JP2014022293A - Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same - Google Patents

Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, for obtaining a nonaqueous electrolyte secondary battery high in capacity and high in safety, and a method for producing the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery.SOLUTION: There are provided: a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, which is a particle of a lithium metal composite oxide mainly consisting of nickel or cobalt while the surface of the composite oxide particle is covered with a phosphate film and carbon, in this order; and a method for producing the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery.

Description

本発明は、高容量で安全性が高い非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having high capacity and high safety, and a method for producing the same.

近年、携帯電話及びノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及にともない、高いエネルギー密度を有し、小型で軽量な非水系電解質二次電池が強く望まれている。更に、自動車業界では温室効果ガスの排出量低減が期待される電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)に搭載する大型のリチウム二次電池の開発が盛んに行われている。
このような要求を満足する二次電池としては、リチウムイオン二次電池が挙げられ、このリチウムイオン二次電池は、負極および正極と電解液等で構成され、負極および正極の活物質として、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料を用いている。
In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density, small size and light weight are strongly desired. Furthermore, in the automobile industry, development of large-sized lithium secondary batteries to be mounted on electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), which are expected to reduce greenhouse gas emissions, has been actively conducted.
Secondary batteries that satisfy such requirements include lithium ion secondary batteries, which are composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte, and the like. A material that can be detached and inserted is used.

このリチウムイオン二次電池については、現在、研究開発が盛んに行われており、この中でも、層状リチウム金属複合酸化物やスピネル型リチウム金属複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池では、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する二次電池として実用化が進んでいる。   This lithium ion secondary battery is currently under active research and development. Among these, lithium ion secondary batteries using a layered lithium metal composite oxide or a spinel type lithium metal composite oxide as the positive electrode material are among them. Since a high voltage of 4V class can be obtained, practical use is progressing as a secondary battery having a high energy density.

ここで、正極活物質として提案されている材料としては、合成が比較的容易なリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO)、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウム・ニッケル複合酸化物(LiNiO)、マンガンを用いたリチウム・マンガン複合酸化物(LiMn)等が挙げられる。
しかしながら、上記酸化物は、充電状態で高温環境下に放置しておくと、分解による酸素放出を起こし、放出された酸素と有機電解液が反応して発火しやすくなるという安全性の問題があった。そのため、現在実用化されているリチウムイオン二次電池では、厳密な電圧制御や、内部回路の工夫など何重もの安全機構を施した設計で対応している。
Here, as materials proposed as the positive electrode active material, lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) that is relatively easy to synthesize, lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel that is cheaper than cobalt. ) And lithium / manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese.
However, when the oxide is left in a high temperature environment in a charged state, oxygen is released due to decomposition, and there is a safety problem that the released oxygen and the organic electrolyte react to easily ignite. It was. For this reason, lithium ion secondary batteries currently in practical use are designed with multiple safety mechanisms such as strict voltage control and internal circuit innovation.

一方、層状もしくはスピネル型リチウム金属複合酸化物自体の安全性を高める方法についても、これまでに様々な検討がなされている。
例えば、リチウムイオン二次電池正極材料の熱安定性を向上させることを目的として、一般式:LiNiCo(式中、Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn及びMoからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属であり、かつa、b、c、d、eは、0<a<1.3、0.02≦b≦0.5、0.02≦d/c+d≦0.9、1.8<e<2.2、b+c+d=1である。)で表されるリチウム金属複合酸化物等が提案されている(例えば、特許文献1参照) 。
On the other hand, various studies have been made so far on methods for enhancing the safety of the layered or spinel type lithium metal composite oxide itself.
For example, in order to improve the thermal stability of the lithium ion secondary battery positive electrode material, the general formula: Li a M b Ni c Co d O e ( where, M is, Al, Mn, Sn, In , Fe , V, Cu, Mg, Ti, Zn, and Mo, and a, b, c, d, and e are 0 <a <1.3 and 0.02 ≦ b. ≦ 0.5, 0.02 ≦ d / c + d ≦ 0.9, 1.8 <e <2.2, and b + c + d = 1.) A lithium metal composite oxide or the like has been proposed ( For example, see Patent Document 1).

この場合、添加元素Mとして、例えばアルミニウムを選択した場合、ニッケルからアルミニウムへの置換量を多くすれば正極活物質の分解反応は抑えられ、熱安定性は向上することが確かめられている。しかしながら、十分な安定性を確保するのに有効なアルミニウム量でニッケルを置換すると、充放電反応にともない酸化還元反応に寄与するニッケルの量が減少するため、初期容量が大きく低下するという問題点も有している。   In this case, when, for example, aluminum is selected as the additive element M, it is confirmed that if the amount of substitution from nickel to aluminum is increased, the decomposition reaction of the positive electrode active material is suppressed and the thermal stability is improved. However, if nickel is replaced with an aluminum amount effective to ensure sufficient stability, the amount of nickel contributing to the oxidation-reduction reaction accompanying the charge / discharge reaction decreases, so the initial capacity is greatly reduced. Have.

他の方法として、リチウム・ニッケル酸化物粒子の表面にリチウム化合物を添着させた非水電解質リチウムイオン二次電池用正極材料が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、これらの提案では、層状酸化物やスピネル型酸化物においては、充電状態(リチウムを放出した状態)で高温にしたときに酸素を離しやすいという根本的な問題が解決されないため、安全性の面ではさらなる改善が求められていた。
As another method, a positive electrode material for a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery in which a lithium compound is impregnated on the surface of lithium / nickel oxide particles has been proposed (for example, see Patent Document 2).
However, these proposals do not solve the fundamental problem that layered oxides and spinel oxides easily release oxygen when heated to a high temperature in a charged state (a state in which lithium is released). On the surface, further improvement was required.

このような要求に応じて、例えば一般式:LiFePO等で表されるオリビン型リン酸リチウム化合物(例えば、特許文献3、4参照。)では、リンと酸素の共有結合による強固な(PO3−ポリアニオンを構成しているため、充放電による体積変化が少なく、酸素を放出しにくい。このため、安全性で問題を起こす原因となる過放電や過充電に強く、高温での安定性も高い。さらに、サイクル寿命や急速充放電でも優位性がある。 In response to such a requirement, for example, an olivine-type lithium phosphate compound represented by a general formula: LiFePO 4 or the like (see, for example, Patent Documents 3 and 4) has strong (PO 4) due to a covalent bond between phosphorus and oxygen. ) Since 3- polyanion is formed, there is little volume change due to charge / discharge, and oxygen is hardly released. For this reason, it is strong against overdischarge and overcharge that cause problems in safety, and has high stability at high temperatures. Furthermore, there is an advantage in cycle life and rapid charge / discharge.

しかしながら、電気伝導度が10−8S/cm 以下と低いため、プロセス上の工夫が必要となる。現状ではほとんどの場合、LiFePO粒子の表面に導電性のカーボンをコーティングしている。さらに、Liの拡散性が低く、そのままでは十分な性能が出せないことから、数十nm 径に微粒子化し、拡散距離を短くするとともに表面積を増やしている。
一方、LiFePO粒子は微粒子化されているため、高密度に充填することが難しく、放電容量を十分に向上できない問題を抱えている。
However, since the electrical conductivity is as low as 10 −8 S / cm 2 or less, a device on the process is required. At present, in most cases, the surface of LiFePO 4 particles is coated with conductive carbon. Furthermore, since the diffusibility of Li is low and sufficient performance cannot be obtained as it is, fine particles are formed to a diameter of several tens of nm, the diffusion distance is shortened and the surface area is increased.
On the other hand, since the LiFePO 4 particles are finely divided, it is difficult to fill them with high density, and the discharge capacity cannot be sufficiently improved.

そこで、放電容量は大きいが安全性に劣る正極活物質と、安全性は高いが容量が小さいリチウム鉄リン複合酸化物(LiFePO)を組み合わせて、安全性が高く、容量の大きな正極材料の開発が進められている。
特許文献5ではリチウム・ニッケル複合酸化物(LiNi1−y、0.9<x≦1.1、0≦y≦0.7、1.9≦z≦2.1、MはAl、Co、Mnの少なくとも一種を含む)と、リチウム・鉄・リン複合酸化物(LiFePO) と導電性炭素源を焼成する製造法であり、放電容量が高く、高温保存特性に優れた非水電解質二次電池が得られるとしている。
Therefore, by developing a positive electrode material with high safety and high capacity by combining a positive electrode active material with large discharge capacity but poor safety and lithium iron phosphorus composite oxide (LiFePO 4 ) with high safety but small capacity. Is underway.
In Patent Document 5, lithium-nickel composite oxide (Li x Ni 1-y M y O z , 0.9 <x ≦ 1.1, 0 ≦ y ≦ 0.7, 1.9 ≦ z ≦ 2.1, M is a production method of firing lithium, iron, phosphorus composite oxide (LiFePO 4 ) and a conductive carbon source, including at least one of Al, Co, and Mn, and has a high discharge capacity and excellent high-temperature storage characteristics. It is said that a non-aqueous electrolyte secondary battery can be obtained.

しかしながら、特許文献5に記載の方法では、リチウム・鉄・リン複合酸化物とリチウム・ニッケル複合酸化物を混ぜただけであり、リチウム・鉄・リン複合酸化物の被覆が不完全で、密着強度が弱く、充放電に伴って生じる体積変化で剥離してしまい、熱安定性が維持できないおそれがある。   However, in the method described in Patent Document 5, the lithium / iron / phosphorus composite oxide is mixed with the lithium / nickel composite oxide, and the coating of the lithium / iron / phosphorus composite oxide is incomplete, and the adhesion strength However, it may peel off due to a volume change caused by charging and discharging, and thermal stability may not be maintained.

特許文献6では、LiMPO(MはFeを有する)で示される第1のリチウム化合物と、第1のリチウム化合物よりも貴な電位を有する第2のリチウム化合物との複合体を正極活物質として用いる技術が開示されている。この技術によると、優れた充放電特性を有する電池が得られるとされている。
しかしながら、この技術では、高温保存特性が十分でないという問題がある。
In Patent Document 6, a composite of a first lithium compound represented by LiMPO 4 (M has Fe) and a second lithium compound having a nobler potential than the first lithium compound is used as a positive electrode active material. The technique used is disclosed. According to this technique, it is said that a battery having excellent charge / discharge characteristics can be obtained.
However, this technique has a problem that the high-temperature storage characteristics are not sufficient.

特許文献7では、正極活物質にリン酸鉄リチウムとコバルト酸リチウムとの混合物を用いることにより混合物の主成分であるリン酸鉄リチウムが充放電中に収縮・膨張を繰り返した場合においても、正極活物質中に、電気伝導度が10−6S/cm以上で、リチウムを放出時に膨張し、かつリチウムを吸蔵時に収縮する性質をもつコバルト酸リチウムが含まれていることにより、正極活物質の電子伝導経路が維持され、充放電サイクルを繰り返した後においても、放電特性が優れ、主成分が熱安定性の高いオリビン構造を有するリン酸鉄・リチウムであるため、きわめて安全性の高い電池が得られることが開示されている。
しかしながら、リン酸鉄・リチウムとコバルト酸リチウムを混合しただけであり、リン酸鉄・リチウムは熱安定性に優れるが、コバルト酸リチウムの表面は電解液に接触するため全体として熱安定性の向上は望めない。
In Patent Document 7, even when lithium iron phosphate, which is the main component of the mixture, repeatedly contracts and expands during charge and discharge by using a mixture of lithium iron phosphate and lithium cobaltate as the positive electrode active material, the positive electrode Since the active material contains lithium cobaltate having an electric conductivity of 10 −6 S / cm or more, expanding lithium when releasing, and contracting when absorbing lithium, the positive electrode active material Even after the electron conduction path is maintained and the charge / discharge cycle is repeated, the discharge characteristics are excellent and the main component is iron phosphate / lithium having an olivine structure with high thermal stability. It is disclosed that it can be obtained.
However, only iron phosphate / lithium and lithium cobalt oxide are mixed, and iron phosphate / lithium is excellent in thermal stability, but the surface of lithium cobaltate is in contact with the electrolyte, improving overall thermal stability. Can't hope.

特開平5−242891号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-242891 特開2005−190996号公報JP-A-2005-190996 特開平9−134725号公報JP-A-9-134725 WO2005/041327号公報WO2005 / 041327 特開2008−210701号公報JP 2008-210701 A 特開2001−307730号公報JP 2001-307730 A 特開2008−34218号公報JP 2008-34218 A

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、高容量で安全性が高い非水電解質二次電池を得るための非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法を提供するものである。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for producing the same for obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery having high capacity and high safety. It is to provide.

本発明者は、以上の状況に鑑み、リチウム金属複合酸化物粒子の表面をリン酸処理してリン酸塩皮膜で被覆することにより、充電状態で高温環境下に放置しておいても、リチウム金属複合酸化物粒子の分解による酸素の脱離を抑制する事を見出した。さらに、リン酸塩皮膜の外側を炭素で被覆することにより粒子間の導電性が確保され、高容量で安全性が高い非水電解質二次電池が得られることも見出し、本発明を完成するに至ったものである。より具体的には本発明は以下のものを提供する。   In view of the above situation, the present inventor has prepared a lithium metal composite oxide particle surface by phosphoric acid treatment and coating with a phosphate film, so that the lithium metal composite oxide particles can be left in a high temperature environment in a charged state. It has been found that oxygen desorption due to decomposition of metal composite oxide particles is suppressed. Furthermore, it was also found that by covering the outside of the phosphate film with carbon, conductivity between particles was ensured, and a high capacity and high safety non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained, and the present invention was completed. It has come. More specifically, the present invention provides the following.

本発明の第1の発明は、リチウム金属複合酸化物粒子であって、構成する金属がニッケルまたはコバルトを主成分とし、その複合酸化物粒子表面が、リン酸塩皮膜、炭素の順に被覆されていることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質である。   1st invention of this invention is lithium metal complex oxide particle | grains, Comprising: The metal which comprises nickel or cobalt as a main component, The complex oxide particle surface is coat | covered in order of the phosphate film and carbon. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明の第2の発明は、第1の発明におけるリチウム金属複合酸化物粒子が、一般式LiNi1−y(式中、0.05≦x≦1.2、0≦y≦0.7、MはFe、Co、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Srからなる群より選ばれる一種以上である。)で表されるリチウム・ニッケル複合酸化物の粒子であることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質である。 According to a second aspect of the present invention, the lithium metal composite oxide particles according to the first aspect have a general formula Li x Ni 1-y M y O 2 (wherein 0.05 ≦ x ≦ 1.2, 0 ≦ y ≦ 0.7, M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Mn, Cu, Zn, Al, Sn, B, Ga, Cr, V, Ti, Mg, Ca, and Sr). A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the positive electrode active material is a lithium-nickel composite oxide particle.

本発明の第3の発明は、第1の発明におけるリチウム金属複合酸化物粒子が、一般式LiCo1−y(式中、0.9≦x≦1.2、0≦y≦0.1、MはMg、Al、Ti及びZrからなる群より選ばれる一種以上である。)で表される層状構造を有するリチウム・コバルト複合酸化物の粒子であることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質である。 According to a third aspect of the present invention, the lithium metal composite oxide particles according to the first aspect are represented by the general formula Li x Co 1-y M y O 2 (where 0.9 ≦ x ≦ 1.2, 0 ≦ y ≦ 0.1, M is one or more selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, and Zr.) and lithium-cobalt composite oxide particles having a layered structure represented by It is a positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries.

本発明の第4の発明は、リチウム金属複合酸化物粒子の粒子表面をリン酸処理によりリン酸塩皮膜で被覆する工程と、そのリン酸塩皮膜により被覆された粒子表面を炭素により被覆する工程を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法である。   The fourth invention of the present invention is a step of coating the particle surface of the lithium metal composite oxide particles with a phosphate coating by phosphoric acid treatment, and a step of coating the particle surface coated with the phosphate coating with carbon It is a manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries characterized by including.

本発明の第5の発明は、第4の発明におけるリチウム金属複合酸化物粒子が、LiNi1−y(式中、0.05≦x≦1.2である。また、0≦y≦0.7である。そして、MはFe、Co、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Srからなる群より選ばれる一種以上である。)であることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法である。 In a fifth aspect of the present invention, the lithium metal composite oxide particles in the fourth aspect are Li x Ni 1-y M y O 2 (wherein 0.05 ≦ x ≦ 1.2. 0 ≦ y ≦ 0.7, and M is selected from the group consisting of Fe, Co, Mn, Cu, Zn, Al, Sn, B, Ga, Cr, V, Ti, Mg, Ca, and Sr. This is the manufacturing method of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明の第6の発明は、第4の発明におけるリチウム金属複合酸化物粒子がLiCo1−y(式中、0.9≦x≦1.2である。また、0≦y≦0.1である。そして、MはMg、Al、Ti及びZrからなる群より選ばれる一種以上である。)であることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法である。 In a sixth aspect of the present invention, the lithium metal composite oxide particles in the fourth aspect are Li x Co 1-y M y O 2 (where 0.9 ≦ x ≦ 1.2. In addition, 0 ≦ y ≦ 0.1, and M is one or more selected from the group consisting of Mg, Al, Ti and Zr.) Of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery It is a manufacturing method.

本発明によれば、リチウム金属複合酸化物粒子の表面をリン酸塩皮膜で被覆し、さらにその表面を炭素で被覆することによって、充電時の高温環境下におけるリチウム金属複合酸化物粒子の分解による酸素の脱離抑制、及び粒子間の導電性を維持する特性を有する非水電解質二次電池用正極活物質が得られ、この正極活物質を用いることにより、高容量、且つ安全性が高い非水電解質二次電池が得られるものである。   According to the present invention, the surface of the lithium metal composite oxide particles is coated with a phosphate film, and the surface is further coated with carbon, thereby decomposing the lithium metal composite oxide particles in a high temperature environment during charging. A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having the characteristics of suppressing desorption of oxygen and maintaining conductivity between particles is obtained. By using this positive electrode active material, a high capacity and high safety can be obtained. A water electrolyte secondary battery can be obtained.

本発明に係わる、非水電解質二次電池用正極活物質の断面図である。It is sectional drawing of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries concerning this invention. 正極活物質の評価のために作製した2032型のコイン電池の断面図である。It is sectional drawing of a 2032 type coin battery produced for evaluation of a positive electrode active material.

本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質は、リチウム金属複合酸化物粒子の表面をリン酸処理してリン酸塩皮膜で被覆し、さらに、炭素で被覆した構造を備えている。
ここで、本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質の技術的特徴は、リチウム金属複合酸化物粒子の表面をリン酸処理してリン酸塩皮膜で被覆し、さらに、炭素で被覆した構造にあるので、本発明の非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法について詳細に説明する。
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a structure in which the surface of the lithium metal composite oxide particles is treated with phosphoric acid and coated with a phosphate film, and further coated with carbon.
Here, the technical feature of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is that the surface of the lithium metal composite oxide particles is treated with phosphoric acid and coated with a phosphate film, and further coated with carbon. Therefore, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and the method for producing the same according to the present invention will be described in detail.

<1.正極活物質>
本発明の非水電解質二次電池用正極活物質について図面を参照しながら、具体的に説明する。
図1は、本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質の実施形態を具体的に示す断面図である。
図1に示すように、本発明に係る非水電解質二次電池用正極活物質11は、リチウム金属複合酸化物粒子3の表面にリン酸処理によるリン酸塩皮膜2が形成されていることを特徴とし、さらに、そのリン酸塩皮膜表面に炭素皮膜1が形成されているリチウム金属複合酸化物粒子である。
<1. Cathode active material>
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view specifically showing an embodiment of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the positive electrode active material 11 for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a phosphate film 2 formed by phosphoric acid treatment on the surface of a lithium metal composite oxide particle 3. The lithium metal composite oxide particles are characterized in that the carbon film 1 is formed on the surface of the phosphate film.

[リチウム金属複合酸化物粒子]
本発明の正極活物質を主として構成するリチウム金属複合酸化物粒子3は、NiまたはCoを主成分として含み、具体的には、一般式:LiNi1−y(式中、0.05≦x≦1.2、0≦y≦0.7、MはFe、Co、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Srからなる群より選ばれる一種以上である。)、またはLiCo1−y(式中、0.9≦x≦1.2、0≦y≦0.1、MはMg、Al、Ti及びZrからなる群より選ばれる一種以上である。)で表されるリチウム金属複合酸化物粒子である。
[Lithium metal composite oxide particles]
The lithium metal composite oxide particle 3 mainly constituting the positive electrode active material of the present invention contains Ni or Co as a main component, specifically, a general formula: Li x Ni 1-y M y O 2 (wherein 0.05 ≦ x ≦ 1.2, 0 ≦ y ≦ 0.7, M is from Fe, Co, Mn, Cu, Zn, Al, Sn, B, Ga, Cr, V, Ti, Mg, Ca, Sr Or Li x Co 1-y M y O 2 (wherein 0.9 ≦ x ≦ 1.2, 0 ≦ y ≦ 0.1, M is Mg, Al) Lithium metal composite oxide particles represented by the formula (1) or more selected from the group consisting of Ti and Zr.

[リン酸塩皮膜]
本発明のリン酸塩皮膜2は、上記リチウム金属複合酸化物粒子3の表面を被覆し、温度上昇時に酸素の脱離を抑制するものであればよい。
すなわち、リチウム金属複合酸化物粒子を正極とした場合、充電時にはリチウム金属複合酸化物粒子からLiが引き抜かれるため、構造が不安定となり、リチウム金属複合酸化物粒子と電解液との界面で、結合の弱い酸素の脱離が起こる。そこで、リチウム金属複合酸化物粒子の表面をリンと酸素の共有結合による強固な(PO3−ポリアニオンで被覆することにより、酸素の脱離を抑制するものである。
さらに、リチウム金属複合酸化物粒子表面と連続的につながり、剥離しにくい構造でLiイオンの拡散が容易であればよい。
[Phosphate film]
The phosphate coating 2 of the present invention may be any coating that covers the surface of the lithium metal composite oxide particles 3 and suppresses the desorption of oxygen when the temperature rises.
That is, when lithium metal composite oxide particles are used as the positive electrode, Li is extracted from the lithium metal composite oxide particles during charging, resulting in an unstable structure and bonding at the interface between the lithium metal composite oxide particles and the electrolyte. Desorption of weak oxygen occurs. Therefore, the release of oxygen is suppressed by coating the surface of the lithium metal composite oxide particles with a strong (PO 4 ) 3- polyanion by covalent bonding of phosphorus and oxygen.
Further, it is only necessary that the lithium metal composite oxide particles are continuously connected to the surface of the lithium metal composite oxide particles and are difficult to peel off, so that Li ions can be easily diffused.

[炭素皮膜]
炭素皮膜1による被覆は、上記リン酸塩皮膜2で被覆されたリチウム金属複合酸化物粒子の表面を被覆し、電子伝導性を向上させるものである。
炭素源には、酢酸、クエン酸等の有機酸や、セルロース、グルコース、スクロース、ラクトース、マルトース等の糖、ポリビニルアルコール等のポリマー等を用いることができる。なお、リン酸塩皮膜で被覆されたリチウム金属複合酸化物粒子に対する炭素材料の質量比率は限定されるものではないが、炭素材料の質量比率は低いほど正極活物質量を低減できる。
[Carbon film]
The coating with the carbon coating 1 covers the surface of the lithium metal composite oxide particles coated with the phosphate coating 2 and improves the electron conductivity.
As the carbon source, organic acids such as acetic acid and citric acid, sugars such as cellulose, glucose, sucrose, lactose and maltose, polymers such as polyvinyl alcohol, and the like can be used. In addition, although the mass ratio of the carbon material with respect to the lithium metal composite oxide particle coat | covered with the phosphate membrane | film | coat is not limited, the amount of positive electrode active materials can be reduced, so that the mass ratio of a carbon material is low.

<2.正極活物質の製造方法>
[リチウム金属複合酸化物粒子の製造方法]
リチウム金属複合酸化物粒子の製造方法は特に限定されず、LiにNi、Coを主体とする少なくとも一種以上の遷移金属元素を固溶させられる方法であればよい。
例えば、Li CO(炭酸リチウム)とNiCO(炭酸ニッケル)とCoCO(炭酸コバルト)とを、LiとNiとCoとのモル比が1:0.5:0.5となるように乳鉢で混合した後、この混合物を空気中850℃で20時間熱処理して、LiNi0.5Co0.5 から成るリチウム金属複合酸化物粒子を作製する方法などが挙げられる。
<2. Method for producing positive electrode active material>
[Method for producing lithium metal composite oxide particles]
The method for producing the lithium metal composite oxide particles is not particularly limited as long as it is a method in which at least one or more transition metal elements mainly composed of Ni and Co are dissolved in Li.
For example, Li 2 CO 3 (lithium carbonate), NiCO 3 (nickel carbonate), and CoCO 3 (cobalt carbonate) are mixed so that the molar ratio of Li, Ni, and Co is 1: 0.5: 0.5. After mixing in a mortar, this mixture is heat-treated in air at 850 ° C. for 20 hours to prepare lithium metal composite oxide particles composed of LiNi 0.5 Co 0.5 O 2 .

[リン酸塩皮膜による被覆方法]
リン酸塩皮膜による被覆方法は、リン酸存在下に、有機溶剤中で粉砕する方法が使用できる。この方法によれば、アトライタ等によってリチウム金属複合酸化物粒子を粉砕する際にリン酸を添加することにより、粉砕によって凝集粒子に新生面が生じても瞬時に溶媒中のリン酸と反応し、粒子表面に安定なリン酸塩皮膜が形成される。また、その後、粉砕されたリチウム金属複合酸化物粒子が凝集しても、接触面はすでに安定化されており、解砕により被覆の不完全領域が生じることはない。
[Method of coating with phosphate film]
As a coating method using a phosphate film, a method of grinding in an organic solvent in the presence of phosphoric acid can be used. According to this method, by adding phosphoric acid when the lithium metal composite oxide particles are pulverized by an attritor or the like, even if a new surface is generated in the aggregated particles by pulverization, the particles react instantaneously with phosphoric acid in the solvent. A stable phosphate film is formed on the surface. After that, even if the pulverized lithium metal composite oxide particles are aggregated, the contact surface is already stabilized, and an incomplete region of the coating does not occur due to crushing.

また、リチウム金属複合酸化物粒子表面を保護するために必要なリン酸塩皮膜の厚みは、通常、平均で5〜100nmである。リン酸塩皮膜の平均厚みが5nm未満であると十分な酸素の脱離抑制が得られず、また、100nmを越えると電池特性が低下する。
リン酸塩皮膜の形成に用いるリン酸としては、特に制限はなく、市販されている通常のリン酸、例えば、85%濃度のリン酸水溶液を使用することができる。
Moreover, the thickness of the phosphate film necessary for protecting the surface of the lithium metal composite oxide particles is usually 5 to 100 nm on average. If the average thickness of the phosphate film is less than 5 nm, sufficient oxygen desorption suppression cannot be obtained, and if it exceeds 100 nm, the battery characteristics deteriorate.
There is no restriction | limiting in particular as phosphoric acid used for formation of a phosphate membrane | film | coat, Commercially available normal phosphoric acid, for example, 85% concentration phosphoric acid aqueous solution can be used.

さらに、リン酸の添加方法は、特に限定されず、例えば、アトライタ等でリチウム金属複合酸化物粒子を粉砕するに際し、溶媒として用いる有機溶剤にリン酸を添加する。リン酸は、最終的に所望のリン酸濃度になれば良く、粉砕開始前に一度に添加しても粉砕中に徐々に添加しても良い。   Furthermore, the addition method of phosphoric acid is not specifically limited, For example, when grind | pulverizing lithium metal complex oxide particle | grains with an attritor etc., phosphoric acid is added to the organic solvent used as a solvent. Phosphoric acid only needs to finally have a desired phosphoric acid concentration, and may be added all at once before the start of pulverization or gradually during pulverization.

有機溶剤としては、特に制限はなく、通常はエタノールまたはイソプロピルアルコール等のアルコール類、ケトン類、低級炭化水素類、芳香族類、またはこれらの混合物が用いられる。   The organic solvent is not particularly limited, and usually alcohols such as ethanol or isopropyl alcohol, ketones, lower hydrocarbons, aromatics, or a mixture thereof is used.

リン酸の添加量は、粉砕後のリチウム金属複合酸化物粒子の粒径、表面積等に関係するので一概には言えないが、通常は、粉砕するリチウム金属複合酸化物粒子に対して0.1mol/kg以上2mol/kg未満であり、より好ましくは0.15〜1.5mol/kgであり、さらに好ましくは0.2〜0.4mol/kgである。
即ち、0.1mol/kg未満であるとリチウム金属複合酸化物粒子の表面処理が十分に行なわれないために酸素の脱離抑制が十分ではない。
The amount of phosphoric acid added is generally unrelated since it is related to the particle size, surface area, etc. of the pulverized lithium metal composite oxide particles, but is usually 0.1 mol with respect to the lithium metal composite oxide particles to be pulverized. / Kg or more and less than 2 mol / kg, more preferably 0.15 to 1.5 mol / kg, still more preferably 0.2 to 0.4 mol / kg.
That is, when it is less than 0.1 mol / kg, the surface treatment of the lithium metal composite oxide particles is not sufficiently performed, so that the desorption of oxygen is not sufficient.

さらに、このようにして得られたリン酸塩皮膜で被覆されたリチウム金属複合酸化物粒子を、不活性ガス中または真空中、100℃以上で加熱処理を施すことが好ましい。100℃未満で加熱処理を施すと、乾燥が十分進まずに安定な表面皮膜の形成が阻害される。   Furthermore, it is preferable to heat-treat the lithium metal composite oxide particles coated with the phosphate film thus obtained at 100 ° C. or higher in an inert gas or in a vacuum. When the heat treatment is performed at less than 100 ° C., drying does not proceed sufficiently and formation of a stable surface film is inhibited.

[炭素皮膜による被覆方法]
たとえば、リン酸塩皮膜で被覆したリチウム金属複合酸化物粒子をアセトンに溶解した酢酸セルロース溶液に含浸する。乾燥後、加熱炉でアルゴン雰囲気中にて昇温して保持する。次いで、アルゴン雰囲気中にて段階的に冷却する。この工程によりリン酸塩皮膜で被覆したリチウム金属複合酸化物粒子表面を、さらに、炭素で被覆することができる。
[Method of coating with carbon film]
For example, a lithium metal composite oxide particle coated with a phosphate film is impregnated in a cellulose acetate solution dissolved in acetone. After drying, the temperature is raised and held in an argon atmosphere in a heating furnace. Subsequently, it cools in steps in argon atmosphere. Through this step, the surface of the lithium metal composite oxide particles coated with the phosphate film can be further coated with carbon.

<3.二次電池作製>
上記非水電解質二次電池用正極活物質を用いて、例えば、以下のようにして正極を作製する。
まず、粉末状の正極活物質、導電材、結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭、粘度調整等の目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製する。正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、二次電池の性能を決定する重要な要素となる。
溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を100質量部とした場合、一般の非水系電解質二次電池の正極と同様、正極活物質の含有量を50〜95質量部とし、導電材の含有量を1〜30質量部とし、結着剤の含有量を1〜20質量部とすることが望ましい。
<3. Production of secondary battery>
Using the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, a positive electrode is produced as follows.
First, a powdered positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and, if necessary, a target solvent such as activated carbon and viscosity adjustment is added and kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. Each mixing ratio in the positive electrode mixture paste is also an important factor that determines the performance of the secondary battery.
When the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 50 to 95 parts by mass as in the case of the positive electrode of a general non-aqueous electrolyte secondary battery, and the conductive material It is desirable to set the content of 1 to 30 parts by mass and the content of the binder to 1 to 20 parts by mass.

得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して、溶剤を飛散させる。必要に応じ、電極密度を高めるべく、ロールプレス等により加圧しても良い。
このようにして、シート状の正極を作製することができる。このシート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等をして、電池の作製に供するものである。ただし、正極の作製方法は、前記例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。
The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, an aluminum foil and dried to disperse the solvent. If necessary, pressurization may be performed by a roll press or the like to increase the electrode density.
In this way, a sheet-like positive electrode can be produced. This sheet-like positive electrode is cut into an appropriate size according to the target battery and used for the production of the battery. However, the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described examples, and other methods may be used.

用いる導電剤としては、例えば、黒鉛( 天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など) や、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などを用いることができる。
用いる結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、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)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などを用いることができる。
Examples of the conductive agent used include graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, etc.), carbon black materials such as acetylene black and ketjen black.
The binder to be used plays a role of anchoring the active material particles. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluoro rubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose resin, poly Acrylic acid or the like can be used.

さらに、必要に応じ、正極活物質、導電材、活性炭を分散させ、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加する。溶剤としては、具体的には、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。   Furthermore, if necessary, a positive electrode active material, a conductive material, and activated carbon are dispersed, and a solvent that dissolves the binder is added to the positive electrode mixture. Specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent. In addition, activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.

次いで、本発明の二次電池に用いる正極以外の構成要素について説明する。ただし、本発明の二次電池は、上記正極活物質を用いる点に特徴を有するものであり、その他の構成要素は特に限定されるものではない。
負極としては、例えば、金属リチウム、リチウム合金等、また、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用する。
Next, components other than the positive electrode used in the secondary battery of the present invention will be described. However, the secondary battery of the present invention is characterized in that the positive electrode active material is used, and other components are not particularly limited.
As the negative electrode, for example, metallic lithium, lithium alloy, or the like, a negative electrode mixture made by mixing a binder with a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and adding a suitable solvent to form a paste, For example, a metal foil current collector such as a metal foil is applied and dried, and is compressed to increase the electrode density as necessary.

負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。
この場合、負極結着剤としては、正極同様、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を用いることができ、これら活物質および結着剤を分散させる溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
As the negative electrode active material, for example, natural graphite, artificial graphite, a fired organic compound such as phenol resin, or a powdery carbon material such as coke can be used.
In this case, as the negative electrode binder, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used as in the case of the positive electrode, and the active material and the solvent for dispersing the binder include N-methyl-2-pyrrolidone. Organic solvents can be used.

セパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置する。このセパレータは、正極と負極とを分離し電解質を保持するものであり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い膜で、微少な穴を多数有する膜を用いることができる。   The separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. This separator separates a positive electrode and a negative electrode and retains an electrolyte. For example, a thin film of polyethylene, polypropylene or the like and a film having many minute holes can be used.

非水系電解液は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。
用いる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等の環状カーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物、エチルメチルスルホン、ブタンスルトン等の硫黄化合物、又はリン酸トリエチル、リン酸トリオクチル等のリン化合物等から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。
The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.
Examples of the organic solvent to be used include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and dipropyl carbonate, tetrahydrofuran, and 2-methyl. At least one selected from ether compounds such as tetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone, or phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate can be used.

用いる支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiN(CFSO 等、およびそれらの複合塩を用いることができる。さらに、上記非水系電解液には、ラジカル補足剤、界面活性剤および難燃剤等を含んでいてもよい。 As the supporting salt to be used, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , or a composite salt thereof can be used. Furthermore, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.

上記正極、負極、セパレータおよび非水系電解液で構成される本発明に係るリチウム二次電池の形状は、円筒型、積層型等、種々のものとする。
いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、この電極体に上記非水系電解液を含浸させる。正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、並びに負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を集電用リード等を用いて接続する。以上の構成のものを電池ケースに密閉して電池を完成させる。
The lithium secondary battery according to the present invention composed of the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte solution has various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape.
In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the electrode body is impregnated with the non-aqueous electrolyte solution. The positive electrode current collector and the positive electrode terminal communicating with the outside, and the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside are connected using a current collecting lead or the like. The battery having the above configuration is sealed in a battery case to complete the battery.

本発明のリチウム金属複合酸化物粒子の表面をリン酸処理してリン酸塩皮膜で被覆し、さらに、炭素で被覆した非水電解質二次電池用正極活物質を用いることにより、リチウム金属複合酸化物粒子による高容量が得られ、リン酸塩皮膜で高温時の電解液界面での酸素の脱離が抑制され安全性が高い非水電解質二次電池となる。   The surface of the lithium metal composite oxide particles of the present invention is treated with phosphoric acid, coated with a phosphate film, and further coated with carbon to form a lithium metal composite oxide by using a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. A high capacity can be obtained by physical particles, and a phosphate film can suppress the desorption of oxygen at the electrolyte solution interface at high temperatures, resulting in a highly safe nonaqueous electrolyte secondary battery.

以下、実施例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example at all.

<正極活物質の作製>
[1.リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の作製]
先ず、LiCO(炭酸リチウム)とMnCO(炭酸マンガン)とNiCO(炭酸ニッケル)とCoCO(炭酸コバルト)とを、LiとNiとCoとMnのモル比が1:0.45:0.45:0.1となるように乳鉢で混合した後、この混合物を空気中850℃で20時間熱処理して、LiNi0.45Co0.45Mn0.1から成るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製した。
<Preparation of positive electrode active material>
[1. Preparation of lithium / nickel composite oxide particles]
First, Li 2 CO 3 (lithium carbonate), MnCO 3 (manganese carbonate), NiCO 3 (nickel carbonate), and CoCO 3 (cobalt carbonate) have a molar ratio of Li, Ni, Co, and Mn of 1: 0.45. : 0.45: 0.1 After mixing in a mortar, the mixture was heat-treated in air at 850 ° C. for 20 hours to obtain lithium / lithium / LiNi 0.45 Co 0.45 Mn 0.1 O 2. Nickel composite oxide particles were prepared.

[2.リン酸塩皮膜による被覆]
次に、容器内部を窒素で置換したアトライタを用い、回転数200rpmで、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子1kgを1.5kgのイソプロパノール中で2時間粉砕し、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製した。
[2. Coating with phosphate film]
Next, 1 kg of lithium / nickel composite oxide particles were pulverized in 1.5 kg of isopropanol for 2 hours at 200 rpm with an attritor substituted with nitrogen inside the container to prepare lithium / nickel composite oxide particles. .

粉砕途中または粉砕後に、表1の記載に従って所定量の85%オルトリン酸水溶液をリチウム・ニッケル複合酸化物粒子に添加、混合した。その後、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を真空中120℃で4時間乾燥させ、厚み12nmのリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を得た。   During or after pulverization, a predetermined amount of 85% aqueous orthophosphoric acid solution was added to and mixed with the lithium / nickel composite oxide particles according to the description in Table 1. Thereafter, the lithium / nickel composite oxide particles were dried in vacuum at 120 ° C. for 4 hours to obtain lithium / nickel composite oxide particles coated with a phosphate film having a thickness of 12 nm.

[3.炭素による被覆]
リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子をアセトンに溶解した酢酸セルロース(アセチル基の含有率:39.7質量%、重量平均分子量Mw50000)溶液に含浸する。添加した酢酸セルロースの量は、処理したリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の5質量%である。
炭素前駆体の溶液としての利用は、リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子上への完全な分配を可能とする。乾燥後、加熱炉でアルゴン雰囲気中にて700℃まで6℃/minで昇温して、1hr保持する。次いで、アルゴン雰囲気中にて段階的に冷却する。
[3. Carbon coating]
Lithium / nickel composite oxide particles coated with a phosphate film are impregnated in a solution of cellulose acetate (acetyl group content: 39.7 mass%, weight average molecular weight Mw 50000) dissolved in acetone. The amount of cellulose acetate added is 5% by mass of the lithium / nickel composite oxide particles coated with the treated phosphate film.
Utilization of the carbon precursor as a solution enables complete distribution onto the lithium / nickel composite oxide particles coated with the phosphate coating. After drying, the temperature is raised to 700 ° C. at 6 ° C./min in an argon atmosphere in a heating furnace and held for 1 hr. Subsequently, it cools in steps in argon atmosphere.

上記1から3の工程によって、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子表面にリン酸塩皮膜が被覆され、さらに、そのリン酸塩皮膜で被覆された表面を炭素で被覆することができた。
図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例1に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子11aの断面図を示す。3aは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
Through the steps 1 to 3, the surface of the lithium / nickel composite oxide particles was coated with a phosphate coating, and the surface coated with the phosphate coating could be coated with carbon.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of lithium / nickel composite oxide particles 11a according to Example 1 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. As shown in FIG. 3a is a lithium / nickel composite oxide particle before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.

[リン酸塩皮膜厚み測定]
得られたリチウム・ニッケル複合酸化物粒子のリン酸塩皮膜厚みは、XPSにてP、Oスペクトルをモニターした。皮膜のPのプロファイルから、最大強度の50%に低下する位置を皮膜と下地の界面位置とし、表面から界面位置までのスパッタリング時間L(sec)を読み取った。このLに標準試料であるSiOにおけるスパッタリング速度5nm/minを乗じてSiO換算膜厚とした。その結果を表1に示す。
[Measurement of phosphate film thickness]
The phosphate film thickness of the obtained lithium / nickel composite oxide particles was monitored by P and O spectra by XPS. From the P profile of the film, the position where the maximum strength was reduced to 50% was defined as the interface position between the film and the base, and the sputtering time L (sec) from the surface to the interface position was read. This L was multiplied by a sputtering rate of 5 nm / min in the standard sample SiO 2 to obtain a SiO 2 equivalent film thickness. The results are shown in Table 1.

[電池作製]
正極活物質粉末60質量部にアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)30質量部およびPTFE(ダイキン工業株式会社製)10質量部を混合し、ここから150mgを取り出して、圧力100MPaで直径11mmのペレットを作製し、正極とした。負極としてリチウム金属を用い、電解液には1MのLiPFを支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の等量混合溶液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。
これらを用いて、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、2032型のコイン電池を作製した。
[Battery fabrication]
60 parts by mass of the positive electrode active material powder was mixed with 30 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kogyo Co., Ltd.) and 10 parts by mass of PTFE (manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd.). A pellet was prepared and used as a positive electrode. Lithium metal was used as the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) using 1M LiPF 6 as a supporting salt (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used as the electrolyte.
Using these, a 2032 type coin battery was produced in an Ar atmosphere glove box whose dew point was controlled at −80 ° C.

作製した2032型のコイン電池は、図2に示すように評価用電極である正極6とリチウム金属からなる負極4との間に前記電解液が含浸されたセパレータ5が配置されており、その全体を負極側からは負極缶8が覆い、正極側からは正極缶9が覆っている。正極缶9と負極缶8との間にはガスケット7が配置され、正極缶9と負極缶8が短絡するのを防ぐとともに、2032型のコイン電池10の内部を外界から遮蔽している。   In the produced 2032 type coin battery, as shown in FIG. 2, a separator 5 impregnated with the electrolytic solution is disposed between a positive electrode 6 as an evaluation electrode and a negative electrode 4 made of lithium metal. Is covered with a negative electrode can 8 from the negative electrode side and a positive electrode can 9 from the positive electrode side. A gasket 7 is disposed between the positive electrode can 9 and the negative electrode can 8 to prevent the positive electrode can 9 and the negative electrode can 8 from being short-circuited and to shield the inside of the 2032 type coin battery 10 from the outside.

[放電容量評価]
作製した電池は24時間程度放置し、OCVが安定した後、初期放電容量の測定を行った。
初期放電容量については、正極に対する電流密度を0.5mAとし、カットオフ電圧を4.3−3.0Vとして充放電試験を行い評価した。表1にその結果を示す。
[Discharge capacity evaluation]
The produced battery was left for about 24 hours, and after the OCV was stabilized, the initial discharge capacity was measured.
The initial discharge capacity was evaluated by conducting a charge / discharge test with a current density of 0.5 mA for the positive electrode and a cutoff voltage of 4.3-3.0 V. Table 1 shows the results.

[熱的安定性評価]
熱安定性の評価としては、充電した正極合材の発熱挙動についてDSC(示差走査熱量計)(株式会社リガク製:DSC−10A)を用いて調べた。具体的には、発熱ピーク強度、1回目の充電を行った後の正極合材が発する熱の総量である初期総発熱量、充放電20サイクル目の正極合材が発する熱の総量である20サイクル目総発熱量を測定した。その測定結果を表1に示す。
[Thermal stability evaluation]
As evaluation of thermal stability, the heat generation behavior of the charged positive electrode mixture was examined using DSC (Differential Scanning Calorimeter) (manufactured by Rigaku Corporation: DSC-10A). Specifically, the exothermic peak intensity, the initial total calorific value, which is the total amount of heat generated by the positive electrode mixture after the first charge, and the total amount of heat generated by the positive electrode mixture at the 20th charge / discharge cycle. The total calorific value at the cycle was measured. The measurement results are shown in Table 1.

測定方法の詳細は、以下の通りである。
まず、作製した図2に示す2032型コイン電池を24時間程度放置してOCVを安定させた。その後、正極に対する電流密度を0.5mA/cmとして、電圧4.3Vまで充電し、電圧規定で電流値が0.01mA以下になったら充電終了とする定電流定電圧(CCCV)方式による充電を行った。
Details of the measurement method are as follows.
First, the 2032 type coin battery shown in FIG. 2 was allowed to stand for about 24 hours to stabilize the OCV. After that, the current density with respect to the positive electrode is set to 0.5 mA / cm 2 and charged to a voltage of 4.3 V. When the current value becomes 0.01 mA or less according to the voltage regulation, the charging is terminated by the constant current constant voltage (CCCV) method. Went.

その後、充電したコイン電池を解体して内部の正極合材を取り出し、付着した電解液が0.05mg以下になるまで、できる限り付着した電解液を除去した。そして、この正極合材3mgとコイン電池に用いた電解液1.3mgをDSC測定用のAlパンに入れ、Alパンをかしめて密閉した。密閉後、ガス抜きのため、Alパンの表面に小さい穴をあけて測定用試料を完成させた。また、アルミナ粉を3mg採取しAlパンに入れてかしめたものを、前述と同様にして測定用試料として完成させ、参照用試料とした。   Thereafter, the charged coin battery was disassembled, the internal positive electrode mixture was taken out, and the adhered electrolyte solution was removed as much as possible until the deposited electrolyte solution was 0.05 mg or less. Then, 3 mg of this positive electrode mixture and 1.3 mg of the electrolyte used for the coin battery were placed in an Al pan for DSC measurement, and the Al pan was caulked to seal it. After sealing, a small sample was made in the surface of the Al pan for degassing to complete a measurement sample. Further, 3 mg of alumina powder collected and caulked in an Al pan was completed as a measurement sample in the same manner as described above, and used as a reference sample.

そして、作製した試料について、DSCを用いて、室温〜305℃までの範囲を昇温速度10℃/minで走査してその発熱挙動を測定し、発熱ピーク強度、初期総発熱量を測定した。   And about the produced sample, the range from room temperature to 305 degreeC was scanned with the temperature increase rate of 10 degree-C / min using DSC, the exothermic behavior was measured, and the exothermic peak intensity | strength and the initial total calorific value were measured.

また、20サイクル後の総発熱量については、19サイクル目までは正極に対する電流密度を0.5mA/cmとして、カットオフ電圧4.3−3.0Vで充放電を行い、20サイクル目に4.3Vまで充電後、電圧規定で電流値が0.01mA以下になったら充電完了とするCCCVを行った後、このコイン電池を前述と同様にして解体した後、DSCにより評価を行った。 The total calorific value after 20 cycles was charged and discharged at a cutoff voltage of 4.3 to 3.0 V with a current density of 0.5 mA / cm 2 with respect to the positive electrode up to the 19th cycle. After charging to 4.3 V, CCCV was performed to complete charging when the current value was 0.01 mA or less by voltage regulation, and the coin battery was disassembled in the same manner as described above, and then evaluated by DSC.

リン酸塩皮膜の厚みを22nmとした以外は、実施例1と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表1に示す。   A 2032 type coin battery comprising a lithium / nickel composite oxide particle prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the phosphate coating was 22 nm, and a positive electrode plate using the lithium / nickel composite oxide particle. The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 1.

リン酸塩皮膜の厚みを69nmとした以外は、実施例1と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表1に示す。   Except that the thickness of the phosphate coating was 69 nm, lithium-nickel composite oxide particles were prepared in the same manner as in Example 1, and a 2032 type coin battery provided with a positive electrode plate using the lithium-nickel composite oxide particles The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は、全て同様の方法にて2032型コイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例1と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例1と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピーク強度、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A 2032 type coin battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the coating step with the phosphate coating was omitted.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 1, and the thermal stability was also evaluated by using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 1. This was done by examining the heat generation behavior.
Table 1 shows the measurement results of the initial discharge capacity, exothermic peak intensity, initial total calorific value, and 20th cycle total calorific value of the battery.

Figure 2014022293
Figure 2014022293

表1から明らかなように、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の表面に、順にリン酸塩皮膜、炭素皮膜を形成した実施例1から3に示すリチウム・ニッケル複合酸化物粒子は、比較例1に示す未被覆状態のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の高い放電容量を維持したまま、その熱安定性が向上していることがわかる。   As is clear from Table 1, the lithium / nickel composite oxide particles shown in Examples 1 to 3 in which a phosphate film and a carbon film were sequentially formed on the surface of the lithium / nickel composite oxide particles It can be seen that the thermal stability of the uncoated lithium / nickel composite oxide particles is improved while maintaining the high discharge capacity.

<正極活物質の作製>
[1.リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の作製]
先ず、LiCO(炭酸リチウム)とMnCO(炭酸マンガン)とNiCO(炭酸ニッケル)とCoCO(炭酸コバルト)とを、LiとNiとCoとMnのモル比が1:0.33:0.33:0.33になるように乳鉢で混合した以外は実施例1と同様にして炭素皮膜およびリン酸塩皮膜で被覆した後、この混合物を空気中850℃で20時間熱処理して、LiNi0.33Co0.33Mn0.33から成るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、それらを正極活物質として用いた。
<Preparation of positive electrode active material>
[1. Preparation of lithium / nickel composite oxide particles]
First, Li 2 CO 3 (lithium carbonate), MnCO 3 (manganese carbonate), NiCO 3 (nickel carbonate), and CoCO 3 (cobalt carbonate) have a molar ratio of Li, Ni, Co, and Mn of 1: 0.33. : 0.33: After coating with a carbon film and a phosphate film in the same manner as in Example 1 except that the mixture was mixed in a mortar so as to be 0.33, this mixture was heat-treated at 850 ° C. in air for 20 hours. LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 lithium / nickel composite oxide particles were prepared and used as the positive electrode active material.

[2.リン酸塩皮膜による被覆]
次に、容器内部を窒素で置換したアトライタを用い、回転数200rpmで、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子1kgを1.5kgのイソプロパノール中で2時間粉砕し、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製した。
粉砕途中または粉砕後に、表2の記載に従って所定量の85%オルトリン酸水溶液をリチウム・ニッケル複合酸化物粒子に添加、混合した。その後、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を真空中120℃で4時間乾燥させ、厚み12nmのリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を得た。
[2. Coating with phosphate film]
Next, 1 kg of lithium / nickel composite oxide particles were pulverized in 1.5 kg of isopropanol for 2 hours at 200 rpm with an attritor substituted with nitrogen inside the container to prepare lithium / nickel composite oxide particles. .
During or after pulverization, a predetermined amount of 85% aqueous orthophosphoric acid solution was added to and mixed with the lithium / nickel composite oxide particles according to the description in Table 2. Thereafter, the lithium / nickel composite oxide particles were dried in vacuum at 120 ° C. for 4 hours to obtain lithium / nickel composite oxide particles coated with a phosphate film having a thickness of 12 nm.

[3.炭素による被覆]
リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子をアセトンに溶解した酢酸セルロース(アセチル基の含有率:39.7質量%、重量平均分子量Mw50000)溶液に含浸する。添加した酢酸セルロースの量は、処理したリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の5質量%である。炭素前駆体の溶液としての利用は、リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子上への完全な分配を可能とする。
[3. Carbon coating]
Lithium / nickel composite oxide particles coated with a phosphate film are impregnated in a solution of cellulose acetate (acetyl group content: 39.7 mass%, weight average molecular weight Mw 50000) dissolved in acetone. The amount of cellulose acetate added is 5% by mass of the lithium / nickel composite oxide particles coated with the treated phosphate film. Utilization of the carbon precursor as a solution enables complete distribution onto the lithium / nickel composite oxide particles coated with the phosphate coating.

乾燥後、加熱炉でアルゴン雰囲気中にて700℃まで6℃/minで昇温して、1hr保持する。次いで、アルゴン雰囲気中にて段階的に冷却する。   After drying, the temperature is raised to 700 ° C. at 6 ° C./min in an argon atmosphere in a heating furnace and held for 1 hr. Subsequently, it cools in steps in argon atmosphere.

上記1から3の工程によって、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子表面にリン酸塩皮膜が被覆され、さらに、そのリン酸塩皮膜で被覆された表面を炭素で被覆することができた。 図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例4に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子11bの断面図を示す。3bは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
Through the steps 1 to 3, the surface of the lithium / nickel composite oxide particles was coated with a phosphate coating, and the surface coated with the phosphate coating could be coated with carbon. FIG. 1 shows a cross-sectional view of lithium / nickel composite oxide particles 11b according to Example 4 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. 3b is a lithium / nickel composite oxide particle before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.

[リン酸塩皮膜厚み測定]
得られたリチウム・ニッケル複合酸化物粒子のリン酸塩皮膜厚みは、XPSにてP、Oスペクトルをモニターした。皮膜のPのプロファイルから、最大強度の50%に低下する位置を皮膜と下地の界面位置とし、表面から界面位置までのスパッタリング時間L(sec)を読み取った。このLに標準試料であるSiOにおけるスパッタリング速度5nm/minを乗じてSiO換算膜厚とした。表2にその結果を示す。
[Measurement of phosphate film thickness]
The phosphate film thickness of the obtained lithium / nickel composite oxide particles was monitored by P and O spectra by XPS. From the P profile of the film, the position where the maximum strength was reduced to 50% was defined as the interface position between the film and the base, and the sputtering time L (sec) from the surface to the interface position was read. This L was multiplied by a sputtering rate of 5 nm / min in the standard sample SiO 2 to obtain a SiO 2 equivalent film thickness. Table 2 shows the results.

[電池作製]
正極活物質粉末60質量部にアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)30質量部およびPTFE(ダイキン工業株式会社製)10質量部を混合し、ここから150mgを取り出して、圧力100MPaで直径11mmのペレットを作製し、正極とした。負極としてリチウム金属を用い、電解液には1MのLiPFを支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の等量混合溶液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。これらを用いて、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、2032型のコイン電池を作製した。
[Battery fabrication]
60 parts by mass of the positive electrode active material powder was mixed with 30 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kogyo Co., Ltd.) and 10 parts by mass of PTFE (manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd.). A pellet was prepared and used as a positive electrode. Lithium metal was used as the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) using 1M LiPF 6 as a supporting salt (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used as the electrolyte. Using these, a 2032 type coin battery was produced in an Ar atmosphere glove box whose dew point was controlled at −80 ° C.

作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例1と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例1と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。電池の初期放電容量、発熱ピーク強度、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表2に示す。   The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 1, and the thermal stability was also evaluated by using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 1. This was done by examining the heat generation behavior. Table 2 shows the measurement results of the initial discharge capacity, exothermic peak intensity, initial total calorific value, and 20th cycle total calorific value of the battery.

リン酸塩皮膜の厚みを22nmとした以外は、実施例4と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表1に示す。   A 2032 type coin battery comprising a lithium / nickel composite oxide particle prepared in the same manner as in Example 4 except that the thickness of the phosphate coating was 22 nm, and a positive electrode plate using the lithium / nickel composite oxide particle. The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 1.

リン酸塩皮膜の厚みを69nmとした以外は、実施例4と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表1に示す。   Except that the thickness of the phosphate coating was 69 nm, lithium-nickel composite oxide particles were produced in the same manner as in Example 4, and a 2032 type coin battery provided with a positive electrode plate using the lithium-nickel composite oxide particles The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
実施例4においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は全て同様の方法にてコイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例4と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例4と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
初期放電容量、発熱ピーク強度、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表2に示す。
(Comparative Example 2)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the coating step with the phosphate film was omitted.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 4, and the thermal stability was also evaluated using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 4. This was done by examining the heat generation behavior.
Table 2 shows the measurement results of the initial discharge capacity, the exothermic peak intensity, the initial total calorific value, and the total calorific value at the 20th cycle.

Figure 2014022293
Figure 2014022293

表2から明らかなように、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の表面に、順にリン酸塩皮膜、炭素皮膜を形成した実施例4から6に示すリチウム・ニッケル複合酸化物粒子は、比較例2に示す未被覆状態のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の高い放電容量を維持したまま、その熱安定性が向上していることがわかる。   As is clear from Table 2, the lithium / nickel composite oxide particles shown in Examples 4 to 6 in which the phosphate film and the carbon film were sequentially formed on the surface of the lithium / nickel composite oxide particles It can be seen that the thermal stability of the uncoated lithium / nickel composite oxide particles is improved while maintaining the high discharge capacity.

<正極活物質の作製>
[1.リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の作製]
先ず、LiCO(炭酸リチウム)とMnCO(炭酸マンガン)とNiCO(炭酸ニッケル)とCoCO(炭酸コバルト)とを、LiとNiとCoとMnのモル比が1:0.5:0.5:0になるように乳鉢で混合した以外は実施例1〜3と同様にして炭素皮膜およびリン酸塩皮膜で被覆した後、この混合物を空気中850℃で20時間熱処理して、LiNi0.5Co0.5から成るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、それらを正極活物質として用いた。
<Preparation of positive electrode active material>
[1. Preparation of lithium / nickel composite oxide particles]
First, Li 2 CO 3 (lithium carbonate), MnCO 3 (manganese carbonate), NiCO 3 (nickel carbonate), and CoCO 3 (cobalt carbonate) are mixed at a molar ratio of Li, Ni, Co, and Mn of 1: 0.5. : After coating with a carbon film and a phosphate film in the same manner as in Examples 1 to 3 except that the mixture was mixed in a mortar so as to be 0.5: 0, the mixture was heat-treated at 850 ° C. in air for 20 hours. , LiNi 0.5 Co 0.5 O 2 lithium-nickel composite oxide particles were prepared and used as the positive electrode active material.

[2.リン酸塩皮膜による被覆]
次に、容器内部を窒素で置換したアトライタを用い、回転数200rpmで、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子1kgを1.5kgのイソプロパノール中で2時間粉砕し、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製した。
粉砕途中または粉砕後に、表3の記載に従って所定量の85%オルトリン酸水溶液をリチウム・ニッケル複合酸化物粒子に添加、混合した。その後、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を真空中120℃で4時間乾燥させ、厚み12nmのリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を得た。
[2. Coating with phosphate film]
Next, 1 kg of lithium / nickel composite oxide particles were pulverized in 1.5 kg of isopropanol for 2 hours at 200 rpm with an attritor substituted with nitrogen inside the container to prepare lithium / nickel composite oxide particles. .
During or after pulverization, a predetermined amount of 85% aqueous orthophosphoric acid solution was added to and mixed with the lithium / nickel composite oxide particles according to the description in Table 3. Thereafter, the lithium / nickel composite oxide particles were dried in vacuum at 120 ° C. for 4 hours to obtain lithium / nickel composite oxide particles coated with a phosphate film having a thickness of 12 nm.

[3.炭素による被覆]
リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を、アセトンに溶解した酢酸セルロース(アセチル基の含有率:39.7質量%、重量平均分子量Mw50000)溶液に含浸する。添加した酢酸セルロースの量は、処理したリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の5質量%である。炭素前駆体の溶液としての利用は、リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子上への完全な分配を可能とする。
[3. Carbon coating]
The lithium / nickel composite oxide particles coated with the phosphate film are impregnated in a solution of cellulose acetate (acetyl group content: 39.7 mass%, weight average molecular weight Mw 50000) dissolved in acetone. The amount of cellulose acetate added is 5% by mass of the lithium / nickel composite oxide particles coated with the treated phosphate film. Utilization of the carbon precursor as a solution enables complete distribution onto the lithium / nickel composite oxide particles coated with the phosphate coating.

乾燥後、加熱炉でアルゴン雰囲気中にて700℃まで6℃/minで昇温して、1hr保持する。次いで、アルゴン雰囲気中にて段階的に冷却する。   After drying, the temperature is raised to 700 ° C. at 6 ° C./min in an argon atmosphere in a heating furnace and held for 1 hr. Subsequently, it cools in steps in argon atmosphere.

上記1から3の工程によって、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子表面にリン酸塩皮膜が被覆され、さらに、そのリン酸塩皮膜で被覆された表面を炭素で被覆することができた。
図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例7に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子11cの断面図を示す。3cは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
Through the steps 1 to 3, the surface of the lithium / nickel composite oxide particles was coated with a phosphate coating, and the surface coated with the phosphate coating could be coated with carbon.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a lithium / nickel composite oxide particle 11 c according to Example 7 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. 3c is a lithium / nickel composite oxide particle before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.

[リン酸塩皮膜厚み測定]
得られたリチウム・ニッケル複合酸化物粒子のリン酸塩皮膜厚みは、XPSにてP、Oスペクトルをモニターした。
皮膜のPのプロファイルから、最大強度の50%に低下する位置を皮膜と下地の界面位置とし、表面から界面位置までのスパッタリング時間L(sec)を読み取った。このLに標準試料であるSiOにおけるスパッタリング速度5nm/minを乗じてSiO換算膜厚とした。
表3にその結果を示す。
[Measurement of phosphate film thickness]
The phosphate film thickness of the obtained lithium / nickel composite oxide particles was monitored by P and O spectra by XPS.
From the P profile of the film, the position where the maximum strength was reduced to 50% was defined as the interface position between the film and the base, and the sputtering time L (sec) from the surface to the interface position was read. This L was multiplied by a sputtering rate of 5 nm / min in the standard sample SiO 2 to obtain a SiO 2 equivalent film thickness.
Table 3 shows the results.

[電池作製]
正極活物質粉末60質量部にアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)30質量部およびPTFE(ダイキン工業株式会社製)10質量部を混合し、ここから150mgを取り出して、圧力100MPaで直径11mmのペレットを作製し、正極とした。
負極としてリチウム金属を用い、電解液には1MのLiPFを支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の等量混合溶液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。
これらを用いて、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、2032型のコイン電池を作製した。
[Battery fabrication]
60 parts by mass of the positive electrode active material powder was mixed with 30 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kogyo Co., Ltd.) and 10 parts by mass of PTFE (manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd.). A pellet was prepared and used as a positive electrode.
Lithium metal was used as the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) using 1M LiPF 6 as a supporting salt (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used as the electrolyte.
Using these, a 2032 type coin battery was produced in an Ar atmosphere glove box whose dew point was controlled at −80 ° C.

作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例1と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例1と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピーク強度、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表3に示す。
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 1, and the thermal stability was also evaluated by using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 1. This was done by examining the heat generation behavior.
Table 3 shows the measurement results of the initial discharge capacity, exothermic peak intensity, initial total calorific value, and 20th cycle total calorific value of the battery.

リン酸塩皮膜の厚みを22nmとした以外は、実施例7と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表3に示す。   A 2032 type coin battery comprising a lithium / nickel composite oxide particle prepared in the same manner as in Example 7 except that the thickness of the phosphate coating was 22 nm, and a positive electrode plate using the lithium / nickel composite oxide particle. The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 3.

リン酸塩皮膜の厚みを69nmとした以外は、実施例7と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表3に示す。   Except that the thickness of the phosphate coating was 69 nm, lithium-nickel composite oxide particles were prepared in the same manner as in Example 7, and a 2032 type coin battery provided with a positive electrode plate using the lithium-nickel composite oxide particles The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 3.

(比較例3)
実施例7においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は、全て同様の方法にてコイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例7と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例7と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピーク強度、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表3に示す。
(Comparative Example 3)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 7, except that the coating step with the phosphate film was omitted.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 7. The thermal stability was also evaluated by using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 7. This was done by examining the heat generation behavior.
Table 3 shows the measurement results of the initial discharge capacity, exothermic peak intensity, initial total calorific value, and 20th cycle total calorific value of the battery.

Figure 2014022293
Figure 2014022293

表3から判るように、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の表面に、順にリン酸塩皮膜、炭素皮膜を形成した実施例7から9に示すリチウム・ニッケル複合酸化物粒子は、比較例3に示す未被覆状態のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の高い放電容量を維持したまま、その熱安定性が向上していることがわかる。   As can be seen from Table 3, the lithium / nickel composite oxide particles shown in Examples 7 to 9 in which the phosphate film and the carbon film were sequentially formed on the surface of the lithium / nickel composite oxide particles are shown in Comparative Example 3. It can be seen that the thermal stability of the uncoated lithium / nickel composite oxide particles is improved while maintaining a high discharge capacity.

<正極活物質の作製>
[1.リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の作製]
硫酸ニッケル六水和物 、硫酸コバルト七水和物 、硫酸アルミニウムをNiとCoとAlのモル比が0.8:0.15:0.05になるように混合し、水溶液を調製した以外は実施例1と同様にして炭素皮膜およびリン酸塩皮膜で被覆した。この水溶液をアンモニア水および苛性ソーダ水溶液と同時に、50℃に保温された水をはった吐出口付攪拌反応槽中に滴下した。pHは11.5に保持し、滞留時間は11時間となるように制御した。
<Preparation of positive electrode active material>
[1. Preparation of lithium / nickel composite oxide particles]
Except that nickel sulfate hexahydrate, cobalt sulfate heptahydrate, aluminum sulfate were mixed so that the molar ratio of Ni, Co, and Al was 0.8: 0.15: 0.05 to prepare an aqueous solution. In the same manner as in Example 1, it was coated with a carbon film and a phosphate film. This aqueous solution was dropped into an agitated reaction tank equipped with a discharge port with water kept at 50 ° C. simultaneously with aqueous ammonia and caustic soda. The pH was maintained at 11.5 and the residence time was controlled to be 11 hours.

このようにして、反応晶析法により一次粒子の凝集した球状のCo・Al含有水酸化ニッケルを製造した。得られたCo・Al含有水酸化ニッケルに、水酸化リチウム一水和物を所望の組成になるようにVブレンダーにて混合し、この混合物を電気炉にて酸素雰囲気中で、500℃、3hrの条件で仮焼をした後、730℃、20hrの条件で焼成し、その後室温まで炉冷した。炉冷後、解砕処理することで球状あるいは楕円球状で二次粒子のリチウム・ニッケル複合酸化物を作製した。   In this way, spherical Co · Al-containing nickel hydroxide in which primary particles were aggregated was produced by a reactive crystallization method. Lithium hydroxide monohydrate was mixed with the obtained Co · Al-containing nickel hydroxide in a V blender so as to have a desired composition, and this mixture was mixed in an electric furnace in an oxygen atmosphere at 500 ° C. for 3 hours. Calcination was performed under the conditions of 730 ° C. and 20 hours, followed by furnace cooling to room temperature. After the furnace was cooled, the lithium-nickel composite oxide with spherical or oval spherical secondary particles was prepared by crushing treatment.

上記工程において用いた原料の各質量は、LiとNiとCoとAlのモル比が1:0.8:0.15:0.05となるように秤量し、LiNi0.8Co0.15Al0.05から成るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、それらを正極活物質として用いた。 Each mass of the raw materials used in the above steps was weighed so that the molar ratio of Li, Ni, Co, and Al was 1: 0.8: 0.15: 0.05, and LiNi 0.8 Co 0.15. Lithium / nickel composite oxide particles made of Al 0.05 O 2 were prepared and used as a positive electrode active material.

[2.リン酸塩皮膜による被覆]
次に、容器内部を窒素で置換したアトライタを用い、回転数200rpmで、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子1kgを1.5kgのイソプロパノール中で2時間粉砕し、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製した。
粉砕途中または粉砕後に、表4の記載に従って所定量の85%オルトリン酸水溶液をリチウム・ニッケル複合酸化物粒子に添加、混合した。その後、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を真空中120℃で4時間乾燥させ、厚み12nmのリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を得た。
[2. Coating with phosphate film]
Next, 1 kg of lithium / nickel composite oxide particles were pulverized in 1.5 kg of isopropanol for 2 hours at 200 rpm with an attritor substituted with nitrogen inside the container to prepare lithium / nickel composite oxide particles. .
During or after pulverization, a predetermined amount of 85% aqueous orthophosphoric acid solution was added to and mixed with the lithium / nickel composite oxide particles according to the description in Table 4. Thereafter, the lithium / nickel composite oxide particles were dried in vacuum at 120 ° C. for 4 hours to obtain lithium / nickel composite oxide particles coated with a phosphate film having a thickness of 12 nm.

[3.炭素による被覆]
リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子をアセトンに溶解した酢酸セルロース(アセチル基の含有率:39.7質量%、重量平均分子量Mw50000)溶液に含浸する。添加した酢酸セルロースの量は、処理したリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の5質量%である。
炭素前駆体の溶液としての利用は、リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子上への完全な分配を可能とする。
[3. Carbon coating]
Lithium / nickel composite oxide particles coated with a phosphate film are impregnated in a solution of cellulose acetate (acetyl group content: 39.7 mass%, weight average molecular weight Mw 50000) dissolved in acetone. The amount of cellulose acetate added is 5% by mass of the lithium / nickel composite oxide particles coated with the treated phosphate film.
Utilization of the carbon precursor as a solution enables complete distribution onto the lithium / nickel composite oxide particles coated with the phosphate coating.

乾燥後、加熱炉でアルゴン雰囲気中にて700℃まで6℃/minで昇温して、1hr保持する。次いで、アルゴン雰囲気中にて段階的に冷却する。   After drying, the temperature is raised to 700 ° C. at 6 ° C./min in an argon atmosphere in a heating furnace and held for 1 hr. Subsequently, it cools in steps in argon atmosphere.

上記1から3の工程によって、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子表面にリン酸塩皮膜が被覆され、さらに、そのリン酸塩皮膜で被覆された表面を炭素で被覆することができた。
図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例10に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子11dの断面図を示す。3dは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
Through the steps 1 to 3, the surface of the lithium / nickel composite oxide particles was coated with a phosphate coating, and the surface coated with the phosphate coating could be coated with carbon.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a lithium / nickel composite oxide particle 11d according to Example 10 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. 3d is a lithium / nickel composite oxide particle before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.

[リン酸塩皮膜厚み測定]
得られたリチウム・ニッケル複合酸化物粒子のリン酸塩皮膜厚みは、XPSにてP、Oスペクトルをモニターした。皮膜のPのプロファイルから、最大強度の50%に低下する位置を皮膜と下地の界面位置とし、表面から界面位置までのスパッタリング時間L(sec)を読み取った。
このLに標準試料であるSiOにおけるスパッタリング速度5nm/minを乗じてSiO換算膜厚とした。表4にその結果を示す。
[Measurement of phosphate film thickness]
The phosphate film thickness of the obtained lithium / nickel composite oxide particles was monitored by P and O spectra by XPS. From the P profile of the film, the position where the maximum strength was reduced to 50% was defined as the interface position between the film and the base, and the sputtering time L (sec) from the surface to the interface position was read.
This L was multiplied by a sputtering rate of 5 nm / min in the standard sample SiO 2 to obtain a SiO 2 equivalent film thickness. Table 4 shows the results.

[電池作製]
正極活物質粉末60質量部にアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)30質量部およびPTFE(ダイキン工業株式会社製)10質量部を混合し、ここから150mgを取り出して、圧力100MPaで直径11mmのペレットを作製し、正極とした。負極としてリチウム金属を用い、電解液には1MのLiPFを支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の等量混合溶液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。
これらを用いて、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、2032型のコイン電池を作製した。
[Battery fabrication]
60 parts by mass of the positive electrode active material powder was mixed with 30 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kogyo Co., Ltd.) and 10 parts by mass of PTFE (manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd.). A pellet was prepared and used as a positive electrode. Lithium metal was used as the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) using 1M LiPF 6 as a supporting salt (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used as the electrolyte.
Using these, a 2032 type coin battery was produced in an Ar atmosphere glove box whose dew point was controlled at −80 ° C.

作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例1と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例1と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピーク強度、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表4に示す。
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 1, and the thermal stability was also evaluated by using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 1. This was done by examining the heat generation behavior.
Table 4 shows the measurement results of the initial discharge capacity, exothermic peak intensity, initial total calorific value, and 20th cycle total calorific value of the battery.

リン酸塩皮膜の厚みを22nmとした以外は、実施例10と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表4に示す。   A 2032 type coin battery comprising a lithium / nickel composite oxide particle prepared in the same manner as in Example 10 except that the thickness of the phosphate coating was 22 nm, and a positive electrode plate using the lithium / nickel composite oxide particle. The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 4.

リン酸塩皮膜の厚みを69nmとした以外は、実施例10と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表4に示す。   Except that the thickness of the phosphate coating was 69 nm, lithium-nickel composite oxide particles were produced in the same manner as in Example 10, and a 2032 type coin battery provided with a positive electrode plate using the lithium-nickel composite oxide particles The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 4.

(比較例4)
実施例10においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は全て同様の方法にてコイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例10と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例10と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピーク強度、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表4に示す。
(Comparative Example 4)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 10 except that the coating step with the phosphate film was omitted.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 10, and the thermal stability was also evaluated using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 10. This was done by examining the heat generation behavior.
Table 4 shows the measurement results of the initial discharge capacity, exothermic peak intensity, initial total calorific value, and 20th cycle total calorific value of the battery.

Figure 2014022293
Figure 2014022293

表4から明らかなように、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の表面にリン酸塩皮膜を形成した実施例10から12に示すリチウム・ニッケル複合酸化物粒子は、比較例4に示す未被覆状態のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の高い放電容量を維持したまま、その熱安定性が向上していることがわかる。   As is clear from Table 4, the lithium / nickel composite oxide particles shown in Examples 10 to 12 in which the phosphate film was formed on the surface of the lithium / nickel composite oxide particles were in the uncoated state shown in Comparative Example 4. It can be seen that the thermal stability of the lithium / nickel composite oxide particles is improved while maintaining the high discharge capacity.

<正極活物質の作製>
[1.リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の作製]
先ず、LiCO(炭酸リチウム)とMnCO(炭酸マンガン)とNiCO(炭酸ニッケル)とCoCO(炭酸コバルト)とを、LiとNiとCoとMnのモル比が1:1:0:0なるように乳鉢で混合した以外は実施例1と同様にしてリン酸塩皮膜および炭素皮膜で被覆した後、この混合物を空気中850℃で20時間熱処理して、LiNiOから成るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、それらを正極活物質として用いた。
<Preparation of positive electrode active material>
[1. Preparation of lithium / nickel composite oxide particles]
First, Li 2 CO 3 (lithium carbonate), MnCO 3 (manganese carbonate), NiCO 3 (nickel carbonate), and CoCO 3 (cobalt carbonate) are mixed in a molar ratio of Li, Ni, Co, and Mn of 1: 1: 0. : after the non-zero mixed in a mortar such that were coated with phosphate film and carbon film in the same manner as in example 1, the mixture was heat-treated for 20 hours at 850 ° C. in air, lithium consisting LiNiO 2 Nickel composite oxide particles were prepared and used as positive electrode active materials.

[2.リン酸塩皮膜による被覆]
次に、容器内部を窒素で置換したアトライタを用い、回転数200rpmで、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子1kgを1.5kgのイソプロパノール中で2時間粉砕し、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製した。
粉砕途中または粉砕後に、表5の記載に従って所定量の85%オルトリン酸水溶液をリチウム・ニッケル複合酸化物粒子に添加、混合した。
その後、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子を真空中120℃で4時間乾燥させ、厚み12nmのリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を得た。
[2. Coating with phosphate film]
Next, 1 kg of lithium / nickel composite oxide particles were pulverized in 1.5 kg of isopropanol for 2 hours at 200 rpm with an attritor substituted with nitrogen inside the container to prepare lithium / nickel composite oxide particles. .
A predetermined amount of 85% orthophosphoric acid aqueous solution was added to and mixed with the lithium / nickel composite oxide particles according to the description in Table 5 during or after pulverization.
Thereafter, the lithium / nickel composite oxide particles were dried in vacuum at 120 ° C. for 4 hours to obtain lithium / nickel composite oxide particles coated with a phosphate film having a thickness of 12 nm.

[3.炭素による被覆]
リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子をアセトンに溶解した酢酸セルロース(アセチル基の含有率:39.7質量%、重量平均分子量Mw50000)溶液に含浸する。添加した酢酸セルロースの量は、処理したリン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の5質量%である。炭素前駆体の溶液としての利用は、リン酸塩皮膜で被覆したリチウム・ニッケル複合酸化物粒子上への完全な分配を可能とする。
[3. Carbon coating]
Lithium / nickel composite oxide particles coated with a phosphate film are impregnated in a solution of cellulose acetate (acetyl group content: 39.7 mass%, weight average molecular weight Mw 50000) dissolved in acetone. The amount of cellulose acetate added is 5% by mass of the lithium / nickel composite oxide particles coated with the treated phosphate film. Utilization of the carbon precursor as a solution enables complete distribution onto the lithium / nickel composite oxide particles coated with the phosphate coating.

乾燥後、加熱炉でアルゴン雰囲気中にて700℃まで6℃/minで昇温して、1hr保持する。次いで、アルゴン雰囲気中にて段階的に冷却する。   After drying, the temperature is raised to 700 ° C. at 6 ° C./min in an argon atmosphere in a heating furnace and held for 1 hr. Subsequently, it cools in steps in argon atmosphere.

上記1から3の工程によって、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子表面にリン酸塩皮膜が被覆され、さらに、そのリン酸塩皮膜で被覆された表面を炭素で被覆することができた。
図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例13に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子11eの断面図を示す。3eは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
Through the steps 1 to 3, the surface of the lithium / nickel composite oxide particles was coated with a phosphate coating, and the surface coated with the phosphate coating could be coated with carbon.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of lithium / nickel composite oxide particles 11e according to Example 13 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. 3e is a lithium / nickel composite oxide particle before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.

[リン酸塩皮膜厚み測定]
得られたリチウム・ニッケル複合酸化物粒子のリン酸塩皮膜厚さは、XPSにてP、Oスペクトルをモニターした。皮膜のPのプロファイルから、最大強度の50%に低下する位置を皮膜と下地の界面位置とし、表面から界面位置までのスパッタリング時間L(sec)を読み取った。このLに標準試料であるSiOにおけるスパッタリング速度5nm/minを乗じてSiO換算膜厚とした。
表5にその結果を示す。
[Measurement of phosphate film thickness]
The thickness of the phosphate film of the obtained lithium / nickel composite oxide particles was monitored by XPS for P and O spectra. From the P profile of the film, the position where the maximum strength was reduced to 50% was defined as the interface position between the film and the base, and the sputtering time L (sec) from the surface to the interface position was read. This L was multiplied by a sputtering rate of 5 nm / min in the standard sample SiO 2 to obtain a SiO 2 equivalent film thickness.
Table 5 shows the results.

[電池作製]
正極活物質粉末60質量部にアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)30質量部およびPTFE(ダイキン工業株式会社製)10質量部を混合し、ここから150mgを取り出して、圧力100MPaで直径11mmのペレットを作製し、正極とした。負極としてリチウム金属を用い、電解液には1MのLiPFを支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の等量混合溶液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。これらを用いて、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス中で、2032型のコイン電池を作製した。
[Battery fabrication]
60 parts by mass of the positive electrode active material powder was mixed with 30 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kogyo Co., Ltd.) and 10 parts by mass of PTFE (manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd.). A pellet was prepared and used as a positive electrode. Lithium metal was used as the negative electrode, and an equivalent mixed solution of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) using 1M LiPF 6 as a supporting salt (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was used as the electrolyte. Using these, a 2032 type coin battery was produced in an Ar atmosphere glove box whose dew point was controlled at −80 ° C.

作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例1と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例1と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピークの大きさ、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表5に示す。
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 1, and the thermal stability was also evaluated by using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 1. This was done by examining the heat generation behavior.
Table 5 shows the measurement results of the initial discharge capacity of the battery, the size of the heat generation peak, the initial total heat generation amount, and the total heat generation amount at the 20th cycle.

リン酸塩皮膜の厚みを22nmとした以外は、実施例13と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表5に示す。   Except that the thickness of the phosphate coating was 22 nm, lithium-nickel composite oxide particles were produced in the same manner as in Example 13, and a 2032 type coin battery provided with a positive electrode plate using the lithium-nickel composite oxide particles The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 5.

リン酸塩皮膜の厚みを69nmとした以外は、実施例13と同様にリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・ニッケル複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表5に示す。   Except that the thickness of the phosphate coating was 69 nm, lithium-nickel composite oxide particles were prepared in the same manner as in Example 13, and a 2032 type coin battery provided with a positive electrode plate using the lithium-nickel composite oxide particles The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 5.

(比較例5)
実施例13においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は全て同様の方法にてコイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例13と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例13と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
初期放電容量、発熱ピークの大きさ、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表5に示す。
(Comparative Example 5)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 13 except that the coating step with the phosphate film was omitted.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 13, and the thermal stability was also evaluated using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 13. This was done by examining the heat generation behavior.
Table 5 shows the measurement results of the initial discharge capacity, the size of the heat generation peak, the initial total heat generation amount, and the total heat generation amount at the 20th cycle.

Figure 2014022293
Figure 2014022293

表5から明らかなように、リチウム・ニッケル複合酸化物粒子の表面に、順にリン酸塩皮膜、炭素皮膜を形成した実施例13から15に示すリチウム・ニッケル複合酸化物粒子は、比較例5に示す未被覆状態のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子の高い放電容量を維持したまま、その熱安定性が向上していることがわかる。   As apparent from Table 5, the lithium / nickel composite oxide particles shown in Examples 13 to 15 in which the phosphate film and the carbon film were formed in this order on the surface of the lithium / nickel composite oxide particles were It can be seen that the thermal stability of the uncoated lithium / nickel composite oxide particles is improved while maintaining the high discharge capacity.

出発原料としてリチウム源には炭酸リチウム(LiCO)を、コバルト源には異種元素としてマグネシウム(Mg)及びアルミニウム(Al)をそれぞれコバルトに対して1mol%共沈させ、その後、熱分解反応により得られた異種元素添加四酸化三コバルト([Co0.98Al0.01Mg0.01)を用い、これらの化合物をリチウムとコバルト、マグネシウム、アルミニウムの合計量のモル比が1:1となるように混合した以外は、実施例1と同様にして、厚み12nmのリン酸塩皮膜と、その上に炭素皮膜で被覆した、リチウム・コバルト複合酸化物粒子を作製した。
図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例16に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子11fの断面図を示す。3fは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
As a starting material, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is co-precipitated as a lithium source, and magnesium (Mg) and aluminum (Al) as heterogeneous elements are co-precipitated in 1 mol% with respect to cobalt as a cobalt source. Using the different element-added tricobalt tetroxide ([Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 ] 3 O 4 ) obtained by the above method, the molar ratio of these compounds to the total amount of lithium, cobalt, magnesium and aluminum A lithium / cobalt composite oxide particle having a 12 nm-thick phosphate film and a carbon film coated thereon was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mixture was mixed so as to be 1: 1.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a lithium / nickel composite oxide particle 11f according to Example 16 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. 3f is a lithium / nickel composite oxide particle before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.

作製したリチウム・コバルト複合酸化物粒子を正極活物質として用いたコイン電池を作製した。
作製した電池の初期放電容量の測定は、実施例1と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例1と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピークの大きさ、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表6に示す。
A coin battery using the produced lithium / cobalt composite oxide particles as a positive electrode active material was produced.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 1, and the thermal stability was also evaluated by using a DSC (differential scanning calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 1. This was done by examining the heat generation behavior.
Table 6 shows the measurement results of the initial discharge capacity, the heat generation peak size, the initial total heat generation amount, and the 20th cycle total heat generation amount of the battery.

リン酸塩皮膜の厚みを22nmとした以外は、実施例16と同様にリチウム・コバルト複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・コバルト複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表6に示す。   A 2032 type coin battery comprising a lithium / cobalt composite oxide particle prepared in the same manner as in Example 16 except that the thickness of the phosphate coating was 22 nm, and a positive electrode plate using the lithium / cobalt composite oxide particle. The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 6.

リン酸塩皮膜の厚みを69nmとした以外は、実施例16と同様にリチウム・コバルト複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・コバルト複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表6に示す。   Except that the thickness of the phosphate coating was 69 nm, lithium-cobalt composite oxide particles were produced in the same manner as in Example 16, and a 2032 type coin battery provided with a positive electrode plate using the lithium-cobalt composite oxide particles The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 6.

(比較例6)
実施例16においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は、全て同様の方法にてコイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定を実施例1と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例1と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピークの大きさ、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表6に示す。
(Comparative Example 6)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 16 except that the coating step with the phosphate film was omitted.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 1, and the thermal stability was also evaluated using a DSC (Differential Scanning Calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 1. This was done by examining the exothermic behavior.
Table 6 shows the measurement results of the initial discharge capacity, the heat generation peak size, the initial total heat generation amount, and the 20th cycle total heat generation amount of the battery.

Figure 2014022293
Figure 2014022293

表6から明らかなように、リチウム・コバルト複合酸化物粒子の表面に、順にリン酸塩皮膜、炭素皮膜を形成した実施例16から18に示すリチウム・コバルト複合酸化物粒子は、比較例6に示す未被覆状態のリチウム・コバルト複合酸化物粒子の高い放電容量を維持したまま、その熱安定性が向上していることがわかる。   As is clear from Table 6, the lithium-cobalt composite oxide particles shown in Examples 16 to 18 in which a phosphate film and a carbon film were formed in this order on the surface of the lithium-cobalt composite oxide particles were It can be seen that the thermal stability of the uncoated lithium-cobalt composite oxide particles is improved while maintaining the high discharge capacity.

炭酸リチウムと酸化コバルトを、リチウムとコバルトのモル比が1:1となるように混合した以外は、実施例1と同様にして、厚み12nmのリン酸塩皮膜および炭素皮膜で被覆した、リチウム・コバルト複合酸化物粒子を作製した。
図1に、この炭素皮膜1およびリン酸塩皮膜2で被覆した実施例19に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子11gの断面図を示す。3gは、リン酸塩及び炭素による被覆前のリチウム・ニッケル複合酸化物粒子である。
この試料は、1質量%の炭素を含み、これは酢酸セルロースの炭化効率20%に相当する。
作製したリチウム・コバルト複合酸化物粒子を正極活物質として用い、コイン電池を作製した。
Lithium carbonate and cobalt oxide were coated with a 12 nm thick phosphate film and carbon film in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of lithium to cobalt was 1: 1. Cobalt composite oxide particles were prepared.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a lithium / nickel composite oxide particle 11g according to Example 19 coated with the carbon film 1 and the phosphate film 2. 3 g are lithium / nickel composite oxide particles before coating with phosphate and carbon.
This sample contains 1% by weight of carbon, which corresponds to a carbonization efficiency of cellulose acetate of 20%.
A coin battery was produced using the produced lithium-cobalt composite oxide particles as a positive electrode active material.

作製した電池の初期放電容量の測定を実施例1と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例1と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピークの大きさ、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表7に示す。
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 1, and the thermal stability was also evaluated using a DSC (Differential Scanning Calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 1. This was done by examining the exothermic behavior.
Table 7 shows the measurement results of the initial discharge capacity of the battery, the size of the heat generation peak, the initial total heat generation amount, and the total heat generation amount at the 20th cycle.

リン酸塩皮膜の厚みを23nmとした以外は、実施例19と同様にリチウム・コバルト複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・コバルト複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表7に示す。   A 2032 type coin battery comprising a lithium / cobalt composite oxide particle prepared in the same manner as in Example 19 except that the thickness of the phosphate coating was 23 nm, and a positive electrode plate using the lithium / cobalt composite oxide particle. The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 7.

リン酸塩皮膜の厚みを67nmとした以外は、実施例19と同様にリチウム・コバルト複合酸化物粒子を作製し、そのリチウム・コバルト複合酸化物粒子を用いた正極板を備えた2032型コイン電池を作製して、その電池特性を測定した。その結果を表7に示す。   Except that the thickness of the phosphate coating was 67 nm, lithium-cobalt composite oxide particles were produced in the same manner as in Example 19, and a 2032 type coin battery provided with a positive electrode plate using the lithium-cobalt composite oxide particles The battery characteristics were measured. The results are shown in Table 7.

(比較例7)
実施例19においてリン酸塩皮膜による被覆工程を省いた以外は全て同様の方法にてコイン電池を製造した。
作製した電池の初期放電容量の測定を実施例1と同様の方法で行い、熱安定性の評価も、実施例1と同様に、充電した正極合材についてDSC(示差走査熱量計)を用いて発熱挙動を調べることで行った。
電池の初期放電容量、発熱ピーク強度、初期総発熱量、20サイクル目総発熱量の測定結果を表7に示す。
(Comparative Example 7)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 19 except that the coating step with the phosphate film was omitted.
The initial discharge capacity of the produced battery was measured by the same method as in Example 1, and the thermal stability was also evaluated using a DSC (Differential Scanning Calorimeter) for the charged positive electrode mixture as in Example 1. This was done by examining the exothermic behavior.
Table 7 shows the measurement results of the initial discharge capacity, exothermic peak intensity, initial total calorific value, and 20th cycle total calorific value of the battery.

Figure 2014022293
Figure 2014022293

表7から明らかなように、リチウム・コバルト複合酸化物粒子の表面に、順にリン酸塩皮膜、炭素皮膜を形成した実施例19から21に示すリチウム・コバルト複合酸化物粒子は、比較例7に示す未被覆状態のリチウム・コバルト複合酸化物粒子の高い放電容量を維持したまま、その熱安定性が向上していることがわかる。   As apparent from Table 7, the lithium-cobalt composite oxide particles shown in Examples 19 to 21 in which the phosphate film and the carbon film were formed in this order on the surface of the lithium-cobalt composite oxide particles were It can be seen that the thermal stability of the uncoated lithium-cobalt composite oxide particles is improved while maintaining the high discharge capacity.

1 炭素皮膜
2 リン酸塩皮膜
3 リチウム金属複合酸化物粒子
3a 実施例1に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
3b 実施例4に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
3c 実施例7に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
3d 実施例10に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
3e 実施例13に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
3f 実施例16に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
3g 実施例19に係るリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
4 リチウム金属負極
5 セパレータ(電解液含浸)
6 正極(評価用電極)
7 ガスケット
8 負極缶
9 正極缶
10 2032型のコイン電池
11 リン酸塩皮膜及び炭素皮膜を有するリチウム金属複合酸化物粒子(本発明の非水電解質正極活物質)
11a 実施例1に係るリン酸塩皮膜及び炭素皮膜を有するリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
11b 実施例4に係るリン酸塩皮膜及び炭素皮膜を有するリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
11c 実施例7に係るリン酸塩皮膜及び炭素皮膜を有するリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
11d 実施例10に係るリン酸塩皮膜及び炭素皮膜を有するリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
11e 実施例13に係るリン酸塩皮膜及び炭素皮膜を有するリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
11f 実施例16に係るリン酸塩皮膜及び炭素皮膜を有するリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
11g 実施例19に係るリン酸塩皮膜及び炭素皮膜を有するリチウム・ニッケル複合酸化物粒子
1 Carbon film 2 Phosphate film 3 Lithium metal composite oxide particles 3a Lithium / nickel composite oxide particles 3b according to Example 1 Lithium / nickel composite oxide particles 3c according to Example 4 Lithium / nickel according to Example 7 Composite oxide particles 3d Lithium / nickel composite oxide particles 3e according to Example 10 Lithium / nickel composite oxide particles 3f according to Example 13 Lithium / nickel composite oxide particles 3g according to Example 16 Lithium according to Example 19 Nickel composite oxide particles 4 Lithium metal negative electrode 5 Separator (electrolyte impregnation)
6 Positive electrode (Evaluation electrode)
7 Gasket 8 Negative electrode can 9 Positive electrode can 10 2032 type coin battery 11 Lithium metal composite oxide particles having phosphate film and carbon film (non-aqueous electrolyte positive electrode active material of the present invention)
11a Lithium / nickel composite oxide particles 11b having a phosphate coating and a carbon coating according to Example 1 Lithium / nickel composite oxide particles 11c having a phosphate coating and a carbon coating according to Example 4 Lithium / nickel composite oxide particles 11d having phosphate film and carbon film Lithium / nickel composite oxide particles 11e having phosphate film and carbon film according to Example 10 Phosphate film and carbon according to Example 13 Lithium / nickel composite oxide particles 11f having a film 11f Lithium / nickel composite oxide particles having a phosphate film and a carbon film according to Example 16 Lithium / nickel having a phosphate film and a carbon film according to Example 19 Composite oxide particles

Claims (6)

リチウム金属複合酸化物粒子であって、
前記金属がニッケルまたはコバルトを主成分とし、
前記複合酸化物粒子の粒子表面が、リン酸塩皮膜、炭素の順に被覆されていることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質。
Lithium metal composite oxide particles,
The metal is mainly composed of nickel or cobalt,
A cathode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the particle surface of the composite oxide particles is coated in the order of a phosphate film and carbon.
前記リチウム金属複合酸化物粒子が、一般式LiNi1−y(式中、0.05≦x≦1.2である。また、0≦y≦0.7である。そして、MはFe、Co、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Srからなる群より選ばれる一種以上である。)で表されるリチウム・ニッケル複合酸化物の粒子であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用正極活物質。 The lithium metal composite oxide particles are represented by the general formula Li x Ni 1-y M y O 2 (where 0.05 ≦ x ≦ 1.2, and 0 ≦ y ≦ 0.7. , M is one or more selected from the group consisting of Fe, Co, Mn, Cu, Zn, Al, Sn, B, Ga, Cr, V, Ti, Mg, Ca, and Sr). The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material is a nickel composite oxide particle. 前記リチウム金属複合酸化物粒子が、一般式LiCo1−y(式中、0.9≦x≦1.2である。また、0≦y≦0.1である。そして、MはMg、Al、Ti及びZrからなる群より選ばれる一種以上である。)で表される層状構造を有するリチウム含有コバルト複合酸化物の粒子であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池用正極活物質。 The lithium metal composite oxide particles have a general formula of Li x Co 1-y M y O 2 (where 0.9 ≦ x ≦ 1.2, and 0 ≦ y ≦ 0.1. , M is one or more selected from the group consisting of Mg, Al, Ti and Zr.), And lithium-containing cobalt composite oxide particles having a layered structure represented by: Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery. リチウム金属複合酸化物粒子の粒子表面をリン酸処理によりリン酸塩皮膜で被覆する工程と、前記リン酸塩皮膜により被覆された粒子表面を炭素により被覆する工程を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   Non-water characterized by comprising a step of coating a particle surface of a lithium metal composite oxide particle with a phosphate coating by phosphoric acid treatment, and a step of coating the particle surface coated with the phosphate coating with carbon A method for producing a positive electrode active material for an electrolyte secondary battery. 前記リチウム金属複合酸化物粒子が、LiNi1−y(式中、0.05≦x≦1.2である。また、0≦y≦0.7である。そして、MはFe、Co、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Srからなる群より選ばれる一種以上である。)であることを特徴とする請求項4に記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 The lithium metal composite oxide particles are Li x Ni 1-y M y O 2 (wherein 0.05 ≦ x ≦ 1.2, and 0 ≦ y ≦ 0.7. Is one or more selected from the group consisting of Fe, Co, Mn, Cu, Zn, Al, Sn, B, Ga, Cr, V, Ti, Mg, Ca, and Sr. Item 5. A method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 4. 前記リチウム金属複合酸化物粒子が、LiCo1−y(式中、0.9≦x≦1.2である。また、0≦y≦0.1である。そして、MはMg、Al、Ti及びZrからなる群より選ばれる一種以上である。)であることを特徴とする請求項4に記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 The lithium metal composite oxide particles are Li x Co 1-y M y O 2 (wherein 0.9 ≦ x ≦ 1.2 and 0 ≦ y ≦ 0.1. Is at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Ti and Zr.) The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4.
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