JP2014232569A - Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, and method for manufacturing the same - Google Patents

Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, and method for manufacturing the same Download PDF

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健 結城
知浩 永金
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vanadium lithium pyrophosphate positive electrode active material which is less expensive and exhibits a high discharge capacity and a high electrode potential when used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and to provide a method for manufacturing such a positive electrode active material.SOLUTION: A positive electrode active material for lithium ion secondary batteries comprises Li, V, P, O, and as a main crystal, crystallized glass with a vanadium lithium pyrophosphate crystal precipitated. The vanadium lithium pyrophosphate crystal is expressed by the general formula LiVAPO(where 0<x≤2.5; 0≤y<1; and A is at least one element selected from Nb, Mg, Al, Ti, Zr, Fe, Sc, Cr, Mn, Co, and Ni).

Description

本発明は、携帯電子機器や電気自動車等に用いられるリチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery used for portable electronic devices, electric vehicles, and the like, and a method for producing the same.

リチウムイオン二次電池は、携帯電子端末や電気自動車に不可欠な、高容量で軽量な電源としての地位を確立している。リチウムイオン二次電池の正極活物質には、従来コバルト酸リチウム(LiCoO)やスピネル型マンガン酸リチウム(LiMn)などの無機金属酸化物が用いられてきた。 Lithium ion secondary batteries have established themselves as high-capacity and lightweight power supplies that are indispensable for portable electronic terminals and electric vehicles. Conventionally, inorganic metal oxides such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) have been used as the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery.

しかしながら、コバルト酸リチウムは、コバルトの埋蔵量が少なく高価なこと、及び安全性の面で問題が指摘されている。また、マンガン酸リチウムは、高温でのマンガン溶出や、3価のマンガンイオンのヤーン・テラー効果に伴う結晶構造の歪みによるサイクル劣化が課題とされている。   However, lithium cobaltate has been pointed out to be problematic in terms of safety because of its low cobalt reserves and high cost. In addition, lithium manganate has been subject to cycle deterioration due to distortion of crystal structure associated with elution of manganese at high temperatures and the yarn-teller effect of trivalent manganese ions.

近年、コスト及び資源等の面で有利であり、かつ、安全性が高いことから、リン酸鉄リチウム(LiFePO)が着目され各機関で研究開発が進んでいる。 In recent years, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) has attracted attention and has been researched and developed at various institutions because it is advantageous in terms of cost, resources, and the like and has high safety.

しかし、リン酸鉄リチウムは、電極電位が3.4V(vs. Li/Li)と低いため、Feの代わりにVを用いたピロリン酸塩系のピロリン酸バナジウムリチウム(LiVP)が注目(特許文献1,2)されている。なお、LiVPは、4.1V(vs. Li/Li)という高い電極電位を有する。 However, since lithium iron phosphate has a low electrode potential of 3.4 V (vs. Li / Li + ), pyrophosphate lithium vanadium pyrophosphate (LiVP 2 O 7 ) using V instead of Fe is used. Attention (patent documents 1 and 2) has been noted. Note that LiVP 2 O 7 has a high electrode potential of 4.1 V (vs. Li / Li + ).

特開2002−246025号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-246025 特開2013−95613号公報JP 2013-95613 A

従来の製造方法(固相反応法)で作製したLiVPを正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池は、LiVP結晶の均質性が低く、不純物も含まれやすいため、放電容量や電極電位が低いといった問題があった。また、従来の製造方法においては、製造コストが高い、液体原料等の高価な原料に限られる、等の問題があった。 A lithium ion secondary battery using LiVP 2 O 7 produced by a conventional manufacturing method (solid phase reaction method) as a positive electrode active material has low LiVP 2 O 7 crystal homogeneity and easily contains impurities. There was a problem that the capacity and electrode potential were low. Further, the conventional manufacturing methods have problems such as high manufacturing costs and limited to expensive raw materials such as liquid raw materials.

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池用正極活物質として用いた際に高い放電容量、及び高い電極電位を示し、かつ、安価なピロリン酸バナジウムリチウム正極活物質およびその製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such a current problem, and exhibits a high discharge capacity and a high electrode potential when used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and is an inexpensive vanadium pyrophosphate. It aims at providing a lithium positive electrode active material and its manufacturing method.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、Li、V、PおよびOを含有し、主結晶として一般式Li1−y (0<x≦2.5、0≦y<1、AはNb、Mg、Al、Ti、Zr、Fe、Sc、Cr、Mn、Co、Niから選ばれる少なくとも1種)で表されるピロリン酸バナジウムリチウム系結晶を析出した結晶化ガラスを含むことを特徴とする。 The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention contains Li, V, P and O, and has a general formula of Li x V 1-y A y P 2 O 7 (0 <x ≦ 2.5) as a main crystal. 0 ≦ y <1, and A deposited at least one selected from Nb, Mg, Al, Ti, Zr, Fe, Sc, Cr, Mn, Co, and Ni) lithium vanadium pyrophosphate crystals It includes crystallized glass.

また、酸化物換算のモル%表示で、LiO 10〜50%、V 1〜30%およびP 35〜55%を含有することが好ましい。 Further, as represented by mol% of oxide equivalent, Li 2 O 10 to 50%, preferably contains V 2 O 5 1 to 30% and P 2 O 5 35~55%.

また、本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、前記リチウムイオン二次電池用正極活物質を含むことを特徴とする。   Moreover, the positive electrode for lithium ion secondary batteries of this invention is characterized by including the said positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.

さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、前記リチウムイオン二次電池用正極を含むことを特徴とする。   Furthermore, the lithium ion secondary battery of this invention is characterized by including the said positive electrode for lithium ion secondary batteries.

本発明のリチウム二次電池正極活物質の製造方法は、(1)Li、V、PおよびOを含有するバッチを調合する工程、(2)バッチを溶融し、溶融ガラスを得る工程、および(3)溶融ガラスを急冷し前駆体ガラスを得る工程を含むことを特徴とする。   The lithium secondary battery positive electrode active material manufacturing method of the present invention includes (1) a step of preparing a batch containing Li, V, P and O, (2) a step of melting the batch to obtain molten glass, and ( 3) It includes a step of quenching molten glass to obtain a precursor glass.

また、前記前駆体ガラスが、酸化物換算のモル%表示で、LiO 10〜50%、V 1〜30%およびP 35〜55%を含有することが好ましい。 Further, the precursor glass, in mol% of the oxide equivalent, Li 2 O 10 to 50%, preferably contains V 2 O 5 1 to 30% and P 2 O 5 35~55%.

さらに、(4)得られた前駆体ガラスを粉砕し、前駆体ガラス粉末を得る工程、および(5)前駆体ガラス粉末をガラス転移温度〜900℃で焼成し結晶化ガラス粉末を得る工程を含むことが好ましい。   Further, (4) a step of pulverizing the obtained precursor glass to obtain a precursor glass powder, and (5) a step of firing the precursor glass powder at a glass transition temperature to 900 ° C. to obtain a crystallized glass powder. It is preferable.

さらに、工程(5)において、ガラス粉末に有機化合物または導電性カーボン、あるいはその両方を添加し、不活性または還元雰囲気にて焼成を行うことが好ましい。   Furthermore, in the step (5), it is preferable to add an organic compound and / or conductive carbon to the glass powder and perform firing in an inert or reducing atmosphere.

本発明によれば、従来と比較してリチウムイオン二次電池用正極活物質として用いた際に高い放電容量、及び高い電極電位を示すピロリン酸バナジウムリチウム正極活物質を安価に得ることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to obtain a lithium vanadium pyrophosphate positive electrode active material that exhibits a high discharge capacity and a high electrode potential when used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery at a lower cost than in the past. Become.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、Li、V、PおよびOを含有し、主結晶として一般式Li1−y (0<x≦2.5、0≦y<1、AはNb、Mg、Al、Ti、Zr、Fe、Sc、Cr、Mn、Co、Niから選ばれる少なくとも1種)で表されるピロリン酸バナジウムリチウム系結晶を析出した結晶化ガラスを含むことを特徴とする。上記構成にすることにより、高い放電容量と高い電極電位を有する正極活物質を得ることが可能となる。 The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention contains Li, V, P and O, and has a general formula of Li x V 1-y A y P 2 O 7 (0 <x ≦ 2.5) as a main crystal. 0 ≦ y <1, and A deposited at least one selected from Nb, Mg, Al, Ti, Zr, Fe, Sc, Cr, Mn, Co, and Ni) lithium vanadium pyrophosphate crystals It includes crystallized glass. With the above structure, a positive electrode active material having a high discharge capacity and a high electrode potential can be obtained.

また、酸化物換算のモル%表示で、LiO 10〜50%、V 1〜30%およびP 35〜55%を含有することが好ましい。組成を上記のように限定した理由を以下に説明する。 Further, as represented by mol% of oxide equivalent, Li 2 O 10 to 50%, preferably contains V 2 O 5 1 to 30% and P 2 O 5 35~55%. The reason for limiting the composition as described above will be described below.

LiOは、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の主成分である。LiOの含有量は10〜50%であることが好ましく、20〜45%であることがより好ましく、22〜43%であることが特に好ましい。LiOの含有量が多すぎると、結晶中のLiイオンが多くなりすぎてLiイオン自体が他のLiイオンの拡散を妨害した結果、LiOの挿入脱離の拡散速度が低下するため、放電容量が低くなり好ましくない。LiOの含有量が少なすぎると、異種結晶が生じやすくなり、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の割合が低下しやすくなる。 Li 2 O is the main component of the lithium vanadium pyrophosphate crystal. The content of Li 2 O is preferably 10 to 50%, more preferably 20 to 45%, and particularly preferably 22 to 43%. If the content of Li 2 O is too large, the amount of Li ions in the crystal becomes too large and Li ions themselves interfere with the diffusion of other Li ions, resulting in a decrease in the diffusion rate of Li 2 O insertion / desorption. This is not preferable because the discharge capacity is lowered. When the Li 2 O content is too small, heterogeneous crystals are liable to occur, the proportion of pyrophosphate lithium vanadium-based crystal tends to decrease.

も、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の主成分である。Pの含有量は35〜55%であることが好ましく、37〜52%であることがより好ましく、40〜50%であることが特に好ましい。Pの含有量が少なすぎる場合や、あるいは多すぎる場合は、得られた前駆体ガラスを熱処理した際に、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶が生成しにくくなる。 P 2 O 5 is also a main component of the lithium vanadium pyrophosphate crystal. The content of P 2 O 5 is preferably 35 to 55%, more preferably 37 to 52%, and particularly preferably 40 to 50%. When the content of P 2 O 5 is too low or too high, lithium vanadium pyrophosphate crystals are hardly formed when the obtained precursor glass is heat-treated.

も、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の主成分である。Vの含有量は1〜30%であることが好ましく、5〜30%であることがより好ましく、15〜27%であることがさらに好ましく、20〜27%であることが特に好ましい。Vの含有量が少なすぎる場合や、あるいは多すぎる場合は、得られた前駆体ガラスを熱処理した際に、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶が生成しにくくなる。 V 2 O 5 is also a main component of the lithium vanadium pyrophosphate crystal. The content of V 2 O 5 is preferably 1 to 30%, more preferably 5 to 30%, further preferably 15 to 27%, and particularly preferably 20 to 27%. . When the content of V 2 O 5 is too low or too high, lithium vanadium pyrophosphate crystals are hardly formed when the obtained precursor glass is heat-treated.

また、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、Nb、MgO、Al、TiO、ZrO、Fe、Sc、Cr、MnO、CoOおよびNiOの群から選ばれる少なくとも一種の酸化物を含有していてもよい。これらの成分を含有することにより、これらの成分がピロリン酸バナジウムリチウム系結晶に取り込まれ、より電子伝導度の高いピロリン酸バナジウムリチウム系結晶を生成しやすくなるため、高速充放電特性が向上しやすい。上記成分の含有量の合計は、0〜25%であることが好ましく、0.2〜10%であることが特に好ましい。上記成分の含有量が多すぎると、異種結晶が生じ、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の析出割合が低下しやすくなるため、放電容量が低下しやすくなる。 The positive active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, Nb 2 O 5, MgO, Al 2 O 3, TiO 2, ZrO 2, Fe 2 O 3, Sc 2 O 3, Cr 2 O 3, MnO 2 , at least one oxide selected from the group of CoO and NiO may be contained. By containing these components, these components are taken into the lithium vanadium pyrophosphate crystal, and it becomes easier to produce a lithium vanadium pyrophosphate crystal having a higher electron conductivity, so that high-speed charge / discharge characteristics are easily improved. . The total content of the above components is preferably 0 to 25%, particularly preferably 0.2 to 10%. If the content of the above component is too large, different types of crystals are formed, and the deposition rate of lithium vanadium pyrophosphate crystals tends to decrease, so the discharge capacity tends to decrease.

また上記成分以外に、例えばSiO、B、GeO、Ga、SbまたはBiを含有していてもよい。これらの成分をさらに含有することにより、ガラス形成能が向上し、均質な前駆体ガラスが得られやすくなる。上記成分の含有量の合計は、0〜25%であることが好ましく、0.2〜10%であることが特に好ましい。上記成分の含有量が多すぎると、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の析出割合が低下しやすくなる。 In addition to the above components, for example, SiO 2 , B 2 O 3 , GeO 2 , Ga 2 O 3 , Sb 2 O 3 or Bi 2 O 3 may be contained. By further containing these components, the glass forming ability is improved, and a homogeneous precursor glass is easily obtained. The total content of the above components is preferably 0 to 25%, particularly preferably 0.2 to 10%. When there is too much content of the said component, the precipitation rate of a lithium vanadium pyrophosphate crystal will fall easily.

本発明の正極活物質は粉末状であり、その平均粒子径は0.1〜20μmであることが好ましく、0.3〜15μmであることがより好ましく、0.5〜10μmであることが特に好ましい。正極活物質の平均粒子径が小さすぎると、正極活物質粒子同士の凝集力が強くなり、ペースト化した際に分散しにくくなる。その結果、電池の内部抵抗が高くなり放電電圧が低下しやすくなる。また、電極密度が低下して電池の単位体積あたりの放電容量が低下する傾向がある。一方、正極活物質の平均粒子径が大きすぎると、正極活物質の比表面積が小さくなりやすく、正極活物質と電解質との界面におけるリチウムイオンの伝導性が低下する傾向がある。また、電極の表面平滑性に劣る傾向がある。   The positive electrode active material of the present invention is in a powder form, and the average particle size is preferably 0.1 to 20 μm, more preferably 0.3 to 15 μm, and particularly preferably 0.5 to 10 μm. preferable. When the average particle diameter of the positive electrode active material is too small, the cohesive force between the positive electrode active material particles becomes strong, and it becomes difficult to disperse when formed into a paste. As a result, the internal resistance of the battery increases and the discharge voltage tends to decrease. In addition, the electrode density tends to decrease and the discharge capacity per unit volume of the battery tends to decrease. On the other hand, if the average particle size of the positive electrode active material is too large, the specific surface area of the positive electrode active material tends to be small, and the conductivity of lithium ions at the interface between the positive electrode active material and the electrolyte tends to decrease. Moreover, there exists a tendency to be inferior to the surface smoothness of an electrode.

なお、本発明において、平均粒子径はD50(体積基準の平均粒子径)を意味し、レーザー回折散乱法により測定された値をいうものとする。   In the present invention, the average particle diameter means D50 (volume-based average particle diameter), which is a value measured by a laser diffraction scattering method.

粉末X線回折パターンから算出したピロリン酸バナジウムリチウム系結晶由来のXRD積分強度は1200cps・deg以上、1400cps・deg以上、特に1500cps・deg以上が好ましい。ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶由来のXRD積分強度が小さすぎると、放電容量が低下する傾向がある。   The XRD integral intensity derived from the lithium vanadium pyrophosphate crystal calculated from the powder X-ray diffraction pattern is preferably 1200 cps · deg or more, 1400 cps · deg or more, particularly 1500 cps · deg or more. When the XRD integral intensity derived from the lithium vanadium pyrophosphate crystal is too small, the discharge capacity tends to decrease.

ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶由来のXRD積分強度は、CuKα線を用いた粉末X線回折測定(XRD測定)によって得られる2θ値で10〜60°の回折線プロファイルにおいて、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶由来の結晶性回折線から求められる。具体的には、回折線プロファイルからバックグラウンドを差し引いて得られた全散乱曲線から、10〜60°において検出されるピロリン酸バナジウムリチウム系結晶由来の結晶性回折線をピーク分離して求めた積分強度の総和から求められる。   The XRD integral intensity derived from lithium vanadium pyrophosphate crystals is derived from lithium vanadium pyrophosphate crystals in the diffraction line profile of 10-60 ° with 2θ values obtained by powder X-ray diffraction measurement (XRD measurement) using CuKα rays. It is calculated | required from the crystalline diffraction line of this. Specifically, from the total scattering curve obtained by subtracting the background from the diffraction line profile, the integral obtained by peak-separating the crystalline diffraction line derived from the lithium vanadium pyrophosphate crystal detected at 10 to 60 ° It is obtained from the sum of strength.

なお、XRD測定は、粉末X線回折装置(リガク製RINT2100)で測定し、電圧40KV、電流値40mAでCuターゲットにより発生したKα線を用いて、2θ=10〜60°の範囲、1°/分の走査速度、0.01°のサンプリング間隔の条件で測定した。なお、結晶のピーク強度が100cps以下の場合は、そのピークはノイズであると判断した。   The XRD measurement was performed with a powder X-ray diffractometer (RINT2100 manufactured by Rigaku), using a Kα ray generated by a Cu target at a voltage of 40 KV and a current value of 40 mA, in a range of 2θ = 10 to 60 °, 1 ° / The measurement was performed under the conditions of a scanning speed of 1 minute and a sampling interval of 0.01 °. When the peak intensity of the crystal was 100 cps or less, it was determined that the peak was noise.

正極活物質におけるピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の結晶化度は70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の結晶化度が低すぎると、放電容量が低下する傾向がある。なお、上限については特に限定されないが、現実的には99質量%以下である。   The crystallinity of the lithium vanadium pyrophosphate crystal in the positive electrode active material is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more. If the crystallinity of the lithium vanadium pyrophosphate crystal is too low, the discharge capacity tends to decrease. In addition, although it does not specifically limit about an upper limit, In reality, it is 99 mass% or less.

ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の結晶化度は、CuKα線を用いた粉末X線回折測定によって得られる2θ値で10〜60°の回折線プロファイルにおいて、結晶性回折線と非晶質ハローにピーク分離することで求められる。具体的には、回折線プロファイルからバックグラウンドを差し引いて得られた全散乱曲線から、10〜45°におけるブロードな回折線(非晶質ハロー)をピーク分離して求めた積分強度をIa、10〜60°において検出されるピロリン酸バナジウムリチウム系結晶由来の結晶性回折線をピーク分離して求めた積分強度の総和をIc、その他の結晶性回折線から求めた積分強度の総和をIoとした場合、結晶の含有量Xcは次式から求められる。   The crystallinity of the lithium vanadium pyrophosphate crystal is separated into a crystalline diffraction line and an amorphous halo in a diffraction line profile of 10 to 60 ° with 2θ values obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays. Is required. Specifically, the integrated intensity obtained by peak-separating a broad diffraction line (amorphous halo) at 10 to 45 ° from the total scattering curve obtained by subtracting the background from the diffraction line profile is Ia, 10 Ic is the sum of integral intensities obtained by peak separation of crystalline diffraction lines derived from lithium vanadium pyrophosphate crystals detected at -60 °, and Io is the sum of integral intensities obtained from other crystal diffraction lines. In this case, the crystal content Xc is obtained from the following formula.

Xc=[Ic/(Ic+Ia+Io)]×100(%)     Xc = [Ic / (Ic + Ia + Io)] × 100 (%)

ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の結晶子サイズが小さいほど、正極活物質粒子の平均粒子径を小さくすることが可能となり、電気伝導性を向上させることができる。具体的には、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶の結晶子サイズは100nm以下であることが好ましく、80nm以下であることが特に好ましい。下限については特に限定されないが、現実的には1nm以上、さらには10nm以上である。結晶子サイズは、粉末X線回折の解析結果からシェラーの式に従って求められる。   As the crystallite size of the lithium vanadium pyrophosphate crystal is smaller, the average particle diameter of the positive electrode active material particles can be reduced, and the electrical conductivity can be improved. Specifically, the crystallite size of the lithium vanadium pyrophosphate crystal is preferably 100 nm or less, and particularly preferably 80 nm or less. The lower limit is not particularly limited, but is actually 1 nm or more, and further 10 nm or more. The crystallite size is determined according to Scherrer's equation from the analysis result of powder X-ray diffraction.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、(1)Li、V、PおよびOを含有するバッチを調合する工程、(2)バッチを溶融し、溶融ガラスを得る工程、および(3)溶融ガラスを急冷し前駆体ガラスを得る工程を含むことを特徴とする。このような溶融法により正極活物質を製造することにより、各構成成分が均質に分散された正極活物質が得られやすくなる。   The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention includes (1) a step of preparing a batch containing Li, V, P and O, (2) a step of melting the batch to obtain molten glass, And (3) a step of quenching the molten glass to obtain a precursor glass. By producing the positive electrode active material by such a melting method, it is easy to obtain a positive electrode active material in which each component is uniformly dispersed.

溶融温度は原料バッチが均質に溶融されるよう適宜調整すればよい。具体的には、700℃以上であることが好ましく、900℃以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、高すぎるとエネルギーロスにつながるため、1500℃以下であることが好ましく、1400℃以下であることが特に好ましい。   What is necessary is just to adjust a melting temperature suitably so that a raw material batch may be fuse | melted uniformly. Specifically, it is preferably 700 ° C. or higher, and particularly preferably 900 ° C. or higher. Although an upper limit is not specifically limited, Since it will lead to an energy loss when too high, it is preferable that it is 1500 degrees C or less, and it is especially preferable that it is 1400 degrees C or less.

また、前駆体ガラスを得る工程としては、上記以外にゾル−ゲルプロセス、溶液ミストの火炎中への噴霧などの化学気相合成プロセス、メカノケミカルプロセス等も適用可能である。   Moreover, as a process for obtaining the precursor glass, a sol-gel process, a chemical vapor synthesis process such as spraying a solution mist into a flame, a mechanochemical process, and the like can be applied.

また、前記前駆体ガラスが、酸化物換算のモル%表示で、LiO 10〜50%、V 1〜30%およびP 35〜55%を含有することが好ましい。 Further, the precursor glass, in mol% of the oxide equivalent, Li 2 O 10 to 50%, preferably contains V 2 O 5 1 to 30% and P 2 O 5 35~55%.

さらに、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法は、(4)得られた前駆体ガラスを粉砕し、前駆体ガラス粉末を得る工程、および(5)前駆体ガラス粉末をガラス転移温度〜1000℃で焼成し結晶化ガラス粉末を得る工程、を含む方法により製造することが好ましい。   Furthermore, the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention includes (4) a step of pulverizing the obtained precursor glass to obtain a precursor glass powder, and (5) a glass of the precursor glass powder. It is preferable to manufacture by the method of including the process of baking by transition temperature -1000 degreeC, and obtaining crystallized glass powder.

前駆体ガラスの粉砕方法は特に限定されず、ボールミル、ビーズミル、アトライター等の一般的な粉砕装置を用いることできる。   The method for pulverizing the precursor glass is not particularly limited, and a general pulverizing apparatus such as a ball mill, a bead mill, or an attritor can be used.

前駆体ガラス粉末の平均粒子径は小さいほど正極活物質全体としての比表面積が大きくなり、イオンや電子の交換が行いやすくなるため好ましい。   The smaller the average particle size of the precursor glass powder, the larger the specific surface area of the positive electrode active material as a whole, and it becomes easier to exchange ions and electrons.

前駆体ガラス粉末の熱処理温度は、前駆体ガラスの組成によって異なるため特に限定されるものではないが、少なくとも結晶化温度以上(具体的には、450℃以上、好ましくは500℃以上、さらに好ましくは600℃以上)で熱処理を行うことが適当である。熱処理温度が低すぎると、結晶の析出が不十分になり、放電容量が低下するおそれがある。あるいは、β‐LiVOPOなどの異種結晶が析出しやすくなり、リチウムイオン伝導性が低下するおそれがある。一方、熱処理温度の上限は900℃であることが好ましく、850℃であることがより好ましく、800℃であることが特に好ましい。熱処理温度が高すぎると、析出したピロリン酸バナジウムリチウム系結晶が溶解するおそれがある。ここで、「結晶化温度」は、示差熱分析(DTA)装置で測定した結晶化ピーク温度を指し、昇温速度10℃/分で測定した値を指す。 The heat treatment temperature of the precursor glass powder is not particularly limited because it varies depending on the composition of the precursor glass, but at least the crystallization temperature or higher (specifically, 450 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, more preferably It is appropriate to perform the heat treatment at 600 ° C. or higher. If the heat treatment temperature is too low, crystal precipitation becomes insufficient and the discharge capacity may be reduced. Alternatively, different types of crystals such as β-LiVOPO 4 are likely to be precipitated, and lithium ion conductivity may be reduced. On the other hand, the upper limit of the heat treatment temperature is preferably 900 ° C., more preferably 850 ° C., and particularly preferably 800 ° C. If the heat treatment temperature is too high, the precipitated lithium vanadium pyrophosphate crystal may be dissolved. Here, the “crystallization temperature” refers to a crystallization peak temperature measured with a differential thermal analysis (DTA) apparatus, and refers to a value measured at a heating rate of 10 ° C./min.

熱処理時間は、前駆体ガラス粉末の結晶化が十分に進行するよう適宜調整される。具体的には、1〜20時間、5〜15時間、特に8〜12時間であることが好ましい。熱処理時間が短すぎると、ガラス中のバナジウムの価数が3価になりにくくなり、β‐LiVOPOなどの異種結晶が析出しやすくなる。 The heat treatment time is appropriately adjusted so that the crystallization of the precursor glass powder proceeds sufficiently. Specifically, it is preferably 1 to 20 hours, 5 to 15 hours, particularly 8 to 12 hours. If the heat treatment time is too short, the valence of vanadium in the glass becomes difficult to become trivalent, and different types of crystals such as β-LiVOPO 4 tend to precipitate.

さらに、工程(5)において、ガラス粉末に有機化合物または導電性カーボン、あるいはその両方を添加し、不活性または還元雰囲気にて焼成を行うことが好ましい。これにより、正極活物質粒子表面をカーボン含有層により被覆することができる。さらに、有機化合物または導電性カーボン、あるいはその両方は焼成することで還元作用を示すため、結晶化する際にガラス中のバナジウムの価数が3価に変化しやすく、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶を高い割合で選択的に得ることができる。   Furthermore, in the step (5), it is preferable to add an organic compound and / or conductive carbon to the glass powder and perform firing in an inert or reducing atmosphere. Thereby, the surface of the positive electrode active material particles can be covered with the carbon-containing layer. Furthermore, since the organic compound and / or the conductive carbon exhibit a reducing action when fired, the valence of vanadium in the glass tends to change to trivalent during crystallization, and the lithium vanadium pyrophosphate crystal It can be selectively obtained at a high rate.

導電性カーボンとしては、グラファイト、アセチレンブラック、アモルファスカーボン等が挙げられる。なお、アモルファスカーボンは、FT−IR分析において、正極活物質の導電性低下の原因となるC−O結合ピークやC−H結合ピークが実質的に検出されないことが好ましい。有機化合物としては、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸等のカルボン酸、グルコースおよび有機バインダー、界面活性剤等が挙げられる。   Examples of the conductive carbon include graphite, acetylene black, and amorphous carbon. Note that it is preferable that the amorphous carbon does not substantially detect a C—O bond peak or a C—H bond peak that causes a decrease in conductivity of the positive electrode active material in the FT-IR analysis. Examples of the organic compound include carboxylic acids such as aliphatic carboxylic acids and aromatic carboxylic acids, glucose and organic binders, surfactants, and the like.

有機化合物または導電性カーボン、あるいはその両方の添加量は、前駆体ガラス100質量部に対して、0.01〜50質量部であることが好ましく、0.1〜50質量部であることがより好ましく、1〜30質量部であることがさらに好ましく、5〜20質量部であることが特に好ましい。有機化合物または導電性カーボン、あるいはその両方の添加量が少なすぎると、正極活物質粒子表面を十分にカーボン含有層で被覆することが困難になる。有機化合物または導電性カーボン、あるいはその両方の添加量が多すぎると、カーボン含有層の厚みが大きくなってリチウムイオンの移動が妨げられ、放電容量が低下する傾向がある。   The addition amount of the organic compound and / or conductive carbon, or both, is preferably 0.01 to 50 parts by mass, more preferably 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the precursor glass. Preferably, it is 1-30 mass parts, More preferably, it is 5-20 mass parts. When the addition amount of the organic compound and / or the conductive carbon is too small, it becomes difficult to sufficiently cover the surface of the positive electrode active material particles with the carbon-containing layer. When the addition amount of the organic compound and / or the conductive carbon is too large, the thickness of the carbon-containing layer is increased, the movement of lithium ions is hindered, and the discharge capacity tends to decrease.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、炭素の含有量が0.01〜20質量%、0.05〜20質量%であることが好ましく、1〜20質量%であることがより好ましく、2〜15質量%であることがさらに好ましく、3〜12質量%であることが特に好ましい。炭素の含有量が少なすぎると、カーボン含有層による被覆が不十分となり、電子の伝導性に劣る傾向がある。一方、炭素の含有量が多すぎると、相対的に正極活物質粒子の含有量が小さくなり、正極活物質単位質量当たりの放電容量が小さくなる傾向がある。   The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention preferably has a carbon content of 0.01 to 20% by mass, 0.05 to 20% by mass, and more preferably 1 to 20% by mass. Preferably, it is 2-15 mass%, More preferably, it is 3-12 mass%. When the carbon content is too small, the coating with the carbon-containing layer becomes insufficient, and the electron conductivity tends to be inferior. On the other hand, when the carbon content is too large, the content of the positive electrode active material particles is relatively small, and the discharge capacity per unit mass of the positive electrode active material tends to be small.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、ラマン分光法における1550〜1650cm−1のピーク強度Gに対する1300〜1400cm−1のピーク強度Dの比(D/G)が1以下であることが好ましく、0.8以下であることが特に好ましい。さらに、ピーク強度Gに対する800〜1100cm−1のピーク強度Fの比(F/G)が0.5以下であることが好ましく、0.1以下であることが特に好ましい。これらのピーク強度比が上記範囲を満たすことにより、正極活物質の電子伝導性が高くなる傾向がある。 Cathode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, the ratio of the peak intensity D of 1300~1400Cm -1 to the peak intensity G of 1550~1650Cm -1 in Raman spectroscopy (D / G) is less than or equal to 1 Is preferable, and 0.8 or less is particularly preferable. Furthermore, the ratio (F / G) of the peak intensity F of 800 to 1100 cm −1 with respect to the peak intensity G is preferably 0.5 or less, and particularly preferably 0.1 or less. When these peak intensity ratios satisfy the above range, the electron conductivity of the positive electrode active material tends to increase.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、比表面積が5m/g以上であることが好ましく、10m/g以上であることが特に好ましい。正極活物質の比表面積が上記範囲を満たすことにより、正極活物質と電解質との接触面積が大きくなって、リチウムイオンおよび電子の授受が容易となり、放電容量を向上させることができる。一方、上限は特に限定されないが、大きすぎると正極活物質表面に水分が吸着しやすくなり、充放電中において発火の原因になるおそれがある。したがって、正極活物質の比表面積は100m/g以下であることが好ましく、80m/g以下であることがより好ましく、60m/g以下であることが特に好ましい。 The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention preferably has a specific surface area of 5 m 2 / g or more, particularly preferably 10 m 2 / g or more. When the specific surface area of the positive electrode active material satisfies the above range, the contact area between the positive electrode active material and the electrolyte is increased, and exchange of lithium ions and electrons is facilitated, and the discharge capacity can be improved. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but if it is too large, moisture tends to be adsorbed on the surface of the positive electrode active material, which may cause ignition during charging and discharging. Therefore, the specific surface area of the positive electrode active material is preferably 100 m 2 / g or less, more preferably 80 m 2 / g or less, and particularly preferably 60 m 2 / g or less.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、タップ密度が0.3g/ml以上であることが好ましく、0.5g/ml以上であることが特に好ましい。タップ密度が小さすぎると、電極密度が小さくなり電池の単位体積あたりの放電容量が低下する傾向がある。上限は概ね真比重に相当する値になるが、粉末の粒塊化を考慮すると、現実的には5g/ml以下である。なお、本発明においてタップ密度は、タッピングストローク:10mm、タッピング回数:250回、タッピング速度:2回/1秒のタッピング条件により測定された値をいう。   The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention preferably has a tap density of 0.3 g / ml or more, particularly preferably 0.5 g / ml or more. If the tap density is too small, the electrode density decreases and the discharge capacity per unit volume of the battery tends to decrease. The upper limit is approximately a value corresponding to the true specific gravity. However, in consideration of powder agglomeration, the upper limit is practically 5 g / ml or less. In the present invention, the tap density is a value measured under tapping conditions of tapping stroke: 10 mm, tapping frequency: 250 times, tapping speed: 2 times / 1 second.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、上述した正極活物質に対し、導電助剤および結着剤を添加し、これらを水や、N−メチルピロリドン等の溶媒に懸濁させてスラリー化し、このスラリーをアルミニウム箔等の集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状にすることにより作製する。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is made into a slurry by adding a conductive additive and a binder to the positive electrode active material described above and suspending them in a solvent such as water or N-methylpyrrolidone. The slurry is applied to a current collector such as an aluminum foil, dried and pressed to form a strip.

導電助剤は、急速充放電を達成するために添加される成分である。具体例としては、アセチレンブラックやケッチェンブラック等の高導電性カーボンブラック、黒鉛、コークス等が挙げられる。なかでも、極少量の添加で優れた導電性を発揮する高導電性カーボンブラックを用いることが好ましい。   A conductive support agent is a component added in order to achieve rapid charging / discharging. Specific examples include highly conductive carbon black such as acetylene black and ketjen black, graphite, coke and the like. Among them, it is preferable to use highly conductive carbon black that exhibits excellent conductivity when added in a very small amount.

結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素系ゴム、スチレンーブタンジエンゴム(SBR)等の熱可塑性直鎖状高分子;熱硬化性ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂;カルボキシメチルセルロース(カルボキシメチルセルロースナトリム等のカルボキシメチルセルロース塩も含む。以下同様)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロースおよびヒドロキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドンおよびその共重合体等の水溶性高分子が挙げられる。   Examples of the binder include thermoplastic linear polymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorine-based rubber, and styrene-butanediene rubber (SBR); thermosetting polyimide, polyamide Thermosetting resins such as imide, polyamide, phenolic resin, epoxy resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, polyurethane; carboxymethylcellulose (including carboxymethylcellulose salts such as carboxymethylcellulose sodium; the same shall apply hereinafter), hydroxypropylmethylcellulose , Cellulose derivatives such as hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, ethylcellulose and hydroxymethylcellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone And water-soluble polymers such as copolymers thereof.

正極活物質、導電助剤および結着剤の配合比は、正極活物質 70〜95重量%、導電助剤 3〜20重量%、結着剤 2〜10重量%の範囲にすることが好ましい。   The compounding ratio of the positive electrode active material, the conductive assistant and the binder is preferably in the range of 70 to 95% by weight of the positive electrode active material, 3 to 20% by weight of the conductive assistant and 2 to 10% by weight of the binder.

集電体としては、例えばアルミニウム箔やアルミニウム合金箔を用いることができる。アルミニウム合金としては、アルミニウムと、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素とからなる合金が挙げられる。   As the current collector, for example, an aluminum foil or an aluminum alloy foil can be used. Examples of the aluminum alloy include alloys made of aluminum and elements such as magnesium, zinc, and silicon.

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
(1)前駆体ガラスの作製
メタリン酸リチウム(LiPO)、炭酸リチウム(LiCO)、五酸化バナジウム(V)、およびオルソリン酸(HPO)を原料とし、モル%でLiO 25.0%、P 50.0%、V 25.0%となるように原料粉末を調合し、1300℃にて1時間、大気雰囲気中にて溶融を行った。その後、一対のロールに溶融ガラスを流し込み、急冷しながらフィルム状に成形することにより前駆体ガラスを作製した。得られた前駆体ガラスを乳鉢で粉砕し、粉末X線回折パターンを確認したところ、結晶性のピークは確認されず、非晶質由来の回折線であるハローのみが確認された。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to this Example.
Example 1
(1) Preparation of precursor glass Using lithium metaphosphate (LiPO 3 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), and orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) as raw materials, mol% The raw material powder was prepared so that Li 2 O 25.0%, P 2 O 5 50.0%, V 2 O 5 25.0%, and melted in the air atmosphere at 1300 ° C. for 1 hour. went. Then, molten glass was poured into a pair of rolls, and a precursor glass was produced by forming into a film shape while rapidly cooling. When the obtained precursor glass was pulverized with a mortar and the powder X-ray diffraction pattern was confirmed, no crystalline peak was confirmed, and only halo, which was an amorphous-derived diffraction line, was confirmed.

(2)前駆体ガラス粉末の作製
前駆体ガラスをボールミルで20時間粉砕し、平均粒子径0.8μmの前駆体ガラス粉末を得た。
(2) Preparation of precursor glass powder The precursor glass was pulverized with a ball mill for 20 hours to obtain a precursor glass powder having an average particle diameter of 0.8 μm.

(3)リチウムイオン二次電池用正極活物質の作製
前駆体ガラス粉末100質量部に対して、カーボン源としてポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル8質量部(グラファイト換算5質量部に相当)、溶剤として54質量部のエタノールを混合することによってスラリー化し、公知のドクターブレード法によって成形した後、80℃で約1時間乾燥させた。ついで、得られた成形体を乳鉢で粉末状にしたあと、窒素雰囲気中600℃にて10時間熱処理を行うことにより、正極活物質を得た。粉末X線回折パターンを確認したところ、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶由来の回折線が確認された。
(4)リチウムイオン二次電池用正極活物質の電池特性評価
得られた正極活物質の0.1Cレートにおける放電容量および平均放電電圧を以下のようにして評価した。
(3) Preparation of positive electrode active material for lithium ion secondary battery 8 parts by mass of polyoxyethylene nonylphenyl ether (corresponding to 5 parts by mass in terms of graphite) as a carbon source and 54 as a solvent with respect to 100 parts by mass of the precursor glass powder. The slurry was made by mixing parts by mass of ethanol, formed by a known doctor blade method, and then dried at 80 ° C. for about 1 hour. Next, the obtained molded body was powdered with a mortar and then heat treated at 600 ° C. for 10 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a positive electrode active material. When the powder X-ray diffraction pattern was confirmed, a diffraction line derived from a lithium vanadium pyrophosphate crystal was confirmed.
(4) Battery characteristic evaluation of positive electrode active material for lithium ion secondary battery The discharge capacity and average discharge voltage at 0.1 C rate of the obtained positive electrode active material were evaluated as follows.

リチウムイオン二次電池用正極活物質に対し、結着剤としてPVDF、導電助剤としてケッチェンブラックを、正極活物質:結着剤:導電助剤=80:10:10(質量比)となるように秤量し、これらをN-メチルピロリドン(NMP)に分散したあと、自転・公転ミキサーで十分に攪拌してスラリー化した。次に、隙間100μmのドクターブレードを用いて、正極集電体である厚さ20μmのアルミニウム箔上に、得られたスラリーをコートし、乾燥機にて80℃で乾燥後、一対の回転ローラー間に通し、1t/cmでプレスすることにより、電極シートを得た。電極シートを電極打ち抜き機で直径11mmに打ち抜き、140℃で6時間乾燥させ、円形の正極を得た。 With respect to the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, PVDF is used as a binder, ketjen black is used as a conductive auxiliary, and the positive electrode active material: binder: conductive auxiliary = 80: 10: 10 (mass ratio). These were weighed and dispersed in N-methylpyrrolidone (NMP), and then sufficiently stirred with a rotation / revolution mixer to form a slurry. Next, using a doctor blade with a gap of 100 μm, the obtained slurry was coated on a 20 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector, dried at 80 ° C. in a dryer, and then between a pair of rotating rollers The electrode sheet was obtained by pressing at 1 t / cm 2 . The electrode sheet was punched to a diameter of 11 mm with an electrode punching machine and dried at 140 ° C. for 6 hours to obtain a circular positive electrode.

次に、得られた正極を、アルミニウム箔面を下に向けてコインセルの下蓋に載置し、その上に60℃で8時間減圧乾燥した直径16mmのポリプロピレン多孔質膜からなるセパレータ(ヘキストセラニーズ社製 セルガード#2400)および対極である金属リチウムを積層し、試験電池を作製した。電解液としては、1M LiPF溶液/EC(エチレンカーボネート):DEC(ジエチルカーボネート)=1:1(体積比)を用いた。なお、試験電池の組み立ては露点温度−40℃以下の環境で行った。 Next, the obtained positive electrode was placed on the bottom lid of the coin cell with the aluminum foil surface facing down, and then a separator made of a polypropylene porous film having a diameter of 16 mm and dried under reduced pressure at 60 ° C. for 8 hours (Hoechst Cera A test battery was produced by stacking Celgard # 2400) manufactured by Needs Co., Ltd. and metallic lithium as a counter electrode. As the electrolytic solution, 1M LiPF 6 solution / EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate) = 1: 1 (volume ratio) was used. The test battery was assembled in an environment with a dew point temperature of −40 ° C. or lower.

得られた試験電池を用いて充放電試験を行い、放電容量および平均放電電圧を測定した。結果を表1に示す。   A charge / discharge test was performed using the obtained test battery, and a discharge capacity and an average discharge voltage were measured. The results are shown in Table 1.

なお、充放電試験において、充電(正極活物質からのリチウムイオンの放出)は、2.5Vから4.6VまでのCC(定電流)充電により行い、放電(正極活物質へのリチウムイオンの吸蔵)は、4.6Vから2.5Vまで放電させることにより行った。
(実施例2)
メタリン酸リチウム(LiPO)、炭酸リチウム(LiCO)、五酸化バナジウム(V)、およびオルソリン酸(HPO)を原料とし、モル%でLiO 27.0%、P 48.7%、V 24.3%となるように原料粉末を調合し、1300℃にて1時間、大気雰囲気中にて溶融を行った。その後、一対のロールに溶融ガラスを流し込み、急冷しながらフィルム状に成形することにより前駆体ガラスを作製した。
In the charge / discharge test, charging (releasing lithium ions from the positive electrode active material) is performed by CC (constant current) charging from 2.5 V to 4.6 V, and discharging (occluding lithium ions in the positive electrode active material). ) Was performed by discharging from 4.6V to 2.5V.
(Example 2)
Lithium metaphosphate (LiPO 3 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), and orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) are used as raw materials, and Li 2 O 27.0% in mol%. , P 2 O 5 48.7%, V 2 O 5 24.3%, and the raw material powder was prepared and melted in the air atmosphere at 1300 ° C. for 1 hour. Then, molten glass was poured into a pair of rolls, and a precursor glass was produced by forming into a film shape while rapidly cooling.

得られた前駆体ガラスを用いて、実施例1と同様の方法により、正極活物質を作製した。粉末X線回折パターンを確認したところ、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶由来の回折線が確認された。   A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained precursor glass. When the powder X-ray diffraction pattern was confirmed, a diffraction line derived from a lithium vanadium pyrophosphate crystal was confirmed.

得られた正極活物質の0.1Cレートにおける放電容量および平均放電電圧、実施例1と同様の方法により測定した。結果を表1に示す。
(比較例1)
炭酸リチウム(LiCO)、五酸化バナジウム(V)、およびリン酸水素二アンモニウム((NHHPO)を原料とし、モル%でLiO 25.0%、P 50.0%、V 25.0%となるように原料粉末を調合し、ボールミルで粉砕混合してペレット化した後、アルゴン雰囲気中300℃で8時間固相反応させた。その後、ボールミルによる粉砕、ペレット化、アルゴン雰囲気中300℃で8時間固相反応の各処理を2回繰り返すことにより、正極活物質を作製した。粉末X線回折パターンを確認したところ、ピロリン酸バナジウムリチウム系結晶由来の回折線が確認された。
The discharge capacity and average discharge voltage at 0.1 C rate of the obtained positive electrode active material were measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(Comparative Example 1)
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), and diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ) are used as raw materials, and Li 2 O 25.0% in mol%, P The raw material powder was prepared so as to be 2O 5 50.0% and V 2 O 5 25.0%, pulverized and mixed by a ball mill, pelletized, and then subjected to solid phase reaction at 300 ° C. for 8 hours in an argon atmosphere. . Then, the positive electrode active material was produced by repeating each process of the grinding | pulverization by a ball mill, pelletization, and solid-phase reaction for 8 hours at 300 degreeC in argon atmosphere. When the powder X-ray diffraction pattern was confirmed, a diffraction line derived from a lithium vanadium pyrophosphate crystal was confirmed.

得られた正極活物質の0.1Cレートにおける放電容量および平均放電電圧、実施例1と同様の方法により測定した。結果を表1に示す。   The discharge capacity and average discharge voltage at 0.1 C rate of the obtained positive electrode active material were measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 1.

以上のように、実施例1および2において作製された正極活物質は、0.1Cレートでの放電容量は110〜115mAhg−1と高く、平均電圧は4.1Vと高かった。一方、比較例1において作製された正極活物質は、固相反応により作製されており、結晶化ガラスではないので、0.1Cレートでの放電容量は70mAhg−1と低く、平均電圧も3.8Vと低かった。
As described above, the positive electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 had a discharge capacity at a 0.1 C rate as high as 110 to 115 mAhg −1 and an average voltage as high as 4.1 V. On the other hand, since the positive electrode active material produced in Comparative Example 1 is produced by a solid-phase reaction and is not crystallized glass, the discharge capacity at a 0.1 C rate is as low as 70 mAhg −1 and the average voltage is 3. It was as low as 8V.

Claims (8)

Li、V、PおよびOを含有し、主結晶として一般式Li1−y (0<x≦2.5、0≦y<1、AはNb、Mg、Al、Ti、Zr、Fe、Sc、Cr、Mn、Co、Niから選ばれる少なくとも1種)で表されるピロリン酸バナジウムリチウム系結晶を析出した結晶化ガラスを含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。 It contains Li, V, P and O, and has the general formula Li x V 1-y A y P 2 O 7 (0 <x ≦ 2.5, 0 ≦ y <1, A is Nb, Mg, Al Lithium ion secondary, characterized in that it comprises a crystallized glass in which lithium vanadium pyrophosphate crystals represented by the formula: Ti, Zr, Fe, Sc, Cr, Mn, Co, Ni) are precipitated. Positive electrode active material for batteries. 酸化物換算のモル%表示で、LiO 10〜50%、V 1〜30%およびP 35〜55%を含有することを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 As represented by mol% based on oxides basis, lithium ions according to claim 1, characterized in that it contains Li 2 O 10~50%, V 2 O 5 1~30% and P 2 O 5 35 to 55% Positive electrode active material for secondary battery. 請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含むリチウムイオン二次電池用正極。   The positive electrode for lithium ion secondary batteries containing the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of Claim 1 or 2. 請求項3に記載のリチウムイオン二次電池用正極を含むリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery containing the positive electrode for lithium ion secondary batteries of Claim 3. (1)Li、V、PおよびOを含有するバッチを調合する工程、(2)バッチを溶融し、溶融ガラスを得る工程、および(3)溶融ガラスを急冷し前駆体ガラスを得る工程を含むことを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。   (1) preparing a batch containing Li, V, P and O, (2) melting the batch to obtain molten glass, and (3) quenching the molten glass to obtain precursor glass. The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries characterized by the above-mentioned. 前記前駆体ガラスが、酸化物換算のモル%表示で、LiO 10〜50%、V 1〜30%およびP 35〜55%を含有することを特徴とする請求項5に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 Claim wherein the precursor glass, which by mol% of oxide equivalent, Li 2 O 10 to 50%, characterized in that it contains V 2 O 5 1 to 30% and P 2 O 5 35 to 55% 5. A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to 5. さらに、(4)得られた前駆体ガラスを粉砕し、前駆体ガラス粉末を得る工程、および(5)前駆体ガラス粉末をガラス転移温度〜900℃で焼成し結晶化ガラス粉末を得る工程を含むことを特徴とする請求項5または6に記載のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。   Further, (4) a step of pulverizing the obtained precursor glass to obtain a precursor glass powder, and (5) a step of firing the precursor glass powder at a glass transition temperature to 900 ° C. to obtain a crystallized glass powder. The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries of Claim 5 or 6 characterized by the above-mentioned. 工程(5)において、ガラス粉末に有機化合物または導電性カーボン、あるいはその両方を添加し、不活性または還元雰囲気にて焼成を行うことを特徴とする請求項7に記載のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
8. The positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 7, wherein in the step (5), an organic compound and / or conductive carbon is added to the glass powder and firing is performed in an inert or reducing atmosphere. A method for producing an active material.
JP2013111468A 2013-05-28 2013-05-28 Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, and method for manufacturing the same Pending JP2014232569A (en)

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