JP2014017154A - Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an FeOHSO-based positive electrode active material exhibiting excellent battery capacity.SOLUTION: There are provided a positive electrode active material for a lithium secondary battery having a composition represented by the following general formula (1), and a lithium secondary battery including a positive electrode containing the positive electrode active material. FeMOHSO(1) (In the formula (1), M represents a transition metal element other than Fe, and x represents a number satisfying 0<x<1.)

Description

本発明は、リチウム二次電池用正極活物質及び該正極活物質を備えるリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the positive electrode active material.

近年、パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界においても、電気自動車やハイブリッド自動車用の高出力且つ高容量の電池の開発が進められている。各種電池の中でも、エネルギー密度と出力が高いことから、リチウム二次電池が注目されている。   In recent years, with the rapid spread of information-related equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones, and communication equipment, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles and hybrid vehicles is underway. Among various batteries, lithium secondary batteries are attracting attention because of their high energy density and output.

一般的なリチウム二次電池は、正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、これら正極と負極との間に介在する電解質とを有する。
リチウム二次電池の正極活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiMn、LiNiO、LiCoMnO等が知られている。また、特許文献1や非特許文献1に記載されたものも挙げられる。具体的には、非特許文献1には、FeOHSOを正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。
A typical lithium secondary battery has a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode.
As positive electrode active materials for lithium secondary batteries, for example, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiCoMnO 4 and the like are known. Moreover, what was described in patent document 1 and nonpatent literature 1 is also mentioned. Specifically, Non-Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery using FeOHSO 4 as a positive electrode active material.

特開2004−139947号公報JP 2004-139947 A

Electrochemistry Communications (2009) Volume11、1807−1810Electrochemistry Communications (2009) Volume 11, 1807-1810

従来の正極活物質には、コスト面、容量特性、サイクル特性、電圧特性等において、課題が残っており、さらなる研究開発が求められている。
一方、非特許文献1に記載されたFeOHSOは、Liを含まない、従来の正極活物質とは異なる新しい正極活物質である。特に、原料が鉄であり、合成方法も安価であることから、低コストな材料として期待される。
しかしながら、FeOHSOは、Li拡散性が低く、また、電子伝導性が低いことから、実用的な容量が得られないという問題がある。
Conventional positive electrode active materials still have problems in terms of cost, capacity characteristics, cycle characteristics, voltage characteristics, and the like, and further research and development are required.
On the other hand, FeOHSO 4 described in Non-Patent Document 1 is a new positive electrode active material that does not contain Li and is different from the conventional positive electrode active material. In particular, since the raw material is iron and the synthesis method is inexpensive, it is expected as a low-cost material.
However, FeOHSO 4 has a problem that a practical capacity cannot be obtained because of low Li diffusibility and low electron conductivity.

本発明は上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、本発明の目的は、優れた電池容量を示すFeOHSO系正極活物質を提供することである。 The present invention has been accomplished in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a FeOHSO 4 positive electrode active material exhibiting excellent battery capacity.

本発明のリチウム二次電池用正極活物質は、下記一般式(1)で表わされる組成を有することを特徴とする。
Fe1−xOHSO (1)
(式(1)中、MはFe以外の遷移金属元素であり、xは、0<x<1を満たす数である。)
上記式(1)の組成を有する本発明のリチウム二次電池用正極活物質は、優れた電池容量を有する。
The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is characterized by having a composition represented by the following general formula (1).
Fe 1-x M x OHSO 4 (1)
(In formula (1), M is a transition metal element other than Fe, and x is a number satisfying 0 <x <1.)
The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention having the composition of the above formula (1) has an excellent battery capacity.

本発明のリチウム二次電池用正極活物質は、前記一般式(1)において、前記Mとして、Ni及びCoから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。
また、本発明の正極活物質は、前記一般式(1)において、前記MがNiであり、0<x≦0.1であることが好ましい。
また、本発明の正極活物質は、前記一般式(1)において、前記MがCoであり、0<x≦0.2であることが好ましい。
The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention preferably contains at least one selected from Ni and Co as M in the general formula (1).
In the positive electrode active material of the present invention, it is preferable that, in the general formula (1), the M is Ni and 0 <x ≦ 0.1.
In the positive electrode active material of the present invention, it is preferable that in the general formula (1), the M is Co and 0 <x ≦ 0.2.

本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在する電解質を備えるリチウム二次電池であって、前記正極が、上記本発明のリチウム二次電池用正極活物質を含むことを特徴とするものである。   The lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode is the positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention. It is characterized by containing an active material.

本発明によれば、優れた電池容量を示すFeOHSO系正極活物質を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a FeOHSO 4 based positive active material showing excellent battery capacity.

リチウム二次電池の構造例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structural example of a lithium secondary battery. 実施例1〜7及び比較例1のXRDパターンである。It is an XRD pattern of Examples 1-7 and Comparative Example 1. 実施例8〜12のXRDパターンである。It is an XRD pattern of Examples 8-12. 実施例1〜12及び比較例1の初期放電容量を示すグラフである。6 is a graph showing initial discharge capacities of Examples 1 to 12 and Comparative Example 1.

[リチウム二次電池用正極活物質]
本発明のリチウム二次電池用正極活物質(以下、単に、正極活物質ということがある)は、下記一般式(1)で表わされる組成を有することを特徴とする。
Fe1−xOHSO (1)
(式(1)中、MはFe以外の遷移金属元素であり、xは、0<x<1を満たす数である。)
[Positive electrode active material for lithium secondary battery]
The positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as a positive electrode active material) has a composition represented by the following general formula (1).
Fe 1-x M x OHSO 4 (1)
(In formula (1), M is a transition metal element other than Fe, and x is a number satisfying 0 <x <1.)

本発明者は、FeOHSOの電池容量を向上させるべく鋭意検討した結果、Feの一部を他の遷移金属元素に置換することによって、高い電池容量が得られることを見出した。これは、Feの一部を遷移金属元素Mで置換することにより、FeOHSOのリチウムイオン伝導性と電子伝導性が向上したためと考えられる。FeOHSOとFe1−xOHSOとの結晶構造を比較したところ、Fe1−xOHSOにおいて、FeOHSOの結晶構造が維持されることが確認できたことから、遷移金属元素Mは、FeOHSOの結晶内においてFeの一部と置換され、FeOHSOの物理的特性を効果的に変化させることができると考えられる。
本発明の正極活物質は、以上のように優れた電池容量を示すと共に、Feを主原料とするものであることから安価であり、リチウム二次電池の電池性能向上及びコスト削減に大きく貢献するものである。
As a result of intensive studies to improve the battery capacity of FeOHSO 4 , the present inventor has found that a high battery capacity can be obtained by substituting a part of Fe with another transition metal element. This is presumably because the lithium ion conductivity and electronic conductivity of FeOHSO 4 were improved by substituting a part of Fe with the transition metal element M. When the crystal structures of FeOHSO 4 and Fe 1-x M x OHSO 4 were compared, it was confirmed that the crystal structure of FeOHSO 4 was maintained in Fe 1-x M x OHSO 4 . It is considered that M is substituted for part of Fe in the crystal of FeOHSO 4 and can effectively change the physical characteristics of FeOHSO 4 .
The positive electrode active material of the present invention exhibits excellent battery capacity as described above and is inexpensive because it uses Fe as a main raw material, and greatly contributes to improving battery performance and reducing costs of lithium secondary batteries. Is.

以下、本発明の正極活物質について詳しく説明する。
上記一般式(1)において、遷移金属元素Mは、Fe以外であれば特に限定されないが、通常、価数が2価になりうるものが好ましい。尚、本発明において、遷移金属元素とは、周期表で第3族元素から第11族元素の間に存在する金属元素に加え、第12族元素も含む。
具体的な遷移金属元素Mとしては、例えば、Ni、Co、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn等が挙げられる。中でも、Ni、Co、及びCrから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、特にNi及びCoから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。電池容量の飛躍的な向上が可能であることから、中でもCoが特に好ましい。Co置換による容量の向上は、CoによってFeOHSOの低電子伝導性が補われるためと考えられる。
Feと置換される遷移金属元素Mは1種のみでも、或いは2種以上でもよい。
Hereinafter, the positive electrode active material of the present invention will be described in detail.
In the general formula (1), the transition metal element M is not particularly limited as long as it is other than Fe, but normally, the one that can be divalent is preferable. In the present invention, the transition metal element includes a group 12 element in addition to a metal element present between the group 3 element and the group 11 element in the periodic table.
Specific examples of the transition metal element M include Ni, Co, Ti, V, Cr, Mn, Cu, and Zn. Among these, it is preferable to include at least one selected from Ni, Co, and Cr, and it is particularly preferable to include at least one selected from Ni and Co. Among these, Co is particularly preferable because it can dramatically improve the battery capacity. The increase in capacity due to Co substitution is thought to be due to the low electron conductivity of FeOHSO 4 being supplemented by Co.
The transition metal element M substituted for Fe may be only one type or two or more types.

式(1)において、Feの置換量を示すxは、0<x<1を満たす数であり、遷移金属元素Mの種類によって好ましい範囲は異なるが、結晶構造の安定性と電池特性向上の観点から、通常、0.01≦xであることが好ましく、特に0.02≦xであることが好ましく、中でも0.03≦xであることが好ましい。また、電池特性向上と不純物の生成の観点から、通常、x≦0.5であることが好ましく、特にx≦0.4であることが好ましく、中でもx≦0.3であることが好ましい。
遷移金属元素MがNiの場合、x≦0.4であることが好ましく、特にx≦0.2であることが好ましく、さらにx≦0.1であることが好ましく、x<0.1であることが最も好ましい。不純物の生成が抑制され、優れた容量が得られるからである。
遷移金属元素MがCoの場合、x≦0.2であることが好ましく、特にx≦0.1であることが好ましい。不純物の生成が抑制され、優れた容量が得られるからである。
In the formula (1), x indicating the amount of substitution of Fe is a number satisfying 0 <x <1, and the preferable range varies depending on the type of the transition metal element M, but the viewpoint of stability of the crystal structure and improvement of battery characteristics Therefore, usually, 0.01 ≦ x is preferable, 0.02 ≦ x is particularly preferable, and 0.03 ≦ x is particularly preferable. Further, from the viewpoint of improving battery characteristics and generating impurities, it is usually preferable that x ≦ 0.5, particularly preferably x ≦ 0.4, and particularly preferably x ≦ 0.3.
When the transition metal element M is Ni, x ≦ 0.4 is preferable, x ≦ 0.2 is particularly preferable, x ≦ 0.1 is more preferable, and x <0.1. Most preferably it is. This is because the generation of impurities is suppressed and an excellent capacity can be obtained.
When the transition metal element M is Co, x ≦ 0.2 is preferable, and x ≦ 0.1 is particularly preferable. This is because the generation of impurities is suppressed and an excellent capacity can be obtained.

本発明の正極活物質は、粒子状(粉末状)であっても、薄膜状であってもよいが、粒子状であることが好ましい。粒子状である場合、電極構造の自由度が高いためである。粒子状の正極活物質の平均粒子径は、20nm以上、特に50nm以上、さらに100nm以上であることが好ましく、一方、100μm以下、特に10μm以下であることが好ましい。
正極活物質の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(FE−SEM)による正極活物質の表面観察(外観観察)を行い、無作為に選択した50個の粒子の粒子径を測定し、算出される平均値とすることができる。
The positive electrode active material of the present invention may be in the form of particles (powder) or a thin film, but is preferably in the form of particles. This is because the degree of freedom of the electrode structure is high when it is particulate. The average particle diameter of the particulate positive electrode active material is preferably 20 nm or more, particularly 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and on the other hand, it is preferably 100 μm or less, particularly 10 μm or less.
The average particle size of the positive electrode active material is calculated by performing surface observation (appearance observation) of the positive electrode active material with a scanning electron microscope (FE-SEM), measuring the particle size of 50 randomly selected particles. Average value.

次に、本発明の正極活物質の製造方法について説明する。上記にて説明した本発明の正極活物質は、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、硫酸鉄の水和物と遷移金属元素M含有化合物との混合物を、大気雰囲気下、加熱することで、上記式(1)Fe1−xOHSOで表わされる組成を有する正極活物質を製造することができる。 Next, the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention is demonstrated. The positive electrode active material of the present invention described above can be produced, for example, as follows. That is, a positive electrode active material having a composition represented by the above formula (1) Fe 1-x M x OHSO 4 is obtained by heating a mixture of an iron sulfate hydrate and a transition metal element M-containing compound in an air atmosphere. A substance can be produced.

硫酸鉄の水和物としては、例えば、FeSO・7HO、Fe(SO・nHO(n=5以上)等が挙げられるが、正極活物質を低温で合成可能であることから、FeSO・7HOが好ましい。 Examples of hydrates of iron sulfate include FeSO 4 · 7H 2 O, Fe 2 (SO 4 ) 3 · nH 2 O (n = 5 or more), and the like. For this reason, FeSO 4 .7H 2 O is preferable.

遷移金属元素M含有化合物としては、例えば、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、水酸化物、シュウ酸塩、塩化物及びこれらの水和物等を用いることができ、合成後の不純物の観点から、硫酸塩の水和物が好ましい。具体的なM含有化合物としては、例えば、Ni源として、硫酸ニッケル・六水和物、酢酸ニッケル・四水和物、硝酸ニッケル等、Co源として、硫酸コバルト・七水和物、酢酸コバルト・四水和物、硝酸コバルト等、Mn源として、硫酸マンガン・一水和物、酢酸マンガン・四水和物等、Cr源として、塩化クロム・六水和物等が挙げられる。M源であるM含有化合物は、1種のみを用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記混合物において、硫酸鉄の水和物とM含有化合物との混合比率を調整することによって、Feの遷移金属元素Mによる置換量を制御することができる。すなわち、上記混合物におけるFeと遷移金属元素Mとのモル比を(1−x):xとなるように、硫酸鉄水和物とM含有化合物とを混合すればよい。
As the transition metal element M-containing compound, for example, sulfates, nitrates, acetates, hydroxides, oxalates, chlorides and hydrates thereof can be used. From the viewpoint of impurities after synthesis, Sulfate hydrates are preferred. Specific examples of the M-containing compound include, as Ni source, nickel sulfate hexahydrate, nickel acetate tetrahydrate, nickel nitrate, etc., and Co source as cobalt sulfate heptahydrate, cobalt acetate. Examples of the Mn source such as tetrahydrate and cobalt nitrate include manganese sulfate / monohydrate and manganese acetate / tetrahydrate, and examples of the Cr source include chromium chloride / hexahydrate. The M-containing compound as the M source may be used alone or in combination of two or more.
In the above mixture, the substitution amount of Fe by the transition metal element M can be controlled by adjusting the mixing ratio of the iron sulfate hydrate and the M-containing compound. That is, the iron sulfate hydrate and the M-containing compound may be mixed so that the molar ratio of Fe to the transition metal element M in the above mixture is (1-x): x.

上記混合物を調製する方法は特に限定されず、一般的な混合方法を採用することができるが、均一混合の観点から、ボールミル、ハンドミル等による混合が好ましい。
上記混合物の加熱温度は、硫酸鉄を脱水反応させると共に、結晶を生成させることができればよく、通常、150℃以上、特に200℃以上であることが好ましく、また、400℃以下、特に300℃以下、中でも290℃以下、さらに250℃以下であることが好ましい。
ここで、上記混合物の加熱を行う大気雰囲気とは、酸素濃度が16vol%以上の雰囲気を意味し、好ましくは酸素濃度が16〜26vol%の雰囲気である。
加熱時間は適宜設定することができるが、20〜200時間程度、特に170時間以下程度でよい。
A method for preparing the mixture is not particularly limited, and a general mixing method can be adopted. However, from the viewpoint of uniform mixing, mixing by a ball mill, a hand mill, or the like is preferable.
The heating temperature of the mixture is not particularly limited as long as it allows dehydration of iron sulfate and generation of crystals, and is usually 150 ° C. or higher, particularly preferably 200 ° C. or higher, and 400 ° C. or lower, particularly 300 ° C. or lower. In particular, it is preferably 290 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower.
Here, the air atmosphere in which the mixture is heated means an atmosphere having an oxygen concentration of 16 vol% or more, preferably an atmosphere having an oxygen concentration of 16 to 26 vol%.
The heating time can be appropriately set, but may be about 20 to 200 hours, particularly about 170 hours or less.

得られた正極活物質は、電池特性向上の観点から、必要に応じて、すり潰し、小径化することが好ましい。正極活物質をすり潰す方法は特に限定されず、一般的な方法を採用することができる。正極活物質は、粒径を揃えるため、また、所望の粒径を有する正極活物質を分離するために、ふるいにかける等の処理を行ってもよい。
尚、本発明の正極活物質の製造方法は、上記の製造方法に限定されない。
The obtained positive electrode active material is preferably ground and reduced in diameter as necessary from the viewpoint of improving battery characteristics. The method for grinding the positive electrode active material is not particularly limited, and a general method can be adopted. The positive electrode active material may be subjected to a treatment such as sieving in order to make the particle size uniform or to separate a positive electrode active material having a desired particle size.
In addition, the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention is not limited to said manufacturing method.

本発明の正極活物質は、リチウム二次電池の正極活物質として好適に用いることができる。以下、本発明のリチウム二次電池について説明する。
[リチウム二次電池]
本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在する電解質を備えるリチウム二次電池であって、前記正極が、上記本発明のリチウム二次電池用正極活物質を含むことを特徴とするものである。
図1を用いて、リチウム二次電池の構成例を説明する。
図1において、リチウム二次電池100は、正極缶1内に正極2が配置されている。正極2の上には、電解質3を介して、負極4が配置されている。負極4は負極キャップ5内に充填されており、負極キャップ5を正極缶1内に嵌め込むことで、正極2−電解質3−負極4の積層構造が形成されている。正極缶1と負極キャップ5の内部は、ガスケット6により気密性が保持されている。
本発明の正極活物質を用いることによって、リチウム二次電池のコスト削減と共に高容量化を図ることができる。
以下、リチウム二次電池の各構成について説明する。
The positive electrode active material of this invention can be used suitably as a positive electrode active material of a lithium secondary battery. Hereinafter, the lithium secondary battery of the present invention will be described.
[Lithium secondary battery]
The lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode is the positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention. It is characterized by containing an active material.
A configuration example of a lithium secondary battery will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, a lithium secondary battery 100 has a positive electrode 2 disposed in a positive electrode can 1. On the positive electrode 2, a negative electrode 4 is disposed via an electrolyte 3. The negative electrode 4 is filled in the negative electrode cap 5, and the negative electrode cap 5 is fitted into the positive electrode can 1 to form a laminated structure of the positive electrode 2 -electrolyte 3 -negative electrode 4. The inside of the positive electrode can 1 and the negative electrode cap 5 is kept airtight by the gasket 6.
By using the positive electrode active material of the present invention, the cost of the lithium secondary battery can be reduced and the capacity can be increased.
Hereinafter, each configuration of the lithium secondary battery will be described.

(正極)
正極は、本発明の正極活物質を少なくとも含有するものであり、必要に応じて、導電助剤、バインダー、電解質等を含有していてもよい。
本発明の正極活物質については上述したため、ここでの説明は省略する。
導電助剤としては、所望の導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば導電性炭素材料が挙げられる。具体的には、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等が挙げられる。
バインダーとしては、例えば、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)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等が挙げられる。
電解質としては、リチウムイオン伝導性を有するものであれば特に限定されない。具体的な電解質としては、後述の電解質の説明において挙げられるものを用いることができる。
(Positive electrode)
The positive electrode contains at least the positive electrode active material of the present invention, and may contain a conductive additive, a binder, an electrolyte, and the like as necessary.
Since the positive electrode active material of the present invention has been described above, the description thereof is omitted here.
Although it will not specifically limit as long as it has desired electroconductivity as a conductive support agent, For example, a conductive carbon material is mentioned. Specific examples include acetylene black, carbon black, coke, carbon fiber, and graphite.
Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), and the like.
The electrolyte is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity. As specific electrolyte, what is mentioned in description of the electrolyte mentioned later can be used.

正極における正極活物質の含有量は、電池容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば50〜95重量%、中でも60〜90重量%の範囲内であることが好ましい。また、導電助剤の含有量は、所望の電子伝導性を確保できれば、より少ないことが好ましく、例えば、3〜50重量%の範囲内であることが好ましい。また、バインダーの含有量は、正極活物質等を安定に固定化できれば、より少ないことが好ましく、例えば1〜10%の範囲内であることが好ましい。
また、正極の厚さは、リチウム二次電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば10〜100μmの範囲内であることが好ましい。
The content of the positive electrode active material in the positive electrode is preferably larger from the viewpoint of battery capacity, and is preferably in the range of 50 to 95% by weight, particularly 60 to 90% by weight. Further, the content of the conductive auxiliary agent is preferably smaller as long as the desired electronic conductivity can be ensured, and is preferably in the range of 3 to 50% by weight, for example. Further, the content of the binder is preferably smaller as long as the positive electrode active material and the like can be stably fixed, and is preferably in the range of 1 to 10%, for example.
The thickness of the positive electrode varies greatly depending on the configuration of the lithium secondary battery, but is preferably in the range of 10 to 100 μm, for example.

正極には、該正極の集電を行う正極集電体が設けられてもよい。
正極集電体としては、所望の電子伝導性を有していればよく、正極集電体の材料としては、例えば、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、銅等の金属材料、カーボンファイバー、カーボンペーパー、カーボンクロス等のカーボン材料、窒化チタン等の高電子伝導性セラミックス材料等が挙げられる。
正極集電体の厚さは特に限定されないが、例えば、10〜100μmの範囲内であることが好ましい。
尚、後述する電池ケースが正極の集電体としての機能を兼ね備えていてもよい。
The positive electrode may be provided with a positive electrode current collector that collects current from the positive electrode.
The positive electrode current collector may have any desired electronic conductivity. Examples of the positive electrode current collector material include metal materials such as stainless steel, nickel, aluminum, iron, titanium, and copper, carbon fibers, Examples thereof include carbon materials such as carbon paper and carbon cloth, and high electron conductive ceramic materials such as titanium nitride.
Although the thickness of a positive electrode electrical power collector is not specifically limited, For example, it is preferable to exist in the range of 10-100 micrometers.
Note that a battery case described later may also have a function as a positive electrode current collector.

正極の製造方法は特に限定されない。例えば、正極活物質と、導電助剤及びバインダー等のその他の材料とを混合した正極用材料を用いて形成することができる。具体的には、正極を構成する上記材料と、溶媒とを混練し、得られた正極用材料を、基材上に塗布及び/又は基材上で圧延して成形し、必要に応じて、乾燥処理、加圧処理、加熱処理等を施すことで正極を作製することができる。
上記正極の作製時に用いる溶媒としては、揮発性を有していれば特に限定されず、適宜選択することができる。具体的には、エタノール、アセトン、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等が挙げられる。
正極用材料を塗布する方法は特に限定されず、ドクターブレード法、インクジェット法、スプレー法等の一般的な方法を用いることができる。また、正極用材料を圧延する方法は特に限定されず、例えば、ロールプレス等を用いることができる。
The method for producing the positive electrode is not particularly limited. For example, it can be formed using a positive electrode material in which a positive electrode active material is mixed with other materials such as a conductive additive and a binder. Specifically, the above-mentioned material constituting the positive electrode and a solvent are kneaded, and the obtained positive electrode material is applied on the base material and / or rolled on the base material, and if necessary, The positive electrode can be manufactured by performing a drying process, a pressurizing process, a heating process, or the like.
The solvent used for producing the positive electrode is not particularly limited as long as it has volatility, and can be appropriately selected. Specific examples include ethanol, acetone, N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and the like.
The method for applying the positive electrode material is not particularly limited, and general methods such as a doctor blade method, an ink jet method, and a spray method can be used. The method for rolling the positive electrode material is not particularly limited, and for example, a roll press or the like can be used.

(負極)
負極は、少なくとも負極活物質を含有するものである。
負極活物質としては、例えば金属活物質およびカーボン活物質等を挙げることができる。金属活物質としては、例えば、金属Li、In、Al、Si及びSn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えばメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。また、負極活物質の形状は、例えば、膜状であっても良く、粒子状であっても良い。膜状の負極活物質場合は、通常、負極活物質そのものを負極として用いることができる。また、粒子状の負極活物質の平均粒径は、例えば10nm〜10μm、中でも30nm〜1μmであることが好ましい。
(Negative electrode)
The negative electrode contains at least a negative electrode active material.
Examples of the negative electrode active material include a metal active material and a carbon active material. Examples of the metal active material include metals Li, In, Al, Si, and Sn. On the other hand, examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. The shape of the negative electrode active material may be, for example, a film shape or a particle shape. In the case of a film-like negative electrode active material, the negative electrode active material itself can usually be used as the negative electrode. The average particle diameter of the particulate negative electrode active material is, for example, preferably 10 nm to 10 μm, and more preferably 30 nm to 1 μm.

負極は、必要に応じて、導電助剤、バインダー及び電解質の少なくとも一つを含有していてもよい。
この場合、負極に含まれる負極活物質の含有量は、容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば、50〜98重量%、特に60〜98重量%、中でも80〜95重量%の範囲内であることが好ましい。また、導電助剤の含有量は、所望の電子伝導性を確保できれば、より少ないことが好ましく、例えば0.5〜35重量%、特に0.5〜10重量%の範囲内であることが好ましい。また、バインダー成分の含有量は、負極活物質等を安定に固定化できれば、より少ないことが好ましく、例えば0.5〜10重量%、特に0.5〜2重量%の範囲内であることが好ましい。
尚、負極に用いられる、導電助剤、バインダー及び電解質については、上述した正極に用いられるものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
The negative electrode may contain at least one of a conductive additive, a binder, and an electrolyte as necessary.
In this case, the content of the negative electrode active material contained in the negative electrode is preferably larger from the viewpoint of capacity, for example, in the range of 50 to 98% by weight, particularly 60 to 98% by weight, especially 80 to 95% by weight. It is preferable that Further, the content of the conductive auxiliary agent is preferably less as long as the desired electronic conductivity can be ensured, for example, 0.5 to 35% by weight, particularly preferably in the range of 0.5 to 10% by weight. . In addition, the content of the binder component is preferably smaller as long as the negative electrode active material and the like can be stably fixed, and is, for example, in the range of 0.5 to 10% by weight, particularly 0.5 to 2% by weight. preferable.
In addition, since it is the same as that used for the positive electrode mentioned above about the conductive support agent, binder, and electrolyte which are used for a negative electrode, description here is abbreviate | omitted.

また、負極の厚さは、リチウム二次電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば10〜100μmの範囲内であることが好ましい。
負極には、該負極の集電を行う負極集電体が設けられていてもよい。負極集電体の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、銅、ステンレス、ニッケル、アルミ等が挙げられる。負極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、及びメッシュ状等が挙げられる。また、電池ケースが負極集電体としての機能を有していてもよい。
The thickness of the negative electrode varies greatly depending on the configuration of the lithium secondary battery, but is preferably in the range of 10 to 100 μm, for example.
The negative electrode may be provided with a negative electrode current collector that collects current from the negative electrode. The material of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include copper, stainless steel, nickel, and aluminum. Examples of the shape of the negative electrode current collector include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape. Further, the battery case may have a function as a negative electrode current collector.

負極の製造方法は特に限定されない。例えば、箔状の負極活物質と負極集電体とを重ね合わせて加圧し、負極と負極集電体とを積層することができる。或いは、負極活物質とバインダー等とを含有する負極用材料を調製し、該材料を基材(例えば負極集電体)上に塗布又は圧延し、乾燥することで、負極と負極集電体とを積層することができる。   The manufacturing method of a negative electrode is not specifically limited. For example, a foil-like negative electrode active material and a negative electrode current collector can be overlaid and pressurized to laminate the negative electrode and the negative electrode current collector. Alternatively, a negative electrode material containing a negative electrode active material and a binder is prepared, and the material is applied or rolled onto a base material (for example, a negative electrode current collector), and dried to obtain a negative electrode and a negative electrode current collector. Can be laminated.

(電解質)
電解質は、上記正極と上記負極との間に介在し、これら電極間のリチウムイオン伝導を担うものである。電解質の形態は、特に限定されるものではなく、電解液、ゲル状電解質、固体電解質等を挙げることができる。
(Electrolytes)
The electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is responsible for lithium ion conduction between these electrodes. The form of the electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include an electrolytic solution, a gel electrolyte, and a solid electrolyte.

電解質液としては、例えば、リチウム塩及び非水溶媒を含有する非水系電解液が挙げられる。
リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO及びLiAsF等の無機リチウム塩;並びにLiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(CFSO等の有機リチウム塩等を挙げることができる。
非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシメタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン及びこれらの混合物等を挙げることができる。また、イオン性液体等の低揮発性液体を非水溶媒として用いることもできる。
非水系電解液におけるリチウム塩の濃度は、例えば、0.5mol/L〜3mol/Lの範囲内であることが好ましい。
電解液は、セパレータに含浸させた状態で、正極と負極との間に配置することができる。セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリフッ化ビニリデン等の多孔膜;樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布:及びこれらの積層体等を挙げることができる。
Examples of the electrolyte solution include a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt and a non-aqueous solvent.
Examples of lithium salts include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4, and LiAsF 6 ; and LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , An organic lithium salt such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 can be used.
Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), butylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, acetonitrile, Examples include 1,2-dimethoxymethane, 1,3-dimethoxypropane, diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and mixtures thereof. Moreover, low volatile liquids, such as an ionic liquid, can also be used as a non-aqueous solvent.
The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably in the range of 0.5 mol / L to 3 mol / L, for example.
The electrolytic solution can be disposed between the positive electrode and the negative electrode in a state in which the separator is impregnated. Examples of the separator include a porous film such as polyethylene, polypropylene, cellulose, and polyvinylidene fluoride; a nonwoven fabric such as a resin nonwoven fabric and a glass fiber nonwoven fabric; and a laminate thereof.

ゲル状電解質としては、例えば、上記非水系電解液をポリマーによりゲル化したものが挙げられる。具体的には、上記非水系電解液に、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリアクリルニトリル(PAN)またはポリメチルメタクリレート(PMMA)等のポリマーを添加することにより、ゲル化を行うことができる。   Examples of the gel electrolyte include those obtained by gelling the non-aqueous electrolyte with a polymer. Specifically, gelation can be performed by adding a polymer such as polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), or polymethyl methacrylate (PMMA) to the nonaqueous electrolytic solution.

固体電解質としては、例えば、酸化物固体電解質及び硫化物固体電解質を挙げることができる。
酸化物固体電解質としては、Li(XはB、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Sb及びSeよりなる群から選択される少なくとも1種であり、YはTi、Zr、Ge、In、Ga、Sn及びAlよりなる群から選択される少なくとも1種であり、a〜eは、0.5<a<5.0、0≦b<2.98、0.5≦c<3.0、0.02<d≦3.0、2.0<b+d<4.0、3.0<e≦12.0の関係を満たす)で表されるNASICON型酸化物;LiLa1−xTiO等のペロブスカイト型酸化物;LiXO−LiYO(XはSi、Ge,及びTiから選ばれる少なくとも1種であり、YはP、As及びVから選ばれる少なくとも1種である)並びにLiDO−LiYO(DはB、YはP、As及びVから選ばれる少なくとも1種である)等のLISICON型酸化物;LiLaZr12等のLi−La−Zr−O系酸化物等のガーネット型酸化物等が挙げられる。
硫化物固体電解質としては、例えば、LiS−P化合物、LiS−SiS化合物、LiS−GeS化合物等を挙げることができる。
固体電解質は、非晶質であってもよく、結晶質であってもよい。結晶質の固体電解質は、例えば、非晶質の固体電解質を焼成することで得ることができる。
Examples of the solid electrolyte include an oxide solid electrolyte and a sulfide solid electrolyte.
As the oxide solid electrolyte, Li a Xb Y cP d O e (X is at least one selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Sb and Se). Y is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Ge, In, Ga, Sn and Al, and a to e are 0.5 <a <5.0, 0 ≦ b <2. .98, 0.5 ≦ c <3.0, 0.02 <d ≦ 3.0, 2.0 <b + d <4.0, 3.0 <e ≦ 12.0. NASICON type oxide; perovskite type oxide such as Li x La 1-x TiO 3 ; Li 4 XO 4 -Li 3 YO 4 (X is at least one selected from Si, Ge, and Ti, and Y is And at least one selected from P, As and V) and Li 3 DO 3 -Li 3 LISON type oxide such as YO 4 (D is B, Y is at least one selected from P, As and V); Li—La—Zr—O type oxide such as Li 7 La 3 Zr 2 O 12 Garnet-type oxides and the like.
Examples of the sulfide solid electrolyte include a Li 2 S—P 2 S 5 compound, a Li 2 S—SiS 2 compound, and a Li 2 S—GeS 2 compound.
The solid electrolyte may be amorphous or crystalline. A crystalline solid electrolyte can be obtained, for example, by firing an amorphous solid electrolyte.

正極と負極との間における電解質の厚さは、リチウム二次電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば1〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The thickness of the electrolyte between the positive electrode and the negative electrode varies greatly depending on the configuration of the lithium secondary battery, but is preferably in the range of 1 to 100 μm, for example.

(その他)
本発明のリチウム二次電池は、上記したような正極、電解質、及び負極以外のその他構成部材を有していてもよい。
リチウム二次電池は、通常、正極、負極、電解質を収納する電池ケースを有する。電池ケースの形状は特に限定されないが、具体的にはコイン型、平板型、円筒型、ラミネート型等を挙げることができる。
リチウム二次電池が、正極、電解質、負極の順番で配置されている積層体を、繰り返し何層も重ねる構造(例えば、積層構造又は捲回構造)を取る場合には、安全性の観点から、異なる積層体に属する正極および負極の間に、セパレータを有することが好ましい。このようなセパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜;および樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等を挙げることができる。
(Other)
The lithium secondary battery of the present invention may have other constituent members other than the positive electrode, the electrolyte, and the negative electrode as described above.
A lithium secondary battery usually has a battery case that houses a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. The shape of the battery case is not particularly limited, and specific examples include a coin type, a flat plate type, a cylindrical type, and a laminate type.
In the case where the lithium secondary battery takes a structure (for example, a laminated structure or a wound structure) in which a laminated body in which a positive electrode, an electrolyte, and a negative electrode are arranged in this order is repeatedly stacked, from the viewpoint of safety, It is preferable to have a separator between the positive electrode and negative electrode which belong to different laminated bodies. Examples of such a separator include porous films such as polyethylene and polypropylene; and nonwoven fabrics such as a resin nonwoven fabric and a glass fiber nonwoven fabric.

[正極活物質の合成]
(実施例1)
硫酸鉄・七水和物(FeSO・7HO、ナカライテスク製)と、硫酸ニッケル・六水和物(NiSO・6HO、ナカライテスク製)とを、97:3のモル比になるように乳鉢で混合し、大気雰囲気下、280℃で168時間焼成することで、Fe0.970.03OHSOの粉末を得た。
[Synthesis of positive electrode active material]
Example 1
Iron sulfate heptahydrate (FeSO 4 · 7H 2 O, manufactured by Nacalai Tesque) and nickel sulfate hexahydrate (NiSO 4 · 6H 2 O, manufactured by Nacalai Tesque) in a molar ratio of 97: 3 The mixture was mixed in a mortar and fired at 280 ° C. for 168 hours in an air atmosphere to obtain a powder of Fe 0.97 M 0.03 OHSO 4 .

(実施例2)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸ニッケル・六水和物とを、95:5のモル比になるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、Fe0.95Ni0.05OHSOの粉末を得た。
(Example 2)
Fe 0.95 Ni 0 .5 in the same manner as in Example 1 except that iron sulfate heptahydrate and nickel sulfate hexahydrate were mixed at a molar ratio of 95: 5 . A powder of 05 OHSO 4 was obtained.

(実施例3)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸ニッケル・六水和物とを、90:10のモル比になるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、Fe0.9Ni0.1OHSOの粉末を得た。
(Example 3)
Fe 0.9 Ni 0 .5 in the same manner as in Example 1 except that iron sulfate heptahydrate and nickel sulfate hexahydrate were mixed at a molar ratio of 90:10 . A powder of 1 OHSO 4 was obtained.

(実施例4)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸ニッケル・六水和物とを、80:20のモル比になるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、Fe0.8Ni0.2OHSOの粉末を得た。
Example 4
Fe 0.8 Ni 0. 6 was conducted in the same manner as in Example 1 except that iron sulfate heptahydrate and nickel sulfate hexaxahydrate were mixed at a molar ratio of 80:20 . A powder of 2 OHSO 4 was obtained.

(実施例5)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸ニッケル・六水和物とを、70:30のモル比になるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、Fe0.7Ni0.3OHSOの粉末を得た。
(Example 5)
Fe 0.7 Ni 0. 5 was prepared in the same manner as in Example 1 except that iron sulfate heptahydrate and nickel sulfate hexahexahydrate were mixed at a molar ratio of 70:30 . A powder of 3 OHSO 4 was obtained.

(実施例6)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸ニッケル・六水和物とを、60:40のモル比になるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、Fe0.6Ni0.4OHSOの粉末を得た。
(Example 6)
Fe 0.6 Ni 0 .6 in the same manner as in Example 1 except that iron sulfate heptahydrate and nickel sulfate hexahydrate were mixed at a molar ratio of 60:40 . A powder of 4 OHSO 4 was obtained.

(実施例7)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸ニッケル・六水和物とを、50:50のモル比になるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、Fe0.5Ni0.5OHSOの粉末を得た。
(Example 7)
Fe 0.5 Ni 0 .5 in the same manner as in Example 1 except that iron sulfate heptahydrate and nickel sulfate hexahydrate were mixed at a molar ratio of 50:50 . A powder of 5 OHSO 4 was obtained.

(実施例8)
硫酸ニッケル・六水和物の代わりに硫酸コバルト・七水和物(CoSO・7HO、ナカライテスク製)を用い、硫酸鉄・七水和物と、硫酸コバルト・七水和物とを、97:3のモル比になるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、Fe0.97Co0.03OHSOの粉末を得た。
(Example 8)
Instead of nickel sulfate hexahydrate, cobalt sulfate heptahydrate (CoSO 4 · 7H 2 O, manufactured by Nacalai Tesque) is used, and iron sulfate heptahydrate and cobalt sulfate heptahydrate are mixed. A powder of Fe 0.97 Co 0.03 OHSO 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that mixing was performed so that the molar ratio was 97: 3.

(実施例9)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸コバルト・七水和物とを、95:5のモル比になるように混合したこと以外は、実施例8と同様にして、Fe0.95Co0.05OHSOの粉末を得た。
Example 9
Fe 0.95 Co 0 .5 in the same manner as in Example 8, except that iron sulfate heptahydrate and cobalt sulfate heptahydrate were mixed at a molar ratio of 95: 5 . A powder of 05 OHSO 4 was obtained.

(実施例10)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸コバルト・七水和物とを、90:10のモル比になるように混合したこと以外は、実施例8と同様にして、Fe0.97Co0.1OHSOの粉末を得た。
(Example 10)
Fe 0.97 Co 0 .6 in the same manner as in Example 8 except that iron sulfate heptahydrate and cobalt sulfate heptahydrate were mixed at a molar ratio of 90:10 . A powder of 1 OHSO 4 was obtained.

(実施例11)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸コバルト・七水和物とを、80:20のモル比になるように混合したこと以外は、実施例8と同様にして、Fe0.8Co0.2OHSOの粉末を得た。
(Example 11)
Fe 0.8 Co 0 .6 in the same manner as in Example 8 except that iron sulfate heptahydrate and cobalt sulfate heptahydrate were mixed at a molar ratio of 80:20 . A powder of 2 OHSO 4 was obtained.

(実施例12)
硫酸鉄・七水和物と、硫酸コバルト・七水和物とを、60:40のモル比になるように混合したこと以外は、実施例8と同様にして、Fe0.6Co0.4OHSOの粉末を得た。
(Example 12)
Fe 0.6 Co 0 .6 in the same manner as in Example 8 except that iron sulfate heptahydrate and cobalt sulfate heptahydrate were mixed at a molar ratio of 60:40 . A powder of 4 OHSO 4 was obtained.

(比較例1)
硫酸鉄・七水和物を、実施例1と同様にして焼成し、FeOHSOの粉末を得た。
(Comparative Example 1)
Iron sulfate heptahydrate was fired in the same manner as in Example 1 to obtain a FeOHSO 4 powder.

[結晶構造解析]
上記にて得られた実施例1〜12及び比較例1の活物質粉末を、乳鉢ですり潰し、100μmメッシュを通した後、以下の条件にて、X線回折法(XRD法)により結晶構造解析を行った。結果を図2及び図3に示す。
<XRD条件>
・測定装置:リガク Ultima4 一次元検出器使用
・走査範囲:10°〜80°
・スキャン速度:10°/min
・積算回数:3回
[Crystal structure analysis]
After pulverizing the active material powders of Examples 1 to 12 and Comparative Example 1 obtained above with a mortar and passing through a 100 μm mesh, the crystal structure analysis was performed by the X-ray diffraction method (XRD method) under the following conditions. Went. The results are shown in FIGS.
<XRD conditions>
・ Measurement device: Rigaku Ultima4 one-dimensional detector used ・ Scanning range: 10 ° -80 °
・ Scanning speed: 10 ° / min
・ Total number of times: 3 times

図2に示すように、比較例1と実施例1〜7とのXRDパターンを比較すると、実施例1〜7のFe1−xNiOHSO(0.03≦x≦0.5)において、主相であるFeOHSOの構造が保たれていることが確認できた。すなわち、FeOHSOのFeの一部をNiに置換できることが確認された。しかし、x≦0.3以上の実施例5〜7では、不純物としてNiSOが生成していることから、固溶限界は、x=0.2程度であるといえる。
また、図3に示すように、実施例8〜12のFe1−xCoOHSO(0.03≦x≦0.4)において、主な不純物の生成が見られず、FeOHSOの構造が安定して残っていることが確認できた。すなわち、FeOHSOのFeの一部をCoに固溶置換できることが確認された。
As shown in FIG. 2, when comparing the XRD pattern of Example 1 and Comparative Example 1~7, Fe 1-x Ni x OHSO 4 of Examples 1 to 7 in (0.03 ≦ x ≦ 0.5) It was confirmed that the structure of the main phase FeOHSO 4 was maintained. That is, it was confirmed that part of Fe in FeOHSO 4 can be replaced with Ni. However, in Examples 5 to 7 where x ≦ 0.3 or more, since NiSO 4 is generated as an impurity, the solid solution limit can be said to be about x = 0.2.
In addition, as shown in FIG. 3, in Fe 1-x Co x OHSO 4 (0.03 ≦ x ≦ 0.4) of Examples 8 to 12, no major impurities were observed, and the structure of FeOHSO 4 Was confirmed to remain stable. That is, it was confirmed that a part of Fe of FeOHSO 4 can be replaced by solid solution with Co.

[電池性能評価]
上記にて得られた実施例1〜12及び比較例1の活物質粉末を用いてリチウム二次電池を作製し、充放電試験を行った。
(リチウム二次電池の作製)
次のようにして正極を作製した。すなわち、まず、乳鉢ですり潰し、100μmメッシュを通した上記各正極活物質を、炭素粒子(ケッチェンブラック、ECP−600JD、KB international製)と、ボールミル(100rpm)を用いて混合した。得られた混合物を、アセチレンブラック(電気化学工業製、HS−100)と、PVdF(クレハ製、KFポリマー#9305)と、N−メチルー2−ピロリドン(溶媒、和光製)と混合し、正極スラリーを調製した。正極スラリーにおいて、正極活物質と炭素粒子とアセチレンブラックとPVdFとの比率(wt%)は、56:14:20:10とした。
上記正極スラリーを、アルミニウム箔(集電体)上にドクターブレード法により塗布し、80℃で乾燥後、プレス機で圧延し、目付け量3mg/cm、厚み15μmの正極を得た。
[Battery performance evaluation]
A lithium secondary battery was produced using the active material powders of Examples 1 to 12 and Comparative Example 1 obtained above, and a charge / discharge test was performed.
(Production of lithium secondary battery)
A positive electrode was produced as follows. That is, first, each positive electrode active material that was ground with a mortar and passed through a 100 μm mesh was mixed with carbon particles (Ketjen Black, ECP-600JD, manufactured by KB international) using a ball mill (100 rpm). The obtained mixture was mixed with acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo, HS-100), PVdF (manufactured by Kureha, KF polymer # 9305), and N-methyl-2-pyrrolidone (solvent, manufactured by Wako), and a positive electrode slurry. Was prepared. In the positive electrode slurry, the ratio (wt%) of the positive electrode active material, carbon particles, acetylene black, and PVdF was 56: 14: 20: 10.
The positive electrode slurry was applied onto an aluminum foil (current collector) by a doctor blade method, dried at 80 ° C., and then rolled with a press to obtain a positive electrode having a basis weight of 3 mg / cm 2 and a thickness of 15 μm.

一方、負極として、金属リチウムを準備した。
また、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを3:3:4(体積比)で混合した溶液に、リチウム塩(LiPF)を1mol/Lの濃度となるように溶解し、非水電解液を調製した。
セパレータとして、ポリプロピレン多孔質膜とポリエチレン多孔質膜との積層型多孔質フィルム(宇部興産製)を準備した。
On the other hand, metallic lithium was prepared as a negative electrode.
In addition, a solution in which ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) are mixed at 3: 3: 4 (volume ratio) is mixed with lithium salt (LiPF 6 ) at a concentration of 1 mol / L. In this way, a non-aqueous electrolyte was prepared.
As a separator, a laminated porous film (manufactured by Ube Industries) of a polypropylene porous membrane and a polyethylene porous membrane was prepared.

SUS製2032型コインセル容器を準備し、正極、セパレータ及び負極を、この順序で積層し、収容した。非水電解液を、セパレータに含浸させ、コイン型リチウム二次電池を作製した。   A SUS 2032 type coin cell container was prepared, and a positive electrode, a separator, and a negative electrode were laminated and accommodated in this order. A separator was impregnated with a non-aqueous electrolyte to produce a coin-type lithium secondary battery.

(充放電試験)
上記にて作製したコイン型リチウム二次電池について、以下のようにして充放電試験を行った。すなわち、まず、実容量150mAh/g(理論容量155mAh/g)に対して、0.1Cで2.0V下限で定電流充電を行った。その後、0.1Cで4.0Vまで定電流放電を行い、初期放電容量(Li脱離容量)を求めた。結果を、図4に示す。
図4に示すように、比較例1とNiを導入した実施例1〜7とを対比すると、Niの置換量が10atm%以下(X≦0.1)の範囲において、最も効果的に比容量が増加することが確認された。上記XRD測定の結果から、10atm%を超える場合、不純物相が生成するために、充分な容量増加効果が得られないと考えられる。
また、図4に示すように、比較例1とCoを導入した実施例8〜12とを対比すると、Coの置換量が20atm%以下(x≦0.2)の範囲において、容量を効果的に増加できることが確認された。また、Niを導入した実施例1〜7とCoを導入した実施例8〜12との対比から、Coで置換した場合、飛躍的に容量を高めることができ、理論容量に近い容量が得られることがわかる。Co量が40atm%(x=0.4)では、容量低下が見られるが、これは不純物が生成したためと考えられる。
(Charge / discharge test)
The coin-type lithium secondary battery produced above was subjected to a charge / discharge test as follows. That is, first, constant current charging was performed at a lower limit of 2.0 V at 0.1 C with respect to an actual capacity of 150 mAh / g (theoretical capacity: 155 mAh / g). Then, constant current discharge was performed to 4.0V at 0.1 C, and the initial discharge capacity (Li desorption capacity) was obtained. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 4, when Comparative Example 1 and Examples 1 to 7 into which Ni was introduced were compared, the specific capacity was most effective when the Ni substitution amount was 10 atm% or less (X ≦ 0.1). Was confirmed to increase. From the result of the above XRD measurement, when it exceeds 10 atm%, it is considered that a sufficient capacity increasing effect cannot be obtained because an impurity phase is generated.
Further, as shown in FIG. 4, when comparing Comparative Example 1 and Examples 8 to 12 in which Co is introduced, the capacity is effectively reduced in the range where the Co substitution amount is 20 atm% or less (x ≦ 0.2). It was confirmed that it could be increased. Further, in comparison with Examples 1 to 7 in which Ni is introduced and Examples 8 to 12 in which Co is introduced, when replaced with Co, the capacity can be dramatically increased, and a capacity close to the theoretical capacity can be obtained. I understand that. When the amount of Co is 40 atm% (x = 0.4), the capacity is decreased, which is considered to be due to the generation of impurities.

1…正極缶
2…正極
3…電解質
4…負極
5…負極キャップ
6…ガスケット
100…リチウム二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode can 2 ... Positive electrode 3 ... Electrolyte 4 ... Negative electrode 5 ... Negative electrode cap 6 ... Gasket 100 ... Lithium secondary battery

Claims (5)

下記一般式(1)で表わされる組成を有することを特徴とする、リチウム二次電池用正極活物質。
Fe1−xOHSO (1)
(式(1)中、MはFe以外の遷移金属元素であり、xは、0<x<1を満たす数である。)
A positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized by having a composition represented by the following general formula (1).
Fe 1-x M x OHSO 4 (1)
(In formula (1), M is a transition metal element other than Fe, and x is a number satisfying 0 <x <1.)
前記一般式(1)において、前記MがNi及びCoから選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1に記載のリチウム二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein, in the general formula (1), the M includes at least one selected from Ni and Co. 前記一般式(1)において、前記MがNiであり、0<x≦0.1である、請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1 or 2, wherein, in the general formula (1), the M is Ni and 0 <x ≦ 0.1. 前記一般式(1)において、前記MがCoであり、0<x≦0.2である、請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein, in the general formula (1), the M is Co and 0 <x ≦ 0.2. 正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在する電解質を備えるリチウム二次電池であって、
前記正極が、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質を含むことを特徴とする、リチウム二次電池。
A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,
A lithium secondary battery, wherein the positive electrode includes the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4.
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