compound are mixed so as to form a uniform liquid phase.
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