JP2014220232A - Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および、この非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高エネルギ密度を有する小型で軽量な二次電池に対する要求が高まっている。また、モータ駆動用電源、特に輸送機器用電源の電池として高出力の二次電池の開発も強く望まれている。 In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, there is an increasing demand for small and lightweight secondary batteries having high energy density. In addition, development of a high-output secondary battery as a battery for a motor drive power supply, particularly a power supply for transportation equipment, is also strongly desired.
このような要求を満たす二次電池として、非水系電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池がある。このリチウムイオン二次電池は、負極、正極、電解液などで構成され、その負極および正極の材料として用いられる活物質には、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が使用される。 As a secondary battery satisfying such requirements, there is a lithium ion secondary battery which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery. This lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as an active material used as a material for the negative electrode and the positive electrode.
このような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いるところである。この中でも、リチウム金属複合酸化物、特に合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギ密度を有する電池として実用化が進んでいる。このリチウムコバルト複合酸化物を用いたリチウムイオン二次電池では、優れた初期容量特性やサイクル特性を得るための開発がこれまで数多く行われてきており、すでにさまざまな成果が得られている。 Research and development of such lithium ion secondary batteries is being actively conducted. Among these, a lithium ion secondary battery using a lithium metal composite oxide, particularly a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to synthesize, as a positive electrode material can obtain a high voltage of 4 V, and thus has high energy. Practical use is progressing as a battery having a high density. In the lithium ion secondary battery using this lithium cobalt composite oxide, many developments have been made so far to obtain excellent initial capacity characteristics and cycle characteristics, and various results have already been obtained.
しかしながら、リチウムコバルト複合酸化物は、原料に希産で高価なコバルト化合物を用いており、電池のコストアップの原因となる。このため、コバルトよりも安価でありながらも、高エネルギ密度を実現できる代替材料を用いた正極活物質の開発が求められている。 However, the lithium cobalt composite oxide uses a rare and expensive cobalt compound as a raw material, which increases the cost of the battery. For this reason, development of the positive electrode active material using the alternative material which can implement | achieve a high energy density while being cheaper than cobalt is calculated | required.
リチウムイオン二次電池用正極活物質として新たに提案されている材料としては、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)や、ニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)を挙げることができる。このうち、リチウムマンガン複合酸化物は、原料が安価である上、その結晶構造がスピネル型構造であることに起因して、熱安定性、特に、発火などについての安全性に優れるため、リチウムコバルト複合酸化物の有力な代替材料として注目を集めている。このようなスピネル型構造のリチウムマンガン複合酸化物としては、Li2Mn4O9、Li4Mn5O12、LiMn2O4などがあり、特に、LiMn2O4は、Li(リチウム)電位に対して4V領域で充放電が可能であることから、研究開発が盛んに行われている。 Newly proposed materials as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries include lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese and lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel. Can be mentioned. Among these, lithium manganese composite oxide is lithium cobalt because it is inexpensive and has excellent thermal stability, especially safety in terms of ignition, due to its crystal structure being a spinel structure. It is attracting attention as a powerful alternative material for complex oxides. Examples of such a spinel-type lithium manganese composite oxide include Li 2 Mn 4 O 9 , Li 4 Mn 5 O 12 , and LiMn 2 O 4. In particular, LiMn 2 O 4 has a Li (lithium) potential. On the other hand, since charge and discharge are possible in the 4V region, research and development are actively conducted.
ところで、電気自動車などのモータ駆動用電源として使用する場合、300V以上の高電位が必要とされるが、従来のリチウムコバルト複合酸化物を用いた二次電池では、その作動電位が4.2V程度であることから、直列接続する二次電池の数が多くなるという問題がある。このため、リチウムコバルト複合酸化物の代替材料としては、二次電池を構成した場合の作動電位がリチウムコバルト複合酸化物よりも高電位であることが必要とされている。しかしながら、前述したスピネル型のリチウムマンガン複合酸化物の場合、作動電位は4V以下であり、上記問題を解決することはできない。 By the way, when used as a power source for driving a motor of an electric vehicle or the like, a high potential of 300 V or more is required. However, in a secondary battery using a conventional lithium cobalt composite oxide, the operating potential is about 4.2 V. Therefore, there is a problem that the number of secondary batteries connected in series increases. For this reason, as an alternative material for the lithium cobalt composite oxide, it is required that the operating potential when the secondary battery is configured is higher than that of the lithium cobalt composite oxide. However, in the case of the above-described spinel type lithium manganese composite oxide, the operating potential is 4 V or less, and the above problem cannot be solved.
このような事情から、リチウムマンガン複合酸化物の研究開発において、その高電位化が求められている。たとえば、特開平9−147867号公報や特開平11−73962号公報には、マンガンサイトの一部をニッケルやクロムで置換した、スピネル型のリチウムマンガン複合酸化物からなる正極活物質が開示されている。これらの文献によれば、この正極活物質を用いた二次電池では、金属リチウム基準で4.5V以上の作動電位が得られるとされている。しかしながら、これらのスピネル型の正極活物質は、充放電を繰り返すに従い、電池容量が減少していくという問題、すなわち、サイクル特性に劣るという問題がある。 Under such circumstances, higher potential is required in the research and development of lithium manganese composite oxides. For example, JP-A-9-147867 and JP-A-11-73962 disclose a positive electrode active material made of a spinel-type lithium-manganese composite oxide in which a part of a manganese site is substituted with nickel or chromium. Yes. According to these documents, in a secondary battery using this positive electrode active material, an operating potential of 4.5 V or more is obtained on the basis of metallic lithium. However, these spinel-type positive electrode active materials have a problem that the battery capacity decreases as charging and discharging are repeated, that is, the cycle characteristics are inferior.
電池容量が減少する原因の一つとしては、充電時における電解液の分解が考えられる。すなわち、電解液の分解は不可逆反応であるため、充放電の繰り返しにより、徐々に正極と負極との間でリチウムイオンのキャリアである電解液が減少し、この結果、電池容量が減少すると考えられる。なお、分解した電解液は、水素などを主成分とするガスの発生源となり、二次電池の膨れなどの不具合の原因となることもある。 One of the causes of the decrease in battery capacity is considered to be decomposition of the electrolyte during charging. That is, since the decomposition of the electrolytic solution is an irreversible reaction, it is considered that the electrolytic solution that is a lithium ion carrier gradually decreases between the positive electrode and the negative electrode due to repeated charge and discharge, and as a result, the battery capacity decreases. . Note that the decomposed electrolytic solution serves as a source of gas mainly composed of hydrogen or the like, and may cause problems such as swelling of the secondary battery.
また、高電位のリチウムマンガン複合酸化物に固有の問題ではないが、充放電時に、電解液中にマンガンが溶出することも電池容量が減少する原因の一つと考えられる。特に、負極としてカーボン系材料を用いた場合、正極から溶出したマンガンが負極に析出し、負極での電池反応を阻害するため、電池容量が減少すると考えられる。 Further, although this is not a problem inherent to the high-potential lithium-manganese composite oxide, it is considered that the elution of manganese in the electrolytic solution during charge / discharge is one of the causes for the decrease in battery capacity. In particular, when a carbon-based material is used as the negative electrode, manganese eluted from the positive electrode is deposited on the negative electrode and inhibits the battery reaction at the negative electrode.
これらの現象は、いずれも正極活物質と電解液との界面で生じる副反応に起因するものである。このため、高電位のリチウムマンガン複合酸化物を正極活物質として用いた二次電池のサイクルを改善するためには、リチウムマンガン複合酸化物の表面状態を制御することが重要であると考えられる。 These phenomena are all caused by side reactions occurring at the interface between the positive electrode active material and the electrolytic solution. For this reason, in order to improve the cycle of the secondary battery using the high potential lithium manganese composite oxide as the positive electrode active material, it is considered important to control the surface state of the lithium manganese composite oxide.
たとえば、特開2000−203842号公報には、スピネル型のリチウムマンガンニッケル複合酸化物粒子の表面を金属ハロゲン化物で被覆するとともに、粒子表面に金属ハロゲン化物の状態で存在するハロゲンの量および粒子内部の酸素原子を置換した固溶体の状態で存在するハロゲンの量を所定範囲に制御することにより、電解液中へのマンガンの溶出や電解液の分解を抑制する技術が記載されている。しかしながら、この文献に記載の技術では、焼成時にハロゲンが蒸発し、焼成炉の内部を劣化させるという問題がある。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-203842 discloses that the surface of spinel-type lithium manganese nickel composite oxide particles is coated with a metal halide, the amount of halogen present in the state of metal halide on the particle surface, and the inside of the particle A technique for suppressing elution of manganese into the electrolytic solution and decomposition of the electrolytic solution by controlling the amount of halogen present in the state of a solid solution substituted with oxygen atoms within a predetermined range is described. However, the technique described in this document has a problem that halogen is evaporated at the time of firing and the inside of the firing furnace is deteriorated.
これに対して、特開2006−36545号公報には、リチウムマンガンニッケル複合酸化物粒子の表面をMg、Al、Ti、Zr、Znから選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む金属酸化物で被覆し、その表面状態を改質する技術が記載されている。 In contrast, JP-A-2006-36545 covers the surface of lithium manganese nickel composite oxide particles with a metal oxide containing at least one metal element selected from Mg, Al, Ti, Zr, and Zn. However, a technique for modifying the surface state is described.
また、特開2008−305777号公報には、主として層状岩塩型の結晶構造を有するものを対象としたものであるが、リチウム化合物と、ニッケルなどの遷移金属化合物とからなる主成分原料に、焼成時の粒成長や焼結を抑制する添加剤として、タングステンやモリブデンの酸化物を添加し、焼成することで、比表面積の大きなリチウムニッケル複合酸化物粒子を得る技術が記載されている。なお、このリチウムニッケル複合酸化物粒子は、一次粒子の表面にタングステンやモリブデンが濃化して存在していることを特徴とするものである。 Japanese Patent Laid-Open No. 2008-305777 is mainly intended for those having a layered rock salt type crystal structure, but the main component material composed of a lithium compound and a transition metal compound such as nickel is calcined. A technique is described in which lithium nickel composite oxide particles having a large specific surface area are obtained by adding and firing an oxide of tungsten or molybdenum as an additive that suppresses grain growth and sintering at the time. The lithium-nickel composite oxide particles are characterized in that tungsten and molybdenum are concentrated on the surface of the primary particles.
これらの文献に記載の技術によれば、ハロゲンを使用する必要はないため、特開2000−203842号公報に記載の技術のような問題が生じることなく、得られる二次電池のサイクル特性などの諸特性を改善することができると考えられる。 According to the techniques described in these documents, since it is not necessary to use halogen, problems such as the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-203842 do not occur, and the cycle characteristics of the obtained secondary battery It is thought that various characteristics can be improved.
本発明は、高い作動電位を有しながらも、サイクル特性に優れた二次電池を実現可能な正極活物質を提供することを目的とする。また、本発明は、このような正極活物質を工業規模の生産において、容易に得ることが可能な製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このような正極活物質を用いた二次電池を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the positive electrode active material which can implement | achieve the secondary battery excellent in cycling characteristics, while having a high operating potential. Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method which can obtain such a positive electrode active material easily in industrial scale production. Furthermore, an object of this invention is to provide the secondary battery using such a positive electrode active material.
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、一般式(1):Li1+xMn2(1-y-c)-aNi2(y-d)-bAa+bB2(c+d)O4(ただし、−0.2≦x≦0.2、0.2≦y≦0.3、0≦a≦0.05、0≦b≦0.05、0<a+b≦0.05、0≦c≦0.05、0≦d≦0.05、0≦c+d≦0.1、Aは、Wおよび/またはMo、Bは、Co、Cr、Fe、Ti、Cuから選択される少なくとも1種の元素)で表され、スピネル型の結晶構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物粒子からなり、前記リチウムマンガンニッケル複合酸化物粒子の表面および/または結晶粒界に、タングステンおよび/またはモリブデンの濃縮部が存在し、BET比表面積が0.1m2/g〜0.3m2/gの範囲にあり、30秒間の超音波分散処理を施した後のレーザ散乱粒度分布計を用いた粒度分布の測定で得られる体積平均粒径と、前記BET比表面積との積が、1.0×10-6m3/g〜3.0×10-6m3/gであることを特徴とする。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a general formula (1): Li 1 + x Mn 2 (1-yc) -a Ni 2 (yd) -b A a + b B 2 (c + d) O 4 (however, −0.2 ≦ x ≦ 0.2, 0.2 ≦ y ≦ 0.3, 0 ≦ a ≦ 0.05, 0 ≦ b ≦ 0.05, 0 <a + b ≦ 0. 05, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0 ≦ d ≦ 0.05, 0 ≦ c + d ≦ 0.1, A is selected from W and / or Mo, B is selected from Co, Cr, Fe, Ti, Cu The lithium manganese nickel composite oxide particles having a spinel type crystal structure, tungsten and / or at the surface and / or grain boundaries of the lithium manganese nickel composite oxide particles. There are concentrated portion of the molybdenum, there BET specific surface area in the range of 0.1m 2 /g~0.3m 2 / g, an ultrasonic dispersion treatment for 30 seconds And the volume average particle diameter obtained by measurement of particle size distribution using laser scattering particle size distribution analyzer after applying the product of the said BET specific surface area, 1.0 × 10 -6 m 3 /g~3.0× It is characterized by 10 −6 m 3 / g.
前記正極活物質は、XRDを用いた評価で得られる回折パターン中に、空間群Fd−3mまたはP4332のスピネル型の結晶構造の回折パターンに帰属できるピーク群が観測され、該ピーク群のうち、(311)面に帰属されるピーク位置が2θで36.40°以上であることが好ましい。 In the positive electrode active material, a peak group that can be attributed to the diffraction pattern of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m or P4332 is observed in the diffraction pattern obtained by evaluation using XRD, and among the peak group, The peak position attributed to the (311) plane is preferably 36.40 ° or more at 2θ.
前記タングステンおよび/またはモリブデンの濃縮部は、リチウムと、タングステンおよび/またはモリブデンからなる化合物を含むことが好ましく、Li2WO4、Li4WO5、Li4W2O9、Li2MoO4、Li4MoO5、Li4Mo2O9から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。 The concentrated portion of tungsten and / or molybdenum preferably contains a compound consisting of lithium and tungsten and / or molybdenum, and Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , Li 4 W 2 O 9 , Li 2 MoO 4 , More preferably, it is at least one selected from Li 4 MoO 5 and Li 4 Mo 2 O 9 .
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、リチウム化合物と、少なくともマンガンおよびニッケルを含む前駆体と、タングステンおよび/またはモリブデンを含む化合物とを、一般式(1):Li1+xMn2(1-y-c)-aNi2(y-d)-bAa+bB2(c+d)O4(ただし、−0.2≦x≦0.2、0.2≦y≦0.3、0≦a≦0.05、0≦b≦0.05、0<a+b≦0.05、0≦c≦0.05、0≦d≦0.05、0≦c+d≦0.1、Aは、Wおよび/またはMo、BはCo、Cr、Fe、Ti、Cuから選択される少なくとも1種の元素)で表される組成比となるように混合し、リチウム混合物を得る混合工程と、前記リチウム混合物を、酸化性雰囲気下、700℃〜1000℃で、10時間〜20時間焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする。 The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a lithium compound, a precursor containing at least manganese and nickel, and a compound containing tungsten and / or molybdenum. 1 + x Mn 2 (1-yc) -a Ni 2 (yd) -b A a + b B 2 (c + d) O 4 (where −0.2 ≦ x ≦ 0.2, 0.2 ≦ y ≦ 0.3, 0 ≦ a ≦ 0.05, 0 ≦ b ≦ 0.05, 0 <a + b ≦ 0.05, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0 ≦ d ≦ 0.05, 0 ≦ c + d ≦ 0.1, A is W and / or Mo, B is at least one element selected from Co, Cr, Fe, Ti, Cu), and the lithium mixture is mixed. And a baking step of baking the lithium mixture at 700 ° C. to 1000 ° C. for 10 hours to 20 hours in an oxidizing atmosphere. It is characterized in.
前記前駆体は、一般式(2):Mn1-y-cNiy-dBc+d(OH)2+α(ただし、0.2≦y≦0.3、0≦c≦0.05、0≦d≦0.05、0≦c+d≦0.1、0≦α≦0.5、Bは、Co、Cr、Fe、Ti、Cuから選択される少なくとも1種の元素)で表されるマンガンニッケル複合水酸化物粒子であることが好ましい。このようなマンガンニッケル複合水酸化物粒子は、少なくともマンガン塩およびニッケル塩を含む水溶液と、アルカリ水溶液とを反応槽内に一定の速度で連続的に供給し、これらの水溶液からなる反応水溶液の温度を30℃〜80℃、pH値を、液温25℃基準で10.5〜12.5の範囲に保持し、前記一般式(2)で表されるマンガンニッケル複合水酸化物を晶析させる、晶析工程により得ることができる。 The precursor is represented by the general formula (2): Mn 1-yc Ni yd B c + d (OH) 2 + α (where 0.2 ≦ y ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0 ≦ d ≦ 0.05, 0 ≦ c + d ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, B is at least one element selected from Co, Cr, Fe, Ti, Cu) Composite hydroxide particles are preferred. Such manganese nickel composite hydroxide particles are prepared by continuously supplying an aqueous solution containing at least a manganese salt and a nickel salt and an aqueous alkaline solution into a reaction vessel at a constant rate, and the temperature of the aqueous reaction solution comprising these aqueous solutions. 30 to 80 ° C., pH value is maintained in the range of 10.5 to 12.5 based on the liquid temperature of 25 ° C., and the manganese nickel composite hydroxide represented by the general formula (2) is crystallized. Can be obtained by a crystallization process.
前記焼成工程後に、酸化性雰囲気下、500℃〜800℃で、5時間〜40時間焼成する、再焼成工程をさらに含むことが好ましい。 It is preferable to further include a re-baking step of baking at 500 ° C. to 800 ° C. for 5 hours to 40 hours after the baking step.
前記リチウム化合物は、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウムから選択される少なくとも1種であることが好ましい。 The lithium compound is preferably at least one selected from lithium hydroxide, lithium carbonate, and lithium acetate.
前記タングステン化合物は、酸化タングステン、タングステン酸、パラタングステン酸アンモニアウムから選択される少なくとも1種であることが好ましく、前記モリブデン化合物は、酸化モリブデン、パラモリブデン酸アンモニアウムから選択される少なくとも1種であることが好ましい。 The tungsten compound is preferably at least one selected from tungsten oxide, tungstic acid, and ammonium paratungstate, and the molybdenum compound is at least one selected from molybdenum oxide and ammonium paramolybdate. Preferably there is.
また、本発明の非水系電解質二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、非水系電解質とを備え、前記正極の正極材料として、前記非水系電解質二次電池用正極活物質が用いられていることを特徴とする。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery is used as the positive electrode material of the positive electrode. It is characterized by.
本発明によれば、高い作動電位を有しながらも、サイクル特性に優れた二次電池を実現可能な正極活物質およびこの正極活物質を用いた非水系電解質二次電池を提供することができる。また、本発明によれば、このような正極活物質を工業規模の生産において、容易に得ることが可能な製造方法を提供することができる。このため、本発明の工業的意義はきわめて大きい。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positive electrode active material which can implement | achieve the secondary battery excellent in cycling characteristics while having a high operating potential, and the nonaqueous electrolyte secondary battery using this positive electrode active material can be provided. . In addition, according to the present invention, it is possible to provide a production method capable of easily obtaining such a positive electrode active material in industrial scale production. For this reason, the industrial significance of the present invention is extremely large.
本発明者らは、スピネル型のリチウムマンガンニッケル複合酸化物粒子(以下、「リチウム複合酸化物粒子」という)を用いた二次電池のサイクル特性を改善するため、特開2006−36545号公報に記載の技術に基づき、リチウム複合酸化物粒子の表面をマグネシウムやアルミニウムなどの金属酸化物で被覆し、その表面状態を改質することを試みた。しかしながら、これらの金属酸化物では、リチウム複合酸化物粒子の表面を均一に被覆することは困難であり、この文献に記載の技術では、電解液の分解や電解液中へのマンガンの溶出を十分に抑制し、サイクル特性を改善することはできないとの結論を得た。 In order to improve the cycle characteristics of a secondary battery using spinel-type lithium manganese nickel composite oxide particles (hereinafter referred to as “lithium composite oxide particles”), the present inventors have disclosed in JP-A-2006-36545. Based on the described technology, an attempt was made to coat the surface of the lithium composite oxide particles with a metal oxide such as magnesium or aluminum and to modify the surface state. However, with these metal oxides, it is difficult to uniformly coat the surface of the lithium composite oxide particles. With the technique described in this document, the decomposition of the electrolytic solution and the elution of manganese into the electrolytic solution are sufficient. It was concluded that the cycle characteristics could not be improved.
また、本発明者らは、特開2008−305777号公報に記載の技術を、スピネル型のリチウム複合酸化物粒子の製造に適用することを検討したが、この場合、得られる正極活物質の比表面積が大きくなり、電解液との接触面積が増大するため、同様に、電解液の分解やマンガンの溶出を抑制することができないとの結論を得た。 In addition, the present inventors examined applying the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-305777 to the production of spinel-type lithium composite oxide particles. In this case, the ratio of the obtained positive electrode active material Since the surface area increases and the contact area with the electrolytic solution increases, it was concluded that the decomposition of the electrolytic solution and the elution of manganese could not be suppressed.
これらの結論に基づき、研究を重ねた結果、本発明者らは、スピネル型構造のリチウム複合酸化物粒子を正極活物質として用いた二次電池のサイクル特性を改善するためには、比表面積が小さく、比較的粒径の大きいリチウム複合酸化物粒子を正極活物質として用いることが有効であるとの知見を得た。 Based on these conclusions, as a result of repeated research, the present inventors have determined that the specific surface area should be improved in order to improve the cycle characteristics of a secondary battery using lithium composite oxide particles having a spinel structure as a positive electrode active material. The present inventors have found that it is effective to use small and relatively large particle size lithium composite oxide particles as the positive electrode active material.
一方、このようなリチウム複合酸化物粒子を得るためには、製造段階における焼成温度を高温とする必要がある。特に、本発明者らの検討によれば、二次電池のサイクル特性を十分に改善するためには、リチウム複合酸化物粒子の比表面積を0.1m2/g〜0.3m2/gの範囲に規制しなければならず、そのためには、焼成温度を、1000℃を超える温度とすることが要求される。しかしながら、このような高温域での焼成は、工業規模の生産を前提とした場合、エネルギの消費量が大きく、また、焼成炉に対する負担も大きくなるため、現実的ではない。 On the other hand, in order to obtain such lithium composite oxide particles, it is necessary to increase the firing temperature in the production stage. In particular, according to the studies by the present inventors, in order to sufficiently improve the cycle characteristics of the secondary battery, the specific surface area of 0.1m 2 /g~0.3m 2 / g of the lithium composite oxide particles In order to do so, the firing temperature is required to exceed 1000 ° C. However, firing in such a high temperature region is not realistic because it consumes a large amount of energy and increases the burden on the firing furnace, assuming production on an industrial scale.
本発明者らは、この点に基づき、さらに研究を重ねた結果、リチウム複合酸化物粒子を合成する際に、所定量のタングステンやモリブデンの化合物を混合し、1000℃以下の温度で焼成することにより、一次粒子同士の焼結を抑制しつつも、その成長を促進することができるため、比表面積が小さく、比較的粒径の大きいリチウム複合酸化物粒子を得ることができるとの知見を得た。本発明は、これらの知見に基づき完成されたものである。 Based on this point, the present inventors have conducted further research. As a result, when synthesizing lithium composite oxide particles, a predetermined amount of tungsten or molybdenum compound is mixed and fired at a temperature of 1000 ° C. or lower. Therefore, it is possible to obtain lithium composite oxide particles having a small specific surface area and a relatively large particle size because the growth can be promoted while suppressing the sintering of the primary particles. It was. The present invention has been completed based on these findings.
以下、本発明について、「1.非水系電解質二次電池用正極活物質」、「2.非水系電解質二次電池用正極活物質」および「3.非水系電解質二次電池」に分けて、詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention is divided into “1. a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery”, “2. a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery” and “3. a non-aqueous electrolyte secondary battery”. This will be described in detail.
1.非水系電解質二次電池用正極活物質
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、一般式(1):Li1+xMn2(1-y-c)-aNi2(y-d)-bAa+bB2(c+d)O4(ただし、−0.2≦x≦0.2、0.2≦y≦0.3、0≦a≦0.05、0≦b≦0.05、0<a+b≦0.05、0≦c≦0.05、0≦d≦0.05、0≦c+d≦0.1、Aは、Wおよび/またはMo、Bは、Co、Cr、Fe、Ti、Cuから選択される少なくとも1種の元素)で表される、スピネル型の結晶構造を有するリチウム複合酸化物粒子からなる。このリチウム複合酸化物粒子は、その表面および/または結晶粒界に、タングステンおよび/またはモリブデンの濃縮部が存在し、BET比表面積が0.1m2/g〜0.3m2/gの範囲にあり、30秒間の超音波分散処理を施した後のレーザ散乱粒度分布計を用いた粒度分布の測定で得られる体積平均粒径と、前記BET比表面積との積が1.0×10-6m3/g〜3.0×10-6m3/gであることを特徴とする。このようなリチウム複合酸化物粒子では、充放電時に電解液中にマンガンが溶出することを抑制することができ、これを用いた二次電池のサイクル特性を向上させることが可能となる。
1. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a general formula (1): Li 1 + x Mn 2 (1-yc) -a Ni 2 (yd)- b A a + b B 2 (c + d) O 4 (where −0.2 ≦ x ≦ 0.2, 0.2 ≦ y ≦ 0.3, 0 ≦ a ≦ 0.05, 0 ≦ b ≦ 0.05, 0 <a + b ≦ 0.05, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0 ≦ d ≦ 0.05, 0 ≦ c + d ≦ 0.1, A is W and / or Mo, B is Co, And at least one element selected from Cr, Fe, Ti, and Cu), and lithium composite oxide particles having a spinel crystal structure. The lithium composite oxide particles on its surface and / or the grain boundary, there is enrichment of the tungsten and / or molybdenum, in the range BET specific surface area of 0.1m 2 /g~0.3m 2 / g Yes, the product of the volume average particle size obtained by measuring the particle size distribution using a laser scattering particle size distribution meter after ultrasonic dispersion treatment for 30 seconds and the BET specific surface area is 1.0 × 10 −6. m 3 / g to 3.0 × 10 −6 m 3 / g. In such lithium composite oxide particles, it is possible to suppress manganese from eluting into the electrolyte during charging and discharging, and it is possible to improve the cycle characteristics of a secondary battery using the same.
(1)組成
リチウム(Li)の過剰量を示すxの値は、−0.2以上0.2以下、好ましく0以上0.2以下、より好ましくは0.1以上0.2以下とする。xの値を上記範囲に規制することにより、リチウムが、リチウムサイト以外の金属サイトに導入され、結晶の安定性を向上させることができる。xの値が−0.2未満では、このような効果を得ることができない。一方、xの値が0.2を超えると、リチウム自体が酸化還元反応を行わない金属であることに起因して、電池容量の低下を招く。
(1) Composition The value of x indicating the excess amount of lithium (Li) is −0.2 or more and 0.2 or less, preferably 0 or more and 0.2 or less, more preferably 0.1 or more and 0.2 or less. By regulating the value of x within the above range, lithium can be introduced into metal sites other than the lithium site, and the stability of the crystal can be improved. If the value of x is less than −0.2, such an effect cannot be obtained. On the other hand, if the value of x exceeds 0.2, the lithium itself is a metal that does not undergo oxidation-reduction reactions, leading to a decrease in battery capacity.
ニッケル(Ni)は、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素である。マンガン(Mn)に対するニッケルの添加量を示すyの値は、0.2以上0.3以下、好ましくは0.225以上0.275以下、より好ましくは0.225以上0.25以下とする。yの値を上記範囲に規制することにより、本発明のリチウム複合酸化物粒子を正極活物質として用いた二次電池において、5V級の電位が得られるばかりでなく、充放電容量も高いものとすることができる。yの値が0.2未満では、二次電池を高電位化および高容量化することができない。一方、yの値が0.3を超えると、Redox反応に寄与しない酸化ニッケルが生成し、充放電容量が低下する。 Nickel (Ni) is an element that contributes to higher potential and higher capacity of the secondary battery. The value of y indicating the amount of nickel added to manganese (Mn) is 0.2 or more and 0.3 or less, preferably 0.225 or more and 0.275 or less, and more preferably 0.225 or more and 0.25 or less. By restricting the value of y to the above range, in the secondary battery using the lithium composite oxide particles of the present invention as the positive electrode active material, not only a 5V class potential is obtained, but also the charge / discharge capacity is high. can do. If the value of y is less than 0.2, the secondary battery cannot be increased in potential and capacity. On the other hand, if the value of y exceeds 0.3, nickel oxide that does not contribute to the Redox reaction is generated, and the charge / discharge capacity decreases.
タングステン(W)および/またはモリブデン(Mo)の添加量を示すa+bの値は、0を超えて0.05以下、好ましくは0を超えて0.03以下とする。また、マンガンに対するタングステンおよび/またはモリブデンの添加量を示すaの値、および、ニッケルに対するタングステンおよび/またはモリブデンの添加量を示すbの値は、いずれも0以上0.05以下、好ましくは0以上0.03以下とする。すなわち、タングステンおよび/またはモリブデンは、マンガンサイトとニッケルサイトのいずれか一方に存在していればよく、必ずしも両サイトに存在する必要はない。また、本発明の正極活物質においては、a+bの値をこのような範囲に規制することにより、一次粒子同士が過度に焼結することなく、その成長が促進されるため、この正極活物質の比表面積を所望の範囲に規制することが可能となる。一方、a+bの値が0.05を超えると、マンガンおよびニッケルの含有量が低下し、この正極活物質を用いた二次電池の充放電容量が低下してしまう。 The value of a + b indicating the addition amount of tungsten (W) and / or molybdenum (Mo) is more than 0 and 0.05 or less, preferably more than 0 and 0.03 or less. Further, the value of a indicating the amount of tungsten and / or molybdenum added to manganese and the value of b indicating the amount of tungsten and / or molybdenum added to nickel are both 0 or more and 0.05 or less, preferably 0 or more. 0.03 or less. That is, tungsten and / or molybdenum need only exist at one of the manganese site and the nickel site, and does not necessarily need to exist at both sites. Further, in the positive electrode active material of the present invention, the growth of the primary particles is promoted without excessive sintering between the primary particles by regulating the value of a + b within such a range. It becomes possible to regulate the specific surface area within a desired range. On the other hand, if the value of a + b exceeds 0.05, the contents of manganese and nickel decrease, and the charge / discharge capacity of a secondary battery using this positive electrode active material decreases.
本発明の正極活物質では、上記金属元素に加えて、所定量の添加元素Bを含有させてもよい。これにより、このリチウム複合酸化物粒子を用いた二次電池の諸特性を向上させることができる。 In the positive electrode active material of the present invention, a predetermined amount of additive element B may be contained in addition to the metal element. Thereby, various characteristics of the secondary battery using the lithium composite oxide particles can be improved.
このような添加元素Bとしては、コバルト(Co)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、カルシウム(Cu)から選択される少なくとも1種を用いることができる。これらの添加元素Bは、得られる正極活物質が使用される二次電池の用途や要求される性能に応じて、適宜選択されるものである。 As such an additive element B, at least one selected from cobalt (Co), chromium (Cr), iron (Fe), titanium (Ti), and calcium (Cu) can be used. These additive elements B are appropriately selected according to the use and required performance of the secondary battery in which the obtained positive electrode active material is used.
マンガンおよびニッケルに対する添加元素Bの添加量を示すc+dの値は、0以上0.1以下、好ましくは0以上0.05以下とする。また、マンガンに対する添加元素Bの添加量を示すcの値、および、ニッケルに対する添加元素Bの添加量を示すdの値は、いずれも0以上0.05以下、好ましくは0以上0.025以下とする。c+dの値が0.1を超えると、Redox反応に寄与する金属元素が減少するため、電池容量が低下する。 The value of c + d indicating the amount of additive element B added to manganese and nickel is 0 or more and 0.1 or less, preferably 0 or more and 0.05 or less. Further, the value of c indicating the amount of additive element B added to manganese and the value of d indicating the amount of additive element B added to nickel are both 0 or more and 0.05 or less, preferably 0 or more and 0.025 or less. And When the value of c + d exceeds 0.1, the metal element that contributes to the Redox reaction decreases, so that the battery capacity decreases.
添加元素Bは、後述する晶析工程において、マンガンおよびニッケルとともに晶析させ、マンガンニッケル複合水酸化物粒子(以下、「複合水酸化物粒子」という)中に均一に分散させることもできるが、晶析工程後、複合水酸化物粒子の表面に添加元素Bを被覆させてもよい。また、混合工程において、複合水酸化物粒子とともに、リチウム化合物と混合することも可能であり、これらの方法を併用してもよい。いずれの方法による場合であっても、上記一般式(1)の組成比となるように、その添加量を調製することが必要となる。 The additive element B can be crystallized together with manganese and nickel in the crystallization step described later, and can be uniformly dispersed in manganese nickel composite hydroxide particles (hereinafter referred to as “composite hydroxide particles”). After the crystallization step, the additive element B may be coated on the surface of the composite hydroxide particles. Moreover, in a mixing process, it is also possible to mix with a lithium compound with a composite hydroxide particle, You may use these methods together. Regardless of which method is used, it is necessary to adjust the amount added so that the composition ratio of the general formula (1) is obtained.
なお、酸素(O)については、厳密に、化学量論比である4である必要はない。すなわち、リチウム複合酸化物粒子において、酸素の組成比は、理想的には化学量論比である4であるが、合成条件や添加元素の影響により酸素欠陥が生成することは一般的であり、上記一般式(1)は、本発明の範囲から、このような酸素欠陥が存在する正極活物質を除外することを意図したものではない。 Note that oxygen (O) does not have to be strictly the stoichiometric ratio of 4. That is, in the lithium composite oxide particles, the composition ratio of oxygen is ideally a stoichiometric ratio of 4, but oxygen defects are generally generated due to the influence of synthesis conditions and additive elements. The general formula (1) is not intended to exclude a positive electrode active material having such oxygen defects from the scope of the present invention.
(2)濃縮部
本発明の正極活物質は、これを構成する一次粒子の表面、二次粒子の表面および/または結晶粒界に、タングステンおよび/またはモリブデンの濃縮部(以下、「濃縮部」という)が存在することを特徴とする。ここで、濃縮部とは、マンガン、ニッケル、タングステン、モリブデンおよび添加元素Bの原子数の総和に対する、タングステンおよび/またはモリブデンの原子数の総和が80原子%以上である部位を意味する。このような濃縮部の存在は、リチウム複合酸化物粒子をSEM観察することにより確認することができる。具体的には、図1および図2に表される、正極活物質の断面SEM像の白色部位が濃縮部に相当する。
(2) Concentrated portion The positive electrode active material of the present invention has a concentrated portion (hereinafter referred to as “concentrated portion”) of tungsten and / or molybdenum on the surface of primary particles, the surface of secondary particles and / or the crystal grain boundary constituting the positive electrode active material. Is present). Here, the enrichment part means a part where the total number of atoms of tungsten and / or molybdenum with respect to the total number of atoms of manganese, nickel, tungsten, molybdenum and additive element B is 80 atomic% or more. The presence of such a concentrated portion can be confirmed by SEM observation of the lithium composite oxide particles. Specifically, the white portion of the cross-sectional SEM image of the positive electrode active material shown in FIGS. 1 and 2 corresponds to the concentrating portion.
このように正極活物質を構成する一次粒子の表面、二次粒子の表面および/または結晶粒界に濃縮部が存在すると、焼成工程において、一次粒子同士が過度に焼結することなく、その成長が促進されることとなる。この理由は不明であるが、焼成工程中に、タングステンやモリブデンがリチウムと反応することにより生成した低融点の化合物が、ある種のフラックスとして機能し、濃縮部以外の部分において、一次粒子の成長が促進されるためと考えられる。 In this way, when the concentrated portion exists on the surface of the primary particles, the surface of the secondary particles and / or the grain boundaries constituting the positive electrode active material, the primary particles grow without excessive sintering in the firing step. Will be promoted. The reason for this is unknown, but the low melting point compound produced by the reaction of tungsten or molybdenum with lithium during the firing process functions as a kind of flux, and primary particle growth occurs in parts other than the concentrated part. This is considered to be promoted.
濃縮部を構成する化合物は、特に限定されることはなく、タングステンやモリブデンの酸化物や窒化物、あるいは、マンガン、ニッケルまたはリチウムとの固溶体で構成されていてもよい。特に、リチウムと、タングステンおよび/またはモリブデンとの化合物であることが好ましい。リチウムとタングステンとの化合物としては、Li2WO4、Li4WO5、Li4W2O9などを、リチウムとモリブデンの化合物としては、Li2MoO4、Li4MoO5、Li4Mo2O9などを挙げることができる。また、濃縮部は、これらの化合物を2種以上から構成されていてもよい。 The compound constituting the concentration part is not particularly limited, and may be composed of an oxide or nitride of tungsten or molybdenum, or a solid solution with manganese, nickel or lithium. In particular, a compound of lithium and tungsten and / or molybdenum is preferable. Li 2 WO 4 , Li 4 WO 5 , Li 4 W 2 O 9 etc. are used as the compound of lithium and tungsten, and Li 2 MoO 4 , Li 4 MoO 5 , Li 4 Mo 2 are used as the compound of lithium and molybdenum. Examples include O 9 . Moreover, the concentration part may be comprised from 2 or more types of these compounds.
(3)BET比表面積および体積平均粒径
本発明のリチウム複合酸化物粒子では、BET比表面積(S)が0.1m2/g〜0.3m2/gの範囲にあり、30秒間の超音波分散処理を施した後のレーザ散乱粒度分布計を用いた粒度分布の測定で得られる体積平均粒径(MV)と、BET比表面積(S)との積(S・MV)が、1.0×10-6m3/g〜3.0×10-6m3/gの範囲にあることを特徴とする。このような本発明のリチウム複合酸化物粒子を正極活物質として用いた場合、正極活物質と電解液との界面(接触面積)を低減することができるため、電解液の分解やマンガンの溶出を抑制し、サイクル特性の向上が可能となる。
(3) In the lithium composite oxide particles having a BET specific surface area and a volume average particle diameter of the present invention, there BET specific surface area (S) is in the range of 0.1m 2 /g~0.3m 2 / g, of 30 seconds ultrasonic The product (S · MV) of the volume average particle size (MV) obtained by measuring the particle size distribution using a laser scattering particle size distribution meter after the sonic dispersion treatment and the BET specific surface area (S) is 1. characterized in that in the range of 0 × 10 -6 m 3 /g~3.0×10 -6 m 3 / g. When such lithium composite oxide particles of the present invention are used as the positive electrode active material, the interface (contact area) between the positive electrode active material and the electrolytic solution can be reduced, so that the electrolytic solution is decomposed and manganese is eluted. Suppression and cycle characteristics can be improved.
リチウム複合酸化物粒子のBET比表面積(S)は、0.1m2/g〜0.3m2/g、好ましくは0.1m2/g〜0.25m2/gとする。BET比表面積(S)が0.1m2/g未満では、正極活物質の抵抗が大きくなり、充放電容量も大きく低下してしまう。一方、0.3m2/gを超えると、サイクル特性を向上させることができなくなる。なお、BET比表面積(S)は、窒素ガス吸着によるBET法により測定することができる。 BET specific surface area of the lithium composite oxide particles (S) is, 0.1m 2 /g~0.3m 2 / g, preferably to 0.1m 2 /g~0.25m 2 / g. When the BET specific surface area (S) is less than 0.1 m 2 / g, the resistance of the positive electrode active material is increased, and the charge / discharge capacity is also greatly reduced. On the other hand, if it exceeds 0.3 m 2 / g, the cycle characteristics cannot be improved. The BET specific surface area (S) can be measured by the BET method by nitrogen gas adsorption.
上記範囲のBET比表面積(S)は、タングステンやモリブデンを添加しなくても、焼成時における焼成温度を高温とすることで達成することができる。しかしながら、高温で焼成することにより得られるリチウム複合酸化物粒子は、一次粒子同士が部分的に焼結し、二次粒子も粗大化したものとなる。この場合、二次電池を製造する際の導電助剤との混合が困難となり、二次電池内の導通を確保することができなくなるおそれがある。 The BET specific surface area (S) in the above range can be achieved by increasing the firing temperature during firing without adding tungsten or molybdenum. However, in the lithium composite oxide particles obtained by firing at a high temperature, the primary particles are partially sintered and the secondary particles are also coarsened. In this case, it becomes difficult to mix with the conductive auxiliary agent at the time of manufacturing the secondary battery, and there is a possibility that conduction in the secondary battery cannot be secured.
このような粗大粒子を排除するためには、BET比表面積(S)を上記範囲に規制した上で、このBET比表面積(S)と、30秒間の超音波分散処理を施した後のレーザ散乱粒度分布計を用いた粒度分布の測定により得られる体積平均粒径(MV)との積(S・MV)を1.0×10-6m3/g〜3.0×10-6m3/g、好ましくは1.5×10-6m3/g〜3.0×10-6m3/gの範囲に規制することが必要となる。S・MVが1.0×10-6m3/g未満では、二次粒子の体積平均粒径(MV)が小さすぎるため、取扱いが困難となる。一方、3.0×10-6m3/gを超えると、上述したように導電助剤との混合が困難となり、二次電池内の導通を確保することができなくなるおそれがある。 In order to eliminate such coarse particles, the BET specific surface area (S) is regulated within the above range, and then the BET specific surface area (S) and laser scattering after performing ultrasonic dispersion treatment for 30 seconds. The product (S · MV) with the volume average particle size (MV) obtained by measuring the particle size distribution using a particle size distribution meter is 1.0 × 10 −6 m 3 / g to 3.0 × 10 −6 m 3. / g, preferably it is necessary to restrict the range of 1.5 × 10 -6 m 3 /g~3.0×10 -6 m 3 / g. When S · MV is less than 1.0 × 10 −6 m 3 / g, the volume average particle size (MV) of the secondary particles is too small, and handling becomes difficult. On the other hand, if it exceeds 3.0 × 10 −6 m 3 / g, it becomes difficult to mix with the conductive auxiliary agent as described above, and there is a possibility that conduction in the secondary battery cannot be secured.
なお、体積平均粒径(MV)は、S・MVが上記範囲にある限り、特に限定されることはないが、3.3μm〜30μmの範囲にあることが好ましく、6.0μm〜30μmの範囲にあることがより好ましい。 The volume average particle size (MV) is not particularly limited as long as S · MV is in the above range, but is preferably in the range of 3.3 μm to 30 μm, and in the range of 6.0 μm to 30 μm. More preferably.
(4)結晶構造
本発明の正極活物質は、スピネル型の結晶構造を備えるものであり、XRDを用いた評価で得られる回折パターン中に、空間群Fd−3mまたはP4332のスピネル型の結晶構造の回折パターンに帰属できるピーク群を観測することができる。なお、空間群Fd−3m、P4332以外のピーク群については、電池特性に影響を与えない限り、観測されなくても問題はない。
(4) Crystal structure The positive electrode active material of the present invention has a spinel crystal structure, and in the diffraction pattern obtained by evaluation using XRD, the spinel crystal structure of the space group Fd-3m or P4332 A group of peaks that can be attributed to the diffraction pattern can be observed. Note that there is no problem even if the peak groups other than the space groups Fd-3m and P4332 are not observed unless they affect the battery characteristics.
特に、本発明の正極活物質では、スピネル型の回折パターンのうち、(311)面に帰属されるピークが36.40°以上であることが好ましく、36.43°以上であることがより好ましい。(311)面に帰属されるピークが上記範囲に存在することにより、面間隔を適切な範囲に制御することができ、このリチウム複合酸化物粒子を正極活物質として用いた二次電池の出力特性を改善することができる。これに対して、(311)面に帰属されるピークが36.40°未満ということは、面間隔が増大していることを意味する。このような面間隔の増大は、タングステンやモリブデンが、正極活物質を構成するリチウム複合酸化物粒子の結晶格子に過度に固溶したためと考えられるが、この場合、タングステンやモリブデンが抵抗成分となり、出力特性が低下するおそれがある。なお、本発明者らによる実験によれば、タングステンやモリブデンの結晶格子への固溶に起因する面間隔の減少は確認されておらず、本発明の正極活物質において、(311)面に帰属されるピークの上限を規定する必要はない。ただし、一般的には、36.50°を超えると面間隔が減少し、充放電時のリチウムの移動が阻害され、出力特性が低下するおそれがあるとされている。したがって、この点を考慮すれば、(311)面に帰属されるピークの上限を、36.50°とすることが好ましく、36.47°とすることがより好ましい。 In particular, in the positive electrode active material of the present invention, in the spinel diffraction pattern, the peak attributed to the (311) plane is preferably 36.40 ° or more, and more preferably 36.43 ° or more. . Since the peak attributed to the (311) plane exists in the above range, the spacing between the planes can be controlled to an appropriate range, and the output characteristics of the secondary battery using this lithium composite oxide particle as the positive electrode active material Can be improved. On the other hand, the fact that the peak attributed to the (311) plane is less than 36.40 ° means that the plane spacing is increased. Such an increase in the interplanar spacing is considered to be because tungsten or molybdenum is excessively dissolved in the crystal lattice of the lithium composite oxide particles constituting the positive electrode active material. In this case, tungsten or molybdenum becomes a resistance component, The output characteristics may be degraded. In addition, according to experiments by the present inventors, no decrease in interplanar spacing due to solid solution of tungsten or molybdenum in the crystal lattice has been confirmed, and in the positive electrode active material of the present invention, it belongs to the (311) plane. There is no need to specify the upper limit of the peak to be generated. However, generally, when it exceeds 36.50 °, the interplanar spacing decreases, the movement of lithium during charging and discharging is hindered, and the output characteristics may be deteriorated. Therefore, considering this point, the upper limit of the peak attributed to the (311) plane is preferably 36.50 °, more preferably 36.47 °.
2.非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、リチウム化合物と、少なくともマンガンおよびニッケルを含む前駆体と、タングステンおよび/またはモリブデンを含む化合物とを、一般式(1):Li1+xMn2(1-y-c)-aNi2(y-d)-bAa+bB2(c+d)O4(ただし、−0.2≦x≦0.2、0.2≦y≦0.3、0≦a≦0.05、0≦b≦0.05、0<a+b≦0.05、0≦c≦0.05、0≦d≦0.05、0≦c+d≦0.1、Aは、Wおよび/またはMo、BはCo、Cr、Fe、Ti、Cuから選択される少なくとも1種の元素)で表される組成比となるように混合し、リチウム混合物を得る混合工程と、混合工程で得られたリチウム混合物を、酸化性雰囲気下、700℃〜1000℃で、10時間〜20時間焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする。
2. Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery The method for producing a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a lithium compound, a precursor containing at least manganese and nickel, and tungsten and / or molybdenum. And a compound containing the general formula (1): Li 1 + x Mn 2 (1-yc) -a Ni 2 (yd) -b A a + b B 2 (c + d) O 4 (where −0 .2 ≦ x ≦ 0.2, 0.2 ≦ y ≦ 0.3, 0 ≦ a ≦ 0.05, 0 ≦ b ≦ 0.05, 0 <a + b ≦ 0.05, 0 ≦ c ≦ 0.05 0 ≦ d ≦ 0.05, 0 ≦ c + d ≦ 0.1, A is W and / or Mo, B is at least one element selected from Co, Cr, Fe, Ti, Cu) Mixing step to obtain a lithium mixture, and mixing the lithium mixture obtained in the mixing step in an oxidizing atmosphere at 700 ° C. At 1000 ° C., characterized in that it comprises a firing step of firing 10 hours to 20 hours.
なお、本発明において、少なくともマンガンおよびニッケルを含む前駆体としては、特に限定されることはなく、たとえば、マンガン化合物とニッケル化合物とを湿式混合した後、噴霧乾燥することにより得られる造粒粉末、または、少なくともマンガンおよびニッケルを含む複合水酸化物粒子、あるいは、造粒粉末または複合水酸化物粒子を熱処理することにより得られるマンガンニッケル複合酸化物粒子(以下、「複合酸化物粒子」という)を用いることができる。 In the present invention, the precursor containing at least manganese and nickel is not particularly limited. For example, a granulated powder obtained by wet-mixing a manganese compound and a nickel compound and then spray-drying, Alternatively, composite hydroxide particles containing at least manganese and nickel, or manganese nickel composite oxide particles (hereinafter referred to as “composite oxide particles”) obtained by heat-treating granulated powder or composite hydroxide particles Can be used.
以下では、主として、晶析反応により複合水酸化物粒子を得て、これを前駆体として使用し、正極活物質を製造する場合を例に挙げて説明する。なお、本発明の製造方法においては、これらの工程以外に、必要に応じて、分級工程、粉砕工程などを、さらに備えてもよい。 Hereinafter, a case where composite hydroxide particles are obtained by a crystallization reaction and used as a precursor to produce a positive electrode active material will be mainly described as an example. In addition, in the manufacturing method of this invention, you may further provide a classification process, a grinding | pulverization process, etc. other than these processes as needed.
(1)晶析工程
本発明の正極活物質の前駆体として複合水酸化物粒子を用いる場合、この前駆体は、一般式(2):Mn1-y-cNiy-dBc+d(OH)2+α(ただし、0.2≦y≦0.3、0≦c≦0.05、0≦d≦0.05、0≦c+d≦0.1、0≦α≦0.5、Bは、Co、Cr、Fe、Ti、Cuから選択される少なくとも1種の元素)で表される複合水酸化物粒子であることが好ましい。このような複合水酸化物粒子は、たとえば、少なくともマンガン塩およびニッケル塩を含む水溶液と、アルカリ水溶液とを反応槽内に一定の速度で連続的に供給し、これらの水溶液からなる反応水溶液の温度を30℃〜80℃、pH値を、液温25℃基準で10.5〜12.5の範囲に保持する晶析工程により得ることができる。この際、生成した複合水酸化物粒子が槽底に留まらず、安定して成長することができるように、反応水溶液を十分に撹拌することが好ましい。
(1) Crystallization Step When composite hydroxide particles are used as the precursor of the positive electrode active material of the present invention, this precursor is represented by the general formula (2): Mn 1-yc Ni yd B c + d (OH) 2 + α (where 0.2 ≦ y ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0 ≦ d ≦ 0.05, 0 ≦ c + d ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.5, B is Composite hydroxide particles represented by (at least one element selected from Co, Cr, Fe, Ti, and Cu) are preferable. Such composite hydroxide particles, for example, continuously supply an aqueous solution containing at least a manganese salt and a nickel salt and an alkaline aqueous solution into the reaction vessel at a constant rate, and the temperature of the aqueous reaction solution composed of these aqueous solutions. Can be obtained by a crystallization process in which the pH value is maintained in the range of 10.5 to 12.5 on the basis of the liquid temperature of 25 ° C. At this time, it is preferable to sufficiently stir the reaction aqueous solution so that the generated composite hydroxide particles do not stay on the tank bottom and can be stably grown.
晶析工程では、反応槽内に投入される各水溶液の量と沈殿物の生成量とが一定となり、反応槽からオーバーフローパイプを介して排出される沈殿物の採取量が一定になると、反応槽内のスラリー濃度が一定となる定常状態となる。このとき、採取された沈殿物を、ろ過および水洗し、乾燥することで、球状または略球状のマンガンニッケル複合水酸化物を得ることができる。 In the crystallization process, when the amount of each aqueous solution introduced into the reaction tank and the amount of precipitate generated are constant, and when the amount of precipitate collected from the reaction tank through the overflow pipe is constant, the reaction tank It becomes a steady state in which the slurry concentration is constant. At this time, the collected precipitate is filtered, washed with water, and dried to obtain a spherical or substantially spherical manganese-nickel composite hydroxide.
(原料水溶液)
原料水溶液としては、少なくともマンガン塩とニッケル塩を含むものであることが必要である。ニッケル塩およびマンガン塩としては、硫酸塩、硝酸塩および炭酸塩などを挙げることができ、これらの中でも、コストや廃液処理の観点から、硫酸塩が好ましい。
(Raw material aqueous solution)
The raw material aqueous solution needs to contain at least a manganese salt and a nickel salt. Examples of nickel salts and manganese salts include sulfates, nitrates, and carbonates. Among these, sulfates are preferable from the viewpoint of cost and waste liquid treatment.
この原料水溶液における塩濃度は、マンガン塩およびニッケル塩の合計で、好ましくは1.5mol/L〜2.5mol/L、より好ましくは1.8mol/L〜2.2mol/Lとする。原料水溶液の塩濃度が1.5mol/L未満では、複合水酸化物粒子の結晶が十分に成長しないことがある。一方、2.5mol/Lを超えると、常温での飽和濃度を超えるため、結晶が再析出し、配管を詰まらせるなどの危険がある。なお、原料水溶液中のニッケル塩とマンガン塩の比率は、これらの塩に含まれるニッケルとマンガンの組成比が、一般式(2)で表される組成比となるように調製することが好ましい。 The salt concentration in this raw material aqueous solution is preferably the sum of manganese salt and nickel salt, preferably 1.5 mol / L to 2.5 mol / L, more preferably 1.8 mol / L to 2.2 mol / L. When the salt concentration of the raw material aqueous solution is less than 1.5 mol / L, the crystals of the composite hydroxide particles may not grow sufficiently. On the other hand, if it exceeds 2.5 mol / L, the saturated concentration at room temperature is exceeded, so there is a risk that crystals will re-deposit and clog the piping. In addition, it is preferable to prepare the ratio of nickel salt and manganese salt in raw material aqueous solution so that the composition ratio of nickel and manganese contained in these salts may become a composition ratio represented by General formula (2).
(アルカリ水溶液)
アルカリ水溶液は、特に限定されることはないが、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの一般的なアルカリ金属水酸化物水溶液を用いることができる。なお、アルカリ金属水酸化物を、直接、反応水溶液に添加することもできるが、pH制御の容易さから、水溶液として添加することが好ましい。この場合、アルカリ金属水酸化物水溶液の濃度は、20質量%〜50質量%とすることが好ましく、20質量%〜30質量%とすることがより好ましい。アルカリ金属水溶液の濃度をこのような範囲に規制することにより、反応系に供給する溶媒の量を抑制しつつ、添加位置で、局所的にpH値が高くなることを防止することができるため、粒度分布が狭い複合水酸化物粒子を効率的に得ることができる。
(Alkaline aqueous solution)
The alkaline aqueous solution is not particularly limited, and a common alkaline metal hydroxide aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used. The alkali metal hydroxide can be directly added to the reaction aqueous solution, but it is preferably added as an aqueous solution in view of easy pH control. In this case, the concentration of the alkali metal hydroxide aqueous solution is preferably 20% by mass to 50% by mass, and more preferably 20% by mass to 30% by mass. By restricting the concentration of the aqueous alkali metal solution to such a range, it is possible to prevent the pH value from being locally increased at the addition position while suppressing the amount of the solvent supplied to the reaction system. Composite hydroxide particles having a narrow particle size distribution can be obtained efficiently.
(pH値)
反応水溶液のpH値は、液温25℃基準で10.5〜12.5、好ましくは10.7〜12.0、より好ましくは11.0〜11.7の範囲に保持することが必要となる。pH値が10.5未満では、マンガンおよびニッケルの溶解度が高すぎるため、得られる複合水酸化物粒子の組成がずれてしまうおそれがある。一方、12.5を超えると、生成する核が微細化し、反応水溶液がゲル化するおそれがある。また、過剰な量のアルカリ水溶液を供給するためには、反応槽を大型化する必要があり、生産性の悪化を招く。
(PH value)
The pH value of the aqueous reaction solution needs to be maintained in the range of 10.5 to 12.5, preferably 10.7 to 12.0, more preferably 11.0 to 11.7 based on the liquid temperature of 25 ° C. Become. If the pH value is less than 10.5, the solubility of manganese and nickel is too high, and the composition of the resulting composite hydroxide particles may be shifted. On the other hand, when it exceeds 12.5, the produced | generated nucleus refines | miniaturizes and there exists a possibility that reaction aqueous solution may gelatinize. In addition, in order to supply an excessive amount of the aqueous alkaline solution, it is necessary to enlarge the reaction tank, which leads to deterioration in productivity.
(反応水溶液の温度)
反応水溶液の温度は30℃〜80℃、好ましくは30℃〜70℃、より好ましくは30℃〜60℃の範囲に保持することが必要となる。反応水溶液の温度が30℃未満では、マンガンおよびニッケルの溶解度が低すぎるため、目的とする組成比を有する複合水酸化物粒子が得られないおそれがある。一方、80℃を超えると、反応水溶液の温度を保持するためのエネルギが増大し、生産性が悪化するおそれがある。
(Temperature of reaction aqueous solution)
The temperature of the reaction aqueous solution needs to be maintained in the range of 30 ° C to 80 ° C, preferably 30 ° C to 70 ° C, more preferably 30 ° C to 60 ° C. If the temperature of the reaction aqueous solution is less than 30 ° C., the solubility of manganese and nickel is too low, and there is a possibility that composite hydroxide particles having the target composition ratio cannot be obtained. On the other hand, when it exceeds 80 ° C., energy for maintaining the temperature of the reaction aqueous solution increases, and the productivity may be deteriorated.
(酸素濃度)
反応槽中の雰囲気は窒素、アルゴンなどの不活性ガスを導入することにより、酸素濃度を好ましくは1.0体積%以下、より好ましくは0.5体積%以下、より好ましくは0.2体積%以下とする必要がある。酸素濃度が1.0体積%を超えると、マンガンが酸化され、得られる複合水酸化物粒子が微細化し、この複合水酸化物粒子を固液分離する作業が困難となる。
(Oxygen concentration)
The atmosphere in the reaction vessel is preferably introduced with an inert gas such as nitrogen or argon, whereby the oxygen concentration is preferably 1.0% by volume or less, more preferably 0.5% by volume or less, more preferably 0.2% by volume. It is necessary to do the following. If the oxygen concentration exceeds 1.0% by volume, manganese is oxidized, and the resulting composite hydroxide particles are refined, making it difficult to perform solid-liquid separation of the composite hydroxide particles.
(アンモニウムイオン供給体を含む水溶液)
晶析工程では、原料水溶液およびアルカリ水溶液に加えて、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を添加してもよい。これによって、反応水溶液中の金属イオンの溶解度を適切な範囲に制御することが容易となる。
(Aqueous solution containing ammonium ion donor)
In the crystallization step, an aqueous solution containing an ammonium ion supplier may be added in addition to the raw material aqueous solution and the alkaline aqueous solution. This makes it easy to control the solubility of the metal ions in the reaction aqueous solution within an appropriate range.
アンモニウムイオン供給体を含む水溶液としては、反応水溶液中でニッケルアンミン錯体を形成可能なものであれば、特に制限されることはなく、たとえば、アンモニア水、硫酸アンモニウムや塩化アンモニウムの水溶液を使用することができる。 The aqueous solution containing the ammonium ion donor is not particularly limited as long as it can form a nickel ammine complex in the reaction aqueous solution. For example, an aqueous solution of ammonia water, ammonium sulfate or ammonium chloride may be used. it can.
アンモニウムイオン供給体として、アンモニア水を使用する場合、その濃度は、好ましくは20質量%〜30質量%、より好ましくは22質量%〜28質量%とする。アンモニア水の濃度をこのような範囲に規制することにより、揮発などによるアンモニアの損失を最小限に抑制することができるため、生産効率の向上を図ることができる。 When ammonia water is used as the ammonium ion supplier, the concentration is preferably 20% by mass to 30% by mass, more preferably 22% by mass to 28% by mass. By restricting the ammonia water concentration to such a range, loss of ammonia due to volatilization or the like can be suppressed to a minimum, so that production efficiency can be improved.
また、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液を添加する場合、反応水溶液のアンモニア濃度は、好ましくは2g/L〜15g/L、より好ましくは5g/L〜13g/L、さらに好ましくは5g/L〜10g/Lの範囲に制御する。反応水溶液のアンモニア濃度をこのような範囲に制御することにより、組成ずれを防止しつつ、球状性の高い複合水酸化物粒子を得ることができる。 In addition, when an aqueous solution containing an ammonium ion supplier is added, the ammonia concentration of the aqueous reaction solution is preferably 2 g / L to 15 g / L, more preferably 5 g / L to 13 g / L, and even more preferably 5 g / L to 10 g. Control within the range of / L. By controlling the ammonia concentration of the reaction aqueous solution in such a range, composite hydroxide particles having high sphericity can be obtained while preventing composition deviation.
(複合水酸化物粒子)
上述のような晶析工程で得られる複合水酸化物粒子は、マンガンおよびニッケルが分子レベルで均一に分散しているため、これらの元素の偏析による電池特性の低下を効果的に防止することができる。
(Composite hydroxide particles)
In the composite hydroxide particles obtained in the crystallization process as described above, manganese and nickel are uniformly dispersed at the molecular level, and therefore it is possible to effectively prevent deterioration of battery characteristics due to segregation of these elements. it can.
なお、上述した晶析工程によれば、得られる複合水酸化物粒子のBET比表面積を10m2/g〜50m2/gの範囲に、体積平均粒径を1μm〜8μmの範囲に制御することができる。複合水酸化物粒子のBET比表面積および体積平均粒径がこのような範囲にあれば、後述する焼成工程により、所望のBET比表面積および体積平均粒径を有する正極活物質を容易に得ることができる。 Note that according to the above-mentioned crystallization step, in the range of BET specific surface area of 10m 2 / g~50m 2 / g of the composite hydroxide particles obtained, to control the volume average particle size in the range of 1μm~8μm Can do. If the BET specific surface area and the volume average particle diameter of the composite hydroxide particles are within such ranges, a positive electrode active material having a desired BET specific surface area and volume average particle diameter can be easily obtained by the firing step described later. it can.
(2)混合工程
混合工程は、晶析工程で得られた複合水酸化物粒子と、リチウム化合物と、タングステンおよび/またはモリブデンの化合物とを、一般式(1):Li1+xMn2(1-y-c)-aNi2(y-d)-bAa+bB2(c+d)O4(ただし、−0.2≦x≦0.2、0.2≦y≦0.3、0≦a≦0.05、0≦b≦0.05、0<a+b≦0.05、0≦c≦0.05、0≦d≦0.05、0≦c+d≦0.1、Aは、Wおよび/またはMo、BはCo、Cr、Fe、Ti、Cuから選択される少なくとも1種の元素)で表される組成比となるように混合し、リチウム混合物を得る工程である。
(2) Mixing step In the mixing step, the composite hydroxide particles obtained in the crystallization step, the lithium compound, and the compound of tungsten and / or molybdenum are represented by the general formula (1): Li 1 + x Mn 2 ( 1-yc) -a Ni 2 (yd) -b A a + b B 2 (c + d) O 4 (where −0.2 ≦ x ≦ 0.2, 0.2 ≦ y ≦ 0.3, 0 ≦ a ≦ 0.05, 0 ≦ b ≦ 0.05, 0 <a + b ≦ 0.05, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0 ≦ d ≦ 0.05, 0 ≦ c + d ≦ 0.1, A is , W and / or Mo, B is a step of mixing at a composition ratio represented by at least one element selected from Co, Cr, Fe, Ti, and Cu to obtain a lithium mixture.
(リチウム化合物)
リチウム化合物としては、特に制限されることはなく、たとえば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウムなどから選択される少なくとも1種を用いることができる。これらの中でも、取り扱いの容易さ、品質の安定性を考慮すると、水酸化リチウムまたは炭酸リチウムを用いることが好ましく、水酸化リチウムを用いることがより好ましい。
(Lithium compound)
The lithium compound is not particularly limited, and for example, at least one selected from lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium acetate and the like can be used. Among these, considering the ease of handling and the stability of quality, it is preferable to use lithium hydroxide or lithium carbonate, and it is more preferable to use lithium hydroxide.
また、リチウム化合物としては、均一なリチウム混合物を得る観点から、体積平均粒径(MV)が0.5μm〜40μmのもの使用することが好ましく、1.0μm〜30μmのものを使用することがより好ましい。 Moreover, as a lithium compound, it is preferable to use that whose volume average particle diameter (MV) is 0.5 micrometer-40 micrometers from a viewpoint of obtaining a uniform lithium mixture, and it is more preferable to use a thing of 1.0 micrometer-30 micrometers. preferable.
(タングステン化合物、モリブデン化合物)
複合水酸化物粒子およびリチウム化合物と混合可能なタングステン化合物としては、酸化タングステン、タングステン酸、パラタングステン酸アンモニアウムなどが挙げられ、モリブデン化合物としては、酸化モリブデン、パラモリブデン酸アンモニアウムなどが挙げられる。これらの化合物は、単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。また、タングステンとモリブデンの複合化合物を使用することもできる。
(Tungsten compounds, molybdenum compounds)
Examples of the tungsten compound that can be mixed with the composite hydroxide particles and the lithium compound include tungsten oxide, tungstic acid, ammonia paratungstate, and the molybdenum compound includes molybdenum oxide, ammonia ammonium paramolybdate, and the like. . These compounds may be used alone or in combination of two or more. A composite compound of tungsten and molybdenum can also be used.
タングステン化合物またはモリブデン化合物としては、均一なリチウム混合物を得る観点から、体積平均粒径(MV)が0.1μm〜3.5μmのものを使用することが好ましく、0.1μm〜1.0μmのものを使用することがより好ましい。 As the tungsten compound or molybdenum compound, those having a volume average particle size (MV) of 0.1 μm to 3.5 μm are preferably used from the viewpoint of obtaining a uniform lithium mixture, and those of 0.1 μm to 1.0 μm are used. More preferably, is used.
なお、本発明では、このように複合水酸化物粒子にタングステン化合物やモリブデン化合物を添加し、焼成することで、一次粒子同士の焼結を抑制しつつ、その成長を促進し、これによって、比表面積が小さく、比較的粒径の大きい二次粒子からなる正極活物質を得ている。これに対して、上述した特開2008−305777号公報に記載の技術は、同様に、タングステン化合物やモリブデン化合物を添加し、焼成するものであるが、この文献に記載の技術は、これらの化合物を添加することにより、粒成長および焼結を抑制し、比表面積が大きい微細な二次粒子からなる正極活物質を得るものである。両発明において、このような相違が現れる理由としては、結晶構造の相違、具体的には、本発明の正極活物質がスピネル型構造を有するものであるのに対して、特開2008−305777号公報に記載の正極活物質は層状岩塩型構造を有するものであることに起因していると考えられる。 In the present invention, by adding a tungsten compound or a molybdenum compound to the composite hydroxide particles as described above and firing, the growth is promoted while suppressing the sintering of the primary particles. A positive electrode active material comprising secondary particles having a small surface area and a relatively large particle size is obtained. On the other hand, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-305777 described above similarly adds and burns a tungsten compound or a molybdenum compound. However, the technique described in this document uses these compounds. Is added to suppress the grain growth and sintering and to obtain a positive electrode active material composed of fine secondary particles having a large specific surface area. The reason why such a difference appears in both inventions is that the crystal structure is different, specifically, the positive electrode active material of the present invention has a spinel structure, whereas Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-305777. It is considered that the positive electrode active material described in the publication has a layered rock salt structure.
(混合方法)
混合方法としては、特に限定されることはなく、一般的な混合機を使用することができる。たとえば、シェーカミキサ、Vブレンダ、リボンミキサ、ジュリアミキサ、レーディゲミキサなどを使用することができ、微粉が発生しない程度に十分に混合されればよい。
(Mixing method)
The mixing method is not particularly limited, and a general mixer can be used. For example, a shaker mixer, a V blender, a ribbon mixer, a Julia mixer, a Ladige mixer, or the like can be used, and it is sufficient that they are sufficiently mixed so that no fine powder is generated.
(3)焼成工程
焼成工程は、混合工程で得られたリチウム混合物を、酸化性雰囲気下、700℃〜1000℃で、10時間〜20時間焼成する工程である。
(3) Firing step The firing step is a step of firing the lithium mixture obtained in the mixing step at 700 ° C to 1000 ° C for 10 hours to 20 hours in an oxidizing atmosphere.
(焼成雰囲気)
焼成雰囲気は酸化性雰囲気とするが、酸素濃度が18容量%〜100容量%の雰囲気、すなわち、大気〜酸素気流中で行うことが好ましく、コスト面を考慮すると、空気気流中で行うことがより好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、酸化反応が十分に進行せず、得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性が十分なものとならない場合がある。
(Baking atmosphere)
Although the firing atmosphere is an oxidizing atmosphere, it is preferably performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, that is, in the atmosphere to an oxygen stream. preferable. When the oxygen concentration is less than 18% by volume, the oxidation reaction does not proceed sufficiently, and the resulting lithium composite oxide particles may not have sufficient crystallinity.
(焼成温度)
焼成温度は、700℃〜1000℃、好ましくは800℃〜1000℃、より好ましくは900℃〜1000℃とする。焼成温度が700℃未満では、タングステンやモリブデンとリチウムの反応が進行せず、濃縮部が十分に形成されなくなる。また、マンガン、ニッケルおよびリチウムが十分に拡散することができず、局所的に化学組成が不均一になりやすい。さらに、得られる正極活物質の比表面積が大きくなってしまい、充放電時における電解液中へのマンガンの溶出量が多くなり、サイクル特性が低下してしまう。一方、1000℃を超えると、タングステンやモリブデンが過剰に固溶してしまい、濃縮部が形成されなくなるばかりでなく、部分的に一次粒子同士の焼結が進行し、二次粒子が粗大化する。また、消費エネルギも増大するばかりでなく、焼成炉として高温に耐え得るものを使用することが必要となるため、生産コストの高騰を招く。
(Baking temperature)
The firing temperature is 700 ° C to 1000 ° C, preferably 800 ° C to 1000 ° C, more preferably 900 ° C to 1000 ° C. When the firing temperature is less than 700 ° C., the reaction between tungsten and molybdenum and lithium does not proceed, and the concentrated portion is not sufficiently formed. Further, manganese, nickel, and lithium cannot be sufficiently diffused, and the chemical composition tends to be locally uneven. Furthermore, the specific surface area of the positive electrode active material obtained is increased, the amount of manganese eluted into the electrolyte during charge / discharge is increased, and the cycle characteristics are degraded. On the other hand, when it exceeds 1000 ° C., tungsten and molybdenum are excessively dissolved, and not only the concentrated portion is not formed, but also the primary particles are partially sintered and the secondary particles are coarsened. . Moreover, not only does the energy consumption increase, but it is necessary to use a baking furnace that can withstand high temperatures, leading to an increase in production costs.
(焼成時間)
焼成時間は、10時間〜20時間、好ましくは10時間〜15時間、より好ましくは10時間〜12時間とする。焼成時間が10時間未満では、タングステンやモリブデンとリチウムの反応が進行せず、濃縮部が十分に形成されなくなる。また、マンガン、ニッケルおよびリチウムが十分に拡散することができず、局所的に化学組成が不均一になりやすい。一方、20時間を超えると、タングステンおよび/またはモリブデンが過剰に固溶してしまい、濃縮部が形成されなくなるばかりでなく、部分的に一次粒子同士の焼結が進行し、二次粒子が粗大化する。
(Baking time)
The firing time is 10 hours to 20 hours, preferably 10 hours to 15 hours, more preferably 10 hours to 12 hours. When the firing time is less than 10 hours, the reaction between tungsten and molybdenum and lithium does not proceed, and the concentrated portion is not sufficiently formed. Further, manganese, nickel, and lithium cannot be sufficiently diffused, and the chemical composition tends to be locally uneven. On the other hand, when it exceeds 20 hours, tungsten and / or molybdenum is excessively dissolved, and not only the concentrated portion is not formed, but also the primary particles are partially sintered and the secondary particles are coarse. Turn into.
(解砕)
焼成後のリチウム複合酸化物粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。この場合、リチウム複合酸化物粒子の凝集体または焼結体を解砕することが好ましい。これにより、リチウム複合酸化物粒子を適度な粒径を有する粉体として取り扱うことができるため、正極活物質として用いた場合の充填性を向上させることができる。なお、解砕とは、焼成時に二次粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく二次粒子を分離させて、凝集体をほぐす操作のことである。
(Disintegration)
The lithium composite oxide particles after firing may be agglomerated or slightly sintered. In this case, it is preferable to crush the aggregate or sintered body of lithium composite oxide particles. Thereby, since the lithium composite oxide particles can be handled as a powder having an appropriate particle size, the filling property when used as a positive electrode active material can be improved. Note that pulverization means that mechanical energy is applied to an aggregate composed of a plurality of secondary particles generated by sintering necking between secondary particles during firing, and the secondary particles themselves are hardly destroyed. This is an operation of separating the secondary particles and loosening the aggregates.
焼成後のリチウム複合酸化物粒子を解砕することにより、その体積平均粒径を、好ましくは3.3μm〜30μm、より好ましくは6.0μm〜30μmに調整する。リチウム複合酸化物粒子の体積平均粒径をこのような範囲に調整することにより、正極を作製するときのスラリー化が容易になる。 By crushing the fired lithium composite oxide particles, the volume average particle size is preferably adjusted to 3.3 μm to 30 μm, more preferably 6.0 μm to 30 μm. By adjusting the volume average particle size of the lithium composite oxide particles to such a range, slurrying when producing the positive electrode is facilitated.
解砕の方法としては、公知の手段を用いることができ、たとえば、ピンミルやハンマーミルなどを使用することができる。なお、この際、二次粒子を破壊しないように解砕力を適切な範囲に調整することが好ましい。 As a crushing method, a known means can be used, for example, a pin mill or a hammer mill can be used. At this time, it is preferable to adjust the crushing force to an appropriate range so as not to destroy the secondary particles.
(4)再焼成工程
再焼成工程は、焼成工程後のリチウム複合水酸化物粒子を、酸化性雰囲気下、500℃〜800℃で、5時間〜40時間焼成する工程である。このように、焼成工程後に、焼成工程における焼成温度よりも低い温度で、再度焼成することにより、リチウム複合酸化物粒子中の酸素欠陥を回復することができ、最終的に得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性を向上させることができる。
(4) Rebaking process The rebaking process is a process of baking the lithium composite hydroxide particles after the baking process at 500 ° C to 800 ° C for 5 hours to 40 hours in an oxidizing atmosphere. In this way, after the firing step, the oxygen defects in the lithium composite oxide particles can be recovered by firing again at a temperature lower than the firing temperature in the firing step, and the lithium composite oxide finally obtained The crystallinity of the particles can be improved.
(焼成雰囲気)
焼成雰囲気は、焼成工程と同様に、酸化性雰囲気とする。具体的には、酸素濃度が18容量%〜100容量%の雰囲気、すなわち、大気〜酸素気流中で行うことが好ましく、コスト面を考慮すると、空気気流中で行うことがより好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、酸化反応が十分に進行せず、得られるリチウム複合酸化物粒子の結晶性が十分なものとならない場合がある。
(Baking atmosphere)
The firing atmosphere is an oxidizing atmosphere as in the firing step. Specifically, it is preferably performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 18% by volume to 100% by volume, that is, in the atmosphere to an oxygen stream, and more preferably in an air stream in view of cost. When the oxygen concentration is less than 18% by volume, the oxidation reaction does not proceed sufficiently, and the resulting lithium composite oxide particles may not have sufficient crystallinity.
(焼成温度)
焼成温度は、上述したように焼成工程における焼成温度よりも低温とし、具体的には、500℃〜800℃、好ましくは600℃〜800℃、より好ましくは650℃〜750℃とすることが必要である。焼成温度が500℃未満では、酸素欠陥を十分に回復することはできない。一方、800℃を超えると、酸素欠陥が生成され、リチウム複合酸化物粒子の結晶性が悪化する。
(Baking temperature)
As described above, the firing temperature is lower than the firing temperature in the firing step, specifically 500 ° C to 800 ° C, preferably 600 ° C to 800 ° C, more preferably 650 ° C to 750 ° C. It is. When the firing temperature is less than 500 ° C., oxygen defects cannot be sufficiently recovered. On the other hand, when it exceeds 800 ° C., oxygen defects are generated and the crystallinity of the lithium composite oxide particles is deteriorated.
(焼成時間)
焼成時間は、5時間〜40時間、好ましくは10時間〜40時間、より好ましくは20時間〜40時間とする。焼成時間が5時間未満では、酸素欠陥を十分に回復することはできない。一方、40時間を超えても、それ以上の効果を得ることができないばかりか、生産効率が悪化する。
(Baking time)
The firing time is 5 hours to 40 hours, preferably 10 hours to 40 hours, more preferably 20 hours to 40 hours. If the firing time is less than 5 hours, oxygen defects cannot be sufficiently recovered. On the other hand, even if it exceeds 40 hours, not only a further effect cannot be obtained, but also the production efficiency deteriorates.
3.非水系電解質二次電池
本発明の非水系電解質二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水系電解液などからなり、一般の非水系電解質二次電池と同様の構成要素により構成される。なお、以下に説明する実施形態は例示に過ぎず、本発明の非水系電解質二次電池は、本明細書に記載されている実施形態を基に、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、本発明の非水系電解質二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
3. Non-aqueous electrolyte secondary battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte solution, and the like, and includes the same components as those of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. The embodiment described below is merely an example, and the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be variously modified based on the knowledge of those skilled in the art based on the embodiment described in the present specification. It can be implemented in an improved form. Moreover, the use of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited.
(1)正極
本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質を用いて、たとえば、以下のようにして、非水系電解質二次電池の正極を作製する。
(1) Positive electrode Using the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, for example, a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery is produced as follows.
まず、粉末状の正極活物質、導電材および結着剤を混合し、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整など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。その際、正極合材ペースト中のそれぞれの混合比も、非水系電解質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60質量部〜95質量部とし、導電材の含有量を1質量部〜20質量部とし、結着剤の含有量を1質量部〜20質量部とすることが望ましい。 First, a powdered positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and activated carbon and a target solvent such as viscosity adjustment are added as necessary, and this is kneaded to prepare a positive electrode mixture paste. . At that time, the mixing ratio in the positive electrode mixture paste is also an important factor for determining the performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery. When 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 60 parts by mass to 95 parts by mass in the same manner as the positive electrode of a general non-aqueous electrolyte secondary battery. The content is preferably 1 part by mass to 20 parts by mass, and the content of the binder is preferably 1 part by mass to 20 parts by mass.
得られた正極合材ペーストを、たとえば、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、ロールプレスなどにより加圧することもある。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。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などをして、電池の作製に供することができる。ただし、正極の作製方法は、上述した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, for example, the surface of a current collector made of 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. The sheet-like positive electrode can be cut into an appropriate size according to the target battery and used for battery production. However, the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described examples, and other methods may be used.
正極の作製にあたって、導電材としては、たとえば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラック(登録商標)などのカーボンブラック系材料を用いることができる。 In producing the positive electrode, as the conductive material, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite and the like), and carbon black materials such as acetylene black and ketjen black (registered trademark) can be used.
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、たとえば、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、セルロース系樹脂およびポリアクリル酸を用いることができる。 The binder plays a role of anchoring the active material particles. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorine rubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulosic resin, and polyacrylic are used. An acid can be used.
必要に応じて、正極活物質、導電材および活性炭を分散させ、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−ピロリドンなど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ができる。 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. Activated carbon can be added to the positive electrode mixture in order to increase the electric double layer capacity.
(2)負極
負極には、金属リチウムやリチウム合金など、あるいは、リチウムイオンを吸蔵および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、銅などの金属箔集電体の表面に塗布し、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。
(2) Negative electrode The negative electrode composite material in which the negative electrode is made of metal lithium, lithium alloy, or the like, or a negative electrode active material capable of occluding and desorbing lithium ions, mixed with a binder, and added with an appropriate solvent to form a paste. Is applied to the surface of a metal foil current collector such as copper, dried, and compressed to increase the electrode density as necessary.
負極活物質としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体、およびコークスなど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、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの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−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, organic compound fired bodies such as natural graphite, artificial graphite and phenol resin, and powdery bodies of carbon materials such as coke can be used. In this case, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder, as in the case of the positive electrode, and an organic material such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent for dispersing these active materials and the binder. A solvent can be used.
(3)セパレータ
正極と負極との間には、セパレータを挟み込んで配置する。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、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
(3) Separator A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and retains an electrolyte, and a thin film such as polyethylene or polypropylene and a film having many minute holes can be used.
(4)非水系電解液
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。
(4) Non-aqueous electrolyte The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.
有機溶媒としては、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などの環状カーボネート、また、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などの鎖状カーボネート、さらに、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、ブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのリン化合物等から選ばれる1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate, and tetrahydrofuran, 2- One kind selected from ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethylsulfone and butanesultone, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, etc. are used alone or in admixture of two or more. be able to.
支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、およびそれらの複合塩などを用いることができる。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and complex salts thereof can be used.
さらに、非水系電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤などを含んでいてもよい。 Furthermore, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.
(5)電池の形状、構成
以上のように説明してきた正極、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の非水系電解質二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。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、得られた電極体に非水系電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉して、非水系電解質二次電池を完成させる。
(5) Shape and configuration of battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention composed of the positive electrode, negative electrode, separator and non-aqueous electrolyte described above has various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape. Can be. In any case, the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode current collector communicates with the outside. A non-aqueous electrolyte secondary battery is completed by connecting between the terminals and between the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside using a current collecting lead or the like and sealing the battery case.
(6)特性
本発明の正極活物質を用いた非水系電解質二次電池は、高い作動電位を有しながらも、高容量で、サイクル特性に優れる。具体的には、本発明の正極活物質を用いた正極と、負極にリチウム箔を用いて2032型コイン電池を構成し、電流密度を0.1mA/cm2として、カットオフ電圧5.0Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電した場合に、4.6V以上の電圧では100mAh/g以上、好ましくは110mAh/g以上の容量(初期放電容量)を得られ、かつ、3.0V以上の電圧では125mAh/g以上、好ましくは130mAh/g以上の容量が得られる。
(6) Characteristics The nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material of the present invention has a high capacity and excellent cycle characteristics while having a high operating potential. Specifically, a positive electrode using the positive electrode active material of the present invention and a lithium foil as a negative electrode constitute a 2032 type coin battery, the current density is 0.1 mA / cm 2 , and the cutoff voltage is up to 5.0V. When the battery is charged and discharged to a cutoff voltage of 3.0 V after a pause of 1 hour, a capacity (initial discharge capacity) of 100 mAh / g or more, preferably 110 mAh / g or more is obtained at a voltage of 4.6 V or more, Moreover, a capacity of 125 mAh / g or more, preferably 130 mAh / g or more is obtained at a voltage of 3.0 V or more.
また、負極にカーボンからなる負極活物質を用いて、同様の2032型コイン電池を構成し、これを60℃に保持し、電流密度を0.6mA/cm2として、カットオフ電圧4.9Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.5Vまで放電する操作を200回繰り返したときの、2回目の放電容量に対する、200回目の放電容量の割合(容量維持率)を70%以上、好ましくは75%以上とすることができる。 In addition, a negative electrode active material made of carbon is used as the negative electrode to form a similar 2032 type coin battery, which is maintained at 60 ° C., the current density is 0.6 mA / cm 2 , and the cutoff voltage is 4.9 V. The ratio of the discharge capacity of the 200th time (capacity maintenance ratio) to 70% or more of the discharge capacity of the second time when the operation of charging and discharging to a cutoff voltage of 3.5 V is repeated 200 times after a pause of 1 hour. , Preferably 75% or more.
以下、本発明について、実施例および比較例を用いて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
(実施例1)
[晶析工程]
まず、反応槽(5L)内に、水を半分の量まで入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。このときの反応槽内は、窒素雰囲気(酸素濃度:1容量%以下)とした。この反応槽内の水に、25質量%水酸化ナトリウム水溶液と25質量%アンモニア水を適量加えて、反応槽内のpH値が、液温25℃基準で11.5に、アンモニア濃度が5g/Lとなるように調製した。また、硫酸マンガンと硫酸ニッケルの水和物を、マンガンとニッケルのモル比が、Mn:Ni=3:1となるように純水に溶かして2.0mol/Lの原料水溶液を調製した。
Example 1
[Crystalling process]
First, the temperature in the tank was set to 40 ° C. while stirring the reaction tank (5 L) with half the amount of water. The inside of the reaction vessel at this time was a nitrogen atmosphere (oxygen concentration: 1% by volume or less). Appropriate amounts of 25% by mass aqueous sodium hydroxide and 25% by mass aqueous ammonia are added to the water in the reaction vessel, the pH value in the reaction vessel is 11.5 based on the liquid temperature of 25 ° C., and the ammonia concentration is 5 g / L was prepared. Further, a hydrate of manganese sulfate and nickel sulfate was dissolved in pure water so that the molar ratio of manganese to nickel was Mn: Ni = 3: 1 to prepare a 2.0 mol / L raw material aqueous solution.
この混合水溶液を、反応槽に一定速度で滴下し、反応水溶液とした。同時に、25質量%アンモニア水および25質量%水酸化ナトリウム水溶液も一定速度で滴下し、反応水溶液のpH値が、液温25℃基準で、11.5に、アンモニア濃度が5g/Lに維持されるように制御し、複合水酸化物粒子を晶析させた。その後、この複合水酸化物粒子を含むスラリーをろ過し、乾燥することで、複合水酸化物粒子を得た。 This mixed aqueous solution was dropped into the reaction vessel at a constant rate to obtain a reaction aqueous solution. At the same time, 25% by mass aqueous ammonia and 25% by mass aqueous sodium hydroxide solution were also added dropwise at a constant rate, and the pH value of the aqueous reaction solution was maintained at 11.5 and the ammonia concentration at 5 g / L based on the liquid temperature of 25 ° C. The composite hydroxide particles were crystallized. Thereafter, the slurry containing the composite hydroxide particles was filtered and dried to obtain composite hydroxide particles.
この複合水酸化物粒子の組成を、ICP発光分光分析器(VARIAN社製、725ES)を用いて分析した結果、一般式:Mn0.75Ni0.25(OH)2で表されるものであることが確認された。また、この複合水酸化物粒子について、全自動BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、マックソーブ)を用いて測定したBET比表面積(S)は、30.0m2/gであり、レーザ光回折散乱式粒度分析計(日機装株式会社製、マイクロトラックMT3000II)を用いて測定した体積平均粒径(MV)は、4.9μmであった。 As a result of analyzing the composition of the composite hydroxide particles using an ICP emission spectrophotometer (Varian, 725ES), it was confirmed that it was represented by the general formula: Mn 0.75 Ni 0.25 (OH) 2. It was done. Moreover, about this composite hydroxide particle, the BET specific surface area (S) measured using the fully automatic BET specific surface area measuring apparatus (the product made by MUNTEC Co., Ltd., Macsorb) is 30.0 m < 2 > / g, and laser beam diffraction The volume average particle diameter (MV) measured using a scattering particle size analyzer (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac MT3000II) was 4.9 μm.
[混合工程]
得られた複合酸化物粒子と、この複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、0.3原子%となるように秤量した酸化タングステン(体積平均粒径(MV)=0.8μm)と、この複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルと、酸化タングステン中のタングステンの原子数の総和に対して、50原子%となるように秤量した水酸化リチウム一水和物(体積平均粒径(MV)=4.5μm)とを、ターブラーシェイカーミキサ(株式会社ダルトン製、T2F)を用いて混合することにより、リチウム混合物を得た。
[Mixing process]
Tungsten oxide (volume average particle size (MV)) weighed so as to be 0.3 atomic% with respect to the total number of atoms of manganese and nickel in the obtained composite oxide particles and the composite hydroxide particles = 0.8 μm), and lithium hydroxide monohydrate weighed to be 50 atomic% with respect to the total number of atoms of manganese and nickel in the composite hydroxide particles and tungsten in tungsten oxide (Volume average particle size (MV) = 4.5 μm) was mixed using a tumbler shaker mixer (manufactured by Dalton, T2F) to obtain a lithium mixture.
[焼成工程]
雰囲気焼成炉(株式会社広築製、HAF−2020S)を用いて、リチウム混合物を、大気雰囲気下、1000℃で、12時間焼成した後、室温まで冷却し、得られたリチウム複合酸化物粒子を、ハンマーミル(IKAジャパン株式会社製、MF10)を用いて解砕した。
[Baking process]
Using an atmosphere firing furnace (manufactured by Hiroki Co., Ltd., HAF-2020S), the lithium mixture was fired at 1000 ° C. for 12 hours in an air atmosphere, cooled to room temperature, and the resulting lithium composite oxide particles were And crushing using a hammer mill (MF10, manufactured by IKA Japan Co., Ltd.).
[再焼成工程]
焼成工程で得られたリチウム複合酸化物粒子を、雰囲気焼成炉を用いて、大気雰囲気下、700℃で、36時間焼成することにより、正極活物質を得た。この正極活物質の組成を、ICP発光分光分析器を用いて分析した結果、一般式:LiMn1.499Ni0.496W0.005O4で表されるものであることが確認された。
[Refiring process]
The lithium composite oxide particles obtained in the firing step were fired at 700 ° C. for 36 hours in an air atmosphere using an atmosphere firing furnace to obtain a positive electrode active material. As a result of analyzing the composition of this positive electrode active material using an ICP emission spectroscopic analyzer, it was confirmed that it was represented by the general formula: LiMn 1.499 Ni 0.496 W 0.005 O 4 .
[正極活物質の性状]
このようにして得られた正極活物質の断面を、SEM(JEOL製、JSM-7001F)を用いて観察したところ、図1に示すように、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。エネルギ分散型X線分析(EDS)により、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、82原子%であることが確認された。
[Properties of positive electrode active material]
When the cross section of the positive electrode active material thus obtained was observed using SEM (manufactured by JEOL, JSM-7001F), as shown in FIG. 1, there were white sites on the surface of the secondary particles and the grain boundaries. confirmed. By energy dispersive X-ray analysis (EDS), it was confirmed that the number of atoms of tungsten in this portion relative to the total number of atoms of manganese, nickel, and tungsten was 82 atomic%.
また、この正極活物質に対して、全自動BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、マックソーブ)を用いて測定したBET比表面積(S)は、0.20m2/gであり、レーザ光回折散乱式粒度分析計(日機装株式会社製、マイクロトラックMT3000II)を用いて測定した体積平均粒径(MV)は11.0μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.2×10-6m3/gと求められた。 In addition, the BET specific surface area (S) measured using a fully automatic BET specific surface area measurement device (manufactured by Mountec Co., Ltd., Macsorb) for this positive electrode active material is 0.20 m 2 / g, and laser light diffraction The volume average particle diameter (MV) measured using a scattering type particle size analyzer (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac MT3000II) was 11.0 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.2 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRD(PANALYTICAL社製、X‘Pert、PROMRD)を用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。このピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。このXRD測定で得られたプロファイルを図3に示す。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD (manufactured by PANALYTICAL, X'Pert, PROMRD), a peak group of a spinel crystal structure of the space group Fd-3m was detected. In this peak group, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ. A profile obtained by this XRD measurement is shown in FIG.
[二次電池の作製]
得られた正極活物質の評価には、図4に示す2032型コイン電池1(以下、「コイン型電池」という)を使用した。
[Production of secondary battery]
For evaluation of the obtained positive electrode active material, a 2032 type coin battery 1 (hereinafter referred to as “coin type battery”) shown in FIG. 4 was used.
コイン型電池1は、ケース2と、ケース2内に収容された電極3とから構成されている。ケース2は、中空かつ一端が開口された正極缶2aと、この正極缶2aの開口部に配置される負極缶2bとを有しており、負極缶2bを正極缶2aの開口部に配置すると、負極缶2bと正極缶2aとの間に電極3を収容する空間が形成されるように構成されている。また、電極3は、正極3a、セパレータ3cおよび負極3bとからなり、この順で並ぶように積層されており、正極3aが正極缶2aの内面に接触し、負極3bが負極缶2bの内面に接触するようにケース2に収容されている。なお、ケース2はガスケット2cを備えており、このガスケット2cによって、正極缶2aと負極缶2bとの間が非接触の状態を維持するように相対的な移動が固定されている。また、ガスケット2cは、正極缶2aと負極缶2bとの隙間を密封してケース2内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。 The coin-type battery 1 includes a case 2 and an electrode 3 accommodated in the case 2. The case 2 has a positive electrode can 2a that is hollow and open at one end, and a negative electrode can 2b that is disposed in the opening of the positive electrode can 2a. When the negative electrode can 2b is disposed in the opening of the positive electrode can 2a, A space for accommodating the electrode 3 is formed between the negative electrode can 2b and the positive electrode can 2a. The electrode 3 includes a positive electrode 3a, a separator 3c, and a negative electrode 3b, which are stacked in this order. The positive electrode 3a contacts the inner surface of the positive electrode can 2a, and the negative electrode 3b contacts the inner surface of the negative electrode can 2b. It is accommodated in the case 2 so as to come into contact. The case 2 includes a gasket 2c, and relative movement is fixed by the gasket 2c so as to maintain a non-contact state between the positive electrode can 2a and the negative electrode can 2b. Further, the gasket 2c also has a function of sealing a gap between the positive electrode can 2a and the negative electrode can 2b to block the inside and outside of the case 2 in an airtight and liquid tight manner.
このようなコイン型電池1は、以下のようにして作製した。 Such a coin-type battery 1 was produced as follows.
初めに、得られた正極活物質52.5mgと、アセチレンブラック15mgと、ポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgとを混合し、直径10mmで10mg程度の質量になるまで薄膜化して、正極3aを作製し、これを真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。 First, 52.5 mg of the obtained positive electrode active material, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed and thinned to a mass of about 10 mg with a diameter of 10 mm, and the positive electrode 3a This was dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 12 hours.
次に、正極3aを用いて、コイン型電池1を、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。この際、負極3bには、直径14mmの円盤状に打ち抜かれたリチウム箔、または平均粒径20μm程度の黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。また、セパレータ3cには、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を、電解液には、1MのLiPF6を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の3:7混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。 Next, using the positive electrode 3a, the coin-type battery 1 was produced in a glove box in an Ar atmosphere in which the dew point was controlled at −80 ° C. At this time, as the negative electrode 3b, a lithium foil punched into a disk shape having a diameter of 14 mm, or a negative electrode sheet in which graphite powder having an average particle size of about 20 μm and polyvinylidene fluoride were applied to a copper foil was used. The separator 3c is a 25 μm thick polyethylene porous membrane, and the electrolyte is a 1: 7 mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiPF 6 as a supporting electrolyte (Toyama Chemical). Kogyo Co., Ltd.) was used.
[二次電池の評価]
コイン型電池1の性能を示す初期放電容量、サイクル特性の容量維持率は、以下のように評価した。
[Evaluation of secondary battery]
The initial discharge capacity indicating the performance of the coin-type battery 1 and the capacity retention rate of the cycle characteristics were evaluated as follows.
初期放電容量は、負極にリチウム箔を用いたコイン型電池1を製作してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cm2としてカットオフ電圧5.0Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量(初期放電容量)を測定することにより評価した。 The initial discharge capacity is about 24 hours after the coin-type battery 1 using lithium foil as the negative electrode is manufactured, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) is stabilized, the current density with respect to the positive electrode is 0.1 mA / Evaluation was made by measuring the capacity (initial discharge capacity) when charging to a cutoff voltage of 5.0 V as cm 2 and discharging to a cutoff voltage of 3.0 V after a pause of 1 hour.
また、サイクル特性は、負極に黒鉛粉末を用いたコイン型電池1を制作し、これを60℃に保持し、電流密度を0.6mA/cm2として、カットオフ電圧4.9Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.5Vまで放電する操作を200回繰り返し、2回目の放電容量に対する200回目の放電容量の割合(容量維持率)を求めることにより評価した。 In addition, the cycle characteristics were as follows: a coin-type battery 1 using graphite powder as a negative electrode was produced, held at 60 ° C., charged at a current density of 0.6 mA / cm 2 , and cut to a cutoff voltage of 4.9 V; After the rest for 1 hour, the operation of discharging to a cutoff voltage of 3.5 V was repeated 200 times, and the ratio of the 200th discharge capacity to the second discharge capacity (capacity maintenance ratio) was evaluated.
この結果、実施例1のコイン型電池1の初期放電容量は139mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は132mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 As a result, the initial discharge capacity of the coin-type battery 1 of Example 1 was 139 mAh / g, and the capacity obtained up to 4.6 V was 132 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例2)
混合工程におけるタングステンの添加量を、複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、0.5原子%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li1,01Mn1.493Ni0.495W0.012O4で表されるものであることが確認された。
(Example 2)
Except that the addition amount of tungsten in the mixing step was 0.5 atomic% with respect to the total number of manganese and nickel atoms in the composite hydroxide particles, the same as in Example 1, A positive electrode active material was obtained. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: Li 1,01 Mn 1.493 Ni 0.495 W 0.012 O 4 by analysis using an ICP emission spectrometer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、80原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 80 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.13m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.6μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、1.5×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.13 m 2 / g. And the volume average particle size (MV) was 11.6 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle diameter (MV) was determined to be 1.5 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。このピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. In this peak group, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は138mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は131mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 138 mAh / g, of which 4.6 V was reached. The capacity obtained was 131 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例3)
混合工程におけるタングステンの添加量を、複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、0.7原子%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.491Ni0.496W0.013O4で表されるものであることが確認された。
Example 3
Except that the amount of tungsten added in the mixing step was 0.7 atomic% with respect to the total number of manganese and nickel atoms in the composite hydroxide particles, the same as in Example 1, A positive electrode active material was obtained. The positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: LiMn 1.491 Ni 0.496 W 0.013 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、85原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 85 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.22m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.6μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.6×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.22 m 2 / g. And the volume average particle size (MV) was 11.6 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.6 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。このピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.47°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. In this peak group, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.47 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は137mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は131mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 137 mAh / g, of which 4.6 V was reached. The capacity obtained was 131 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例4)
混合工程におけるタングステンの添加量を、複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、1.5原子%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.482Ni0.490W0.028O4で表されるものであることが確認された。
Example 4
Except that the addition amount of tungsten in the mixing step was 1.5 atomic% with respect to the total number of manganese and nickel atoms in the composite hydroxide particles, the same as in Example 1, A positive electrode active material was obtained. Analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer confirmed that this positive electrode active material was represented by the general formula: LiMn 1.482 Ni 0.490 W 0.028 O 4 .
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、82原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 82 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.20m2/gであり、体積平均粒径(MV)は12.5μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.5×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.20 m 2 / g. And the volume average particle diameter (MV) was 12.5 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.5 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群と、Li2WO4のピークが検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.46°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structure of the space group Fd-3m and a peak of Li 2 WO 4 were detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.46 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は133mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は127mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は77%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 133 mAh / g, of which 4.6 V was reached. The capacity obtained was 127 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 77%.
(実施例5)
混合工程におけるタングステンの添加量を、複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、2.5原子%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li0.99Mn1.468Ni0.486W0.046O4で表されるものであることが確認された。
(Example 5)
Except that the addition amount of tungsten in the mixing step was 2.5 atomic% with respect to the total number of manganese and nickel atoms in the composite hydroxide particles, the same as in Example 1, A positive electrode active material was obtained. The positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: Li 0.99 Mn 1.468 Ni 0.486 W 0.046 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、80原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 80 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.14m2/gであり、体積平均粒径(MV)は12.8μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、1.8×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.14 m 2 / g. And the volume average particle diameter (MV) was 12.8 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 1.8 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群と、Li2WO4のピークが検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.44°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structure of the space group Fd-3m and a peak of Li 2 WO 4 were detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the position of the peak on the (311) plane was confirmed to be 36.44 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は127mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は116mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は79%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 127 mAh / g, of which 4.6 V was reached. The capacity obtained was 116 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 79%.
(実施例6)
混合工程において、酸化タングステンに代えて、複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、0.3原子%となるように秤量した酸化モリブデン(体積平均粒径(MV)=0.8μm)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.498Ni0.496Mo0.006O4で表されるものであることが確認された。
(Example 6)
In the mixing step, instead of tungsten oxide, molybdenum oxide (volume average particle diameter (MV)) weighed to be 0.3 atomic% with respect to the total number of manganese and nickel atoms in the composite hydroxide particles. = 0.8 μm) was used in the same manner as in Example 1 to obtain a positive electrode active material. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: LiMn 1.498 Ni 0.496 Mo 0.006 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、図2に示すように、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、モリブデンの原子数の総和に対するモリブデンの原子数は、83原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, as shown in FIG. 2, a white part was confirmed on the surface of the secondary particle and the crystal grain boundary. By EDS, it was confirmed that the number of molybdenum atoms relative to the total number of manganese, nickel, and molybdenum atoms at this site was 83 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.25m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.4μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.9×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.25 m 2 / g. The volume average particle size (MV) was 11.4 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.9 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。このピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. In this peak group, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は139mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は132mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. The initial discharge capacity was 139 mAh / g, of which 4.6 V The capacity obtained was 132 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例7)
混合工程におけるモリブデンの添加量を、複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、0.7原子%となるようにしたこと以外は、実施例6と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.492Ni0.494Mo0.014O4で表されるものであることが確認された。
(Example 7)
Except that the amount of molybdenum added in the mixing step was 0.7 atomic% with respect to the total number of manganese and nickel atoms in the composite hydroxide particles, the same as in Example 6, A positive electrode active material was obtained. Analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer confirmed that the positive electrode active material was represented by the general formula: LiMn 1.492 Ni 0.494 Mo 0.014 O 4 .
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、モリブデンの原子数の総和に対するモリブデンの原子数は、82原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. EDS confirmed that the number of molybdenum atoms relative to the total number of manganese, nickel, and molybdenum atoms at this site was 82 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.21m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.5μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.4×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.21 m 2 / g. The volume average particle size (MV) was 11.5 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.4 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。このピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. In this peak group, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は134mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は126mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は73%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 134 mAh / g, of which 4.6 V was reached. The capacity obtained was 126 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 73%.
(実施例8)
混合工程におけるモリブデンの添加量を、複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、1.5原子%となるようにしたこと以外は、実施例6と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.480Ni0.490Mo0.030O4で表されるものであることが確認された。
(Example 8)
Except that the amount of molybdenum added in the mixing step was 1.5 atomic% with respect to the total number of manganese and nickel atoms in the composite hydroxide particles, the same as in Example 6, A positive electrode active material was obtained. Analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer confirmed that the positive electrode active material was represented by the general formula: LiMn 1.480 Ni 0.490 Mo 0.030 O 4 .
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、モリブデンの原子数の総和に対するモリブデンの原子数は、82原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. EDS confirmed that the number of molybdenum atoms relative to the total number of manganese, nickel, and molybdenum atoms at this site was 82 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.24m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.7μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.8×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.24 m 2 / g. And the volume average particle diameter (MV) was 11.7 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.8 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.47°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.47 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は132mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は124mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 132 mAh / g, of which 4.6 V was reached. The capacity obtained was 124 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例9)
焼成工程における焼成温度を900℃としたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.499Ni0.496W0.005O4で表されるものであることが確認された。
Example 9
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature in the firing step was 900 ° C. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: LiMn 1.499 Ni 0.496 W 0.005 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、81原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 81 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.29m2/gであり、体積平均粒径(MV)は6.9μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.0×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.29 m 2 / g. And the volume average particle size (MV) was 6.9 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.0 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は139mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は132mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. The initial discharge capacity was 139 mAh / g, of which 4.6 V The capacity obtained was 132 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例10)
焼成工程における焼成時間を20時間としたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.499Ni0.496W0.005O4で表されるものであることが確認された。
(Example 10)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing time in the firing step was 20 hours. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: LiMn 1.499 Ni 0.496 W 0.005 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、87原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 87 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.19m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.0μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.1×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle diameter (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.19 m 2 / g. And the volume average particle size (MV) was 11.0 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.1 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は139mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は132mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. The initial discharge capacity was 139 mAh / g, of which 4.6 V The capacity obtained was 132 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例11)
再焼成工程における焼成温度を500℃としたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.499Ni0.496W0.005O4で表されるものであることが確認された。
(Example 11)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature in the refiring step was 500 ° C. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: LiMn 1.499 Ni 0.496 W 0.005 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、83原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms in this portion relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms was 83 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.20m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.0μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.2×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.20 m 2 / g. And the volume average particle size (MV) was 11.0 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.2 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は139mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は132mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. The initial discharge capacity was 139 mAh / g, of which 4.6 V The capacity obtained was 132 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例12)
再焼成工程における焼成温度を800℃としたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.499Ni0.496W0.005O4で表されるものであることが確認された。
(Example 12)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature in the refiring step was 800 ° C. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: LiMn 1.499 Ni 0.496 W 0.005 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、82原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 82 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.20m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.0μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.2×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.20 m 2 / g. And the volume average particle size (MV) was 11.0 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.2 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は139mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は132mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. The initial discharge capacity was 139 mAh / g, of which 4.6 V The capacity obtained was 132 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例13)
再焼成工程における焼成時間を5時間としたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.499Ni0.496W0.005O4で表されるものであることが確認された。
(Example 13)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing time in the refiring step was 5 hours. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: LiMn 1.499 Ni 0.496 W 0.005 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、85原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 85 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.20m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.0μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.2×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.20 m 2 / g. And the volume average particle size (MV) was 11.0 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.2 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は139mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は132mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. The initial discharge capacity was 139 mAh / g, of which 4.6 V was obtained. The capacity obtained was 132 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(実施例14)
再焼成工程における焼成時間を40時間としたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:LiMn1.499Ni0.496W0.005O4で表されるものであることが確認された。
(Example 14)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing time in the refiring step was 40 hours. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: LiMn 1.499 Ni 0.496 W 0.005 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、86原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms with respect to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 86 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.20m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.0μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.2×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.20 m 2 / g. And the volume average particle size (MV) was 11.0 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.2 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は139mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は132mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は75%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was fabricated and its performance was evaluated. The initial discharge capacity was 139 mAh / g, of which the capacity obtained up to 4.6 V was 132 mAh / g. Met. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 75%.
(比較例1)
混合工程において、タングステンとモリブデンのいずれも添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li1.01Mn1.503Ni0.497O4で表されるものであることが確認された。
(Comparative Example 1)
In the mixing step, a positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that neither tungsten nor molybdenum was added. By analysis using ICP emission spectrometer, the positive electrode active material has the general formula: Li 1.01 Mn 1.503 Ni 0.497 that O is 4 in those represented was confirmed.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位は確認されなかった。 When the cross section of the positive electrode active material was observed using an SEM, no white portion was observed on the surface of the secondary particles and the crystal grain boundaries.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.75m2/gであり、体積平均粒径(MV)は8.3μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、6.2×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.75 m 2 / g. And the volume average particle diameter (MV) was 8.3 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle diameter (MV) was determined to be 6.2 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて評価したところ、得られた回折パターン中に、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造の回折パターンに帰属するLiMn2O4のピーク群が観測された。これらのピーク群のうち、(311)面に帰属されるピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was evaluated using XRD, the peak of LiMn 2 O 4 belonging to the diffraction pattern of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m was obtained in the obtained diffraction pattern. A group was observed. Among these peak groups, the position of the peak attributed to the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° in 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は141mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は137mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は60%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 141 mAh / g, of which 4.6 V was reached. The capacity obtained was 137 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 60%.
(比較例2)
混合工程におけるタングステンの添加量を、複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、3.0原子%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li0.98Mn1.455Ni0.481W0.064O4で表されるものであることが確認された。
(Comparative Example 2)
Except that the addition amount of tungsten in the mixing step was 3.0 atomic% with respect to the total number of manganese and nickel atoms in the composite hydroxide particles, the same as in Example 1, A positive electrode active material was obtained. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: Li 0.98 Mn 1.455 Ni 0.481 W 0.064 O 4 by analysis using an ICP emission spectroscopic analyzer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、84原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of atoms of tungsten with respect to the total number of atoms of manganese, nickel, and tungsten at this portion was 84 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.22m2/gであり、体積平均粒径(MV)は16.8μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、3.7×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.22 m 2 / g. And the volume average particle size (MV) was 16.8 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 3.7 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群と、Li2WO4のピークが検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.34°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structure of the space group Fd-3m and a peak of Li 2 WO 4 were detected. Among the peak groups of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.34 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は111mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は86mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は85%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 111 mAh / g, of which 4.6 V was reached. The capacity obtained was 86 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 85%.
(比較例3)
混合工程におけるモリブデンの添加量を、複合水酸化物粒子中のマンガンおよびニッケルの原子数の総和に対して、3.0原子%となるようにしたこと以外は、実施例6と同様にして、正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li0.98Mn1.455Ni0.481Mo0.064O4で表されるものであることが確認された。
(Comparative Example 3)
Except that the amount of molybdenum added in the mixing step was 3.0 atomic% with respect to the total number of manganese and nickel atoms in the composite hydroxide particles, the same as in Example 6, A positive electrode active material was obtained. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: Li 0.98 Mn 1.455 Ni 0.481 Mo 0.064 O 4 by analysis using an ICP emission spectrometer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、モリブデンの原子数の総和に対するモリブデンの原子数は、82原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. EDS confirmed that the number of molybdenum atoms relative to the total number of manganese, nickel, and molybdenum atoms at this site was 82 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.26m2/gであり、体積平均粒径(MV)は13.4μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、3.5×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.26 m 2 / g. And the volume average particle diameter (MV) was 13.4 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle diameter (MV) was determined to be 3.5 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群と、Li2MoO4のピークが検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.38°であることが確認された。 Further, when the crystal structure of the positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structure of the space group Fd-3m and a peak of Li 2 MoO 4 were detected. Among the peak groups of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.38 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は105mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は74mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は85%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 105 mAh / g. The capacity obtained was 74 mAh / g. Further, the capacity retention rate after 200 cycles was 85%.
(比較例4)
焼成工程における焼成温度を1050℃としたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li0.98Mn1.499Ni0.496W0.005O4で表されるものであることが確認された。
(Comparative Example 4)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature in the firing step was 1050 ° C. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: Li 0.98 Mn 1.499 Ni 0.496 W 0.005 O 4 by analysis using an ICP emission spectrometer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、82原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 82 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.15m2/gであり、体積平均粒径(MV)は22.0μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、3.3×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.15 m 2 / g. And the volume average particle diameter (MV) was 22.0 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 3.3 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は120mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は104mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は80%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 120 mAh / g. The capacity obtained was 104 mAh / g. Moreover, the capacity retention rate after 200 cycles was 80%.
(比較例5)
再焼成工程における焼成温度を850℃としたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得た。ICP発光分光分析器を用いた分析により、この正極活物質は、一般式:Li0.98Mn1.499Ni0.496W0.005O4で表されるものであることが確認された。
(Comparative Example 5)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature in the refiring step was 850 ° C. This positive electrode active material was confirmed to be represented by the general formula: Li 0.98 Mn 1.499 Ni 0.496 W 0.005 O 4 by analysis using an ICP emission spectrometer.
この正極活物質の断面を、SEMを用いて観察したところ、二次粒子の表面および結晶粒界に白色部位が確認された。EDSにより、この部位の、マンガン、ニッケル、タングステンの原子数の総和に対するタングステンの原子数は、85原子%であることが確認された。 When the cross section of this positive electrode active material was observed using SEM, white portions were confirmed on the surfaces of the secondary particles and the crystal grain boundaries. By EDS, it was confirmed that the number of tungsten atoms relative to the total number of manganese, nickel, and tungsten atoms at this site was 85 atomic%.
また、この正極活物質に対して、実施例1と同様にして、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)を測定したところ、BET比表面積(S)は0.18m2/gであり、体積平均粒径(MV)は11.4μmであった。これらの結果から、BET比表面積(S)と体積平均粒径(MV)の積(S・MV)は、2.1×10-6m3/gと求められた。 Further, when the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) were measured for this positive electrode active material in the same manner as in Example 1, the BET specific surface area (S) was 0.18 m 2 / g. The volume average particle size (MV) was 11.4 μm. From these results, the product (S · MV) of the BET specific surface area (S) and the volume average particle size (MV) was determined to be 2.1 × 10 −6 m 3 / g.
さらに、この正極活物質の結晶構造を、XRDを用いて測定すると、空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群が検出された。空間群Fd−3mのスピネル型の結晶構造のピーク群のうち、(311)面のピークの位置は、2θで36.45°であることが確認された。 Furthermore, when the crystal structure of this positive electrode active material was measured using XRD, a peak group of spinel crystal structures of the space group Fd-3m was detected. Of the peak group of the spinel crystal structure of the space group Fd-3m, the peak position on the (311) plane was confirmed to be 36.45 ° at 2θ.
最後に、この正極活物質を用いて、実施例1と同様にして、コイン型電池1を作製し、その性能を評価したところ、初期放電容量は123mAh/gであり、そのうち4.6Vまでに得られた容量は100mAh/gであった。また、200サイクル後の容量維持率は80%であった。 Finally, using this positive electrode active material, a coin-type battery 1 was produced in the same manner as in Example 1, and its performance was evaluated. As a result, the initial discharge capacity was 123 mAh / g, of which 4.6V was reached. The capacity obtained was 100 mAh / g. Moreover, the capacity retention rate after 200 cycles was 80%.
[評価]
表1および表2より、実施例1〜14の正極活物質は、二次粒子の表面や結晶粒界にタングステンまたはモリブデンの濃縮部が存在し、1000℃以下の温度で焼成したにも関わらず、比表面積が小さく、かつ、比較的、平均粒径が大きなものであることが確認される。また、このような正極活物質を用いた二次電池では、初期放電容量を125mAh/g以上、4.6Vまでに得られる容量を115mAh/g以上とすることができ、かつ、200サイクル後の容量維持率を75%以上とすることができることが確認される。
[Evaluation]
From Table 1 and Table 2, although the positive electrode active materials of Examples 1 to 14 have a concentrated portion of tungsten or molybdenum on the surface of the secondary particles and the grain boundaries, and were fired at a temperature of 1000 ° C. or lower, It is confirmed that the specific surface area is small and the average particle size is relatively large. Further, in the secondary battery using such a positive electrode active material, the initial discharge capacity can be 125 mAh / g or more and the capacity obtained up to 4.6 V can be 115 mAh / g or more, and after 200 cycles. It is confirmed that the capacity maintenance rate can be 75% or more.
1 コイン型電池1
2 ケース2
2a 正極缶
2b 負極缶
2c ガスケット
3 電極
3a 正極
3b 負極
3c セパレータ
1 coin cell battery 1
2 Case 2
2a Positive electrode can 2b Negative electrode can 2c Gasket 3 Electrode 3a Positive electrode 3b Negative electrode 3c Separator
Claims (12)
前記リチウムマンガンニッケル複合酸化物粒子の表面および/または結晶粒界に、タングステンおよび/またはモリブデンの濃縮部が存在し、BET比表面積が0.1m2/g〜0.3m2/gの範囲にあり、30秒間の超音波分散処理を施した後のレーザ散乱粒度分布計を用いた粒度分布の測定で得られる体積平均粒径と、前記BET比表面積との積が、1.0×10-6m3/g〜3.0×10-6m3/gである、非水系電解質二次電池用正極活物質。 Formula (1): Li 1 + x Mn 2 (1-yc) -a Ni 2 (yd) -b A a + b B 2 (c + d) O 4 ( provided that, -0.2 ≦ x ≦ 0 .2, 0.2 ≦ y ≦ 0.3, 0 ≦ a ≦ 0.05, 0 ≦ b ≦ 0.05, 0 <a + b ≦ 0.05, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0 ≦ d ≦ 0 .05, 0 ≦ c + d ≦ 0.1, A is W and / or Mo, B is at least one element selected from Co, Cr, Fe, Ti, Cu) Consisting of lithium manganese nickel composite oxide particles having a structure,
On the surface and / or the grain boundary of the lithium-manganese-nickel composite oxide particles, there is enrichment of the tungsten and / or molybdenum, in the range BET specific surface area of 0.1m 2 /g~0.3m 2 / g Yes, the product of the volume average particle size obtained by measuring the particle size distribution using a laser scattering particle size distribution meter after ultrasonic dispersion treatment for 30 seconds and the BET specific surface area is 1.0 × 10 − 6 m 3 /g~3.0×10 -6 m 3 / g is, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記リチウム混合物を、酸化性雰囲気下、700℃〜1000℃で、10時間〜20時間焼成する焼成工程と
を含む、非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。 A lithium compound, a precursor containing at least manganese and nickel, and a compound containing tungsten and / or molybdenum are represented by a general formula (1): Li 1 + x Mn 2 (1-yc) -a Ni 2 (yd)- b A a + b B 2 (c + d) O 4 (where −0.2 ≦ x ≦ 0.2, 0.2 ≦ y ≦ 0.3, 0 ≦ a ≦ 0.05, 0 ≦ b ≦ 0.05, 0 <a + b ≦ 0.05, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0 ≦ d ≦ 0.05, 0 ≦ c + d ≦ 0.1, A is W and / or Mo, B is Co, Cr , At least one element selected from Fe, Ti, Cu) and a mixing step of obtaining a lithium mixture by mixing so as to have a composition ratio represented by:
The manufacturing method of the positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries including the baking process which bakes the said lithium mixture at 700 to 1000 degreeC for 10 to 20 hours by oxidizing atmosphere.
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