JP2015049995A - Method for manufacturing positive electrode active material for lithium ion batteries, and positive electrode active material for lithium ion batteries - Google Patents

Method for manufacturing positive electrode active material for lithium ion batteries, and positive electrode active material for lithium ion batteries Download PDF

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暁 忍足
大野 宏次
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a positive electrode active material for lithium ion batteries which makes possible to prepare a positive electrode active material for lithium ion batteries high in voltage, energy density, and load characteristic, and superior in long-term cycle stability and safety, and which makes possible to produce a positive electrode active material in a simple manufacturing process efficiently; and a positive electrode active material for lithium ion batteries.SOLUTION: A method for manufacturing a positive electrode active material for lithium ion batteries comprises: a slurry-preparation step for mixing a Li source and a Mn source which make raw materials of olivine type LiMnPOparticles, and an A source and a P source which make raw materials of olivine type LiAPO(where A represents at least one of Fe and Ni) into a slurry; and a heating treatment step for heating the slurry in a temperature range of 100°C to lower than 150°C in an airtight condition, and further heating the slurry in a temperature range of 150-200°C.

Description

本発明は、リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質に関し、特に、電極活物質として、オリビン構造を有するリン酸塩系電極活物質を用い、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性で、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたリチウムイオン電池の正極を作製する際に用いて好適なリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法、及びリチウムイオン電池用正極活物質に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery and a positive electrode active material for a lithium ion battery. In particular, a phosphate-based electrode active material having an olivine structure is used as the electrode active material. A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery suitable for producing a positive electrode for a lithium ion battery having excellent energy density, high load characteristics, and long-term cycle stability and safety, and a positive electrode for a lithium ion battery It relates to active materials.

近年、小型、軽量、高容量の電池として、リチウムイオン電池等の非水電解液系の二次電池が提案され、実用に供されている。
このリチウムイオン電池は、従来の鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等の二次電池と比べて、軽量かつ小型で高エネルギーを有しており、携帯用電話機、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用情報端末や携帯用電子機器の電源として用いられている。
In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries have been proposed and put into practical use as small, light, and high capacity batteries.
This lithium ion battery is lighter, smaller and has higher energy than secondary batteries such as conventional lead batteries, nickel cadmium batteries and nickel metal hydride batteries. It is used as a power source for information terminals and portable electronic devices.

このリチウムイオン電池は、近年、電気自動車、ハイブリッド自動車、電動工具等の高出力電源としても検討されている。これらの高出力電源として用いられる電池の電極活物質には、高速の充放電特性が求められている。
このような二次電池の高機能化、高容量化、低コスト化等の観点から、レアメタルフリーの正極活物質として種々の材料が検討されている。これらのなかでも、LiFePOにて代表されるオリビン型リン酸塩系電極活物質は、安全性はもちろんのこと、高資源量及び低コストである電極活物質として注目されている。
In recent years, this lithium ion battery has been studied as a high-output power source for electric vehicles, hybrid vehicles, electric tools, and the like. High-speed charge / discharge characteristics are required for the electrode active materials of batteries used as these high-output power supplies.
Various materials have been studied as a rare metal-free positive electrode active material from the viewpoints of high functionality, high capacity, low cost, and the like of such secondary batteries. Among these, an olivine-type phosphate electrode active material typified by LiFePO 4 has attracted attention as an electrode active material having high resource and low cost as well as safety.

このリン酸塩系電極活物質の中でも、アルカリ金属がLiであり、遷移金属がMnであるリン酸マンガンリチウム(LiMnPO )は、LiFePO とほぼ同程度の約170mAh/gの理論容量を有しながら、低レート放電条件下にあっても、LiFePO と比べて利用率が非常に悪く、電子伝導性が不十分で、大電流の充放電を行うことが難しいという問題点があった。そこで、これらの問題点を解決するために、粒子の微細化、導電性物質との複合化等、様々な努力がなされてきた。
例えば、導電性物質との複合化に用いられる導電性の炭素材料を製造する方法としては、硝酸鉄等の鉄触媒を用いて木材を炭化する方法が提案されている(特許文献1)。また、非水電解質二次電池用正極材料としては、リン酸マンガンリチウムからなる基材粒子の表面にニッケル化合物または鉄化合物を備え、さらに、このニッケル化合物または鉄化合物上にカーボンを備えた非水電解質二次電池用正極材料が提案されている(特許文献2)。
Among these phosphate-based electrode active materials, lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) whose alkaline metal is Li and whose transition metal is Mn has a theoretical capacity of about 170 mAh / g, which is almost the same as LiFePO 4. However, even under low-rate discharge conditions, the utilization factor is very poor compared to LiFePO 4, and there is a problem that it is difficult to charge and discharge a large current due to insufficient electron conductivity. In order to solve these problems, various efforts have been made, such as the refinement of particles and the combination with conductive materials.
For example, as a method for producing a conductive carbon material used for compounding with a conductive substance, a method of carbonizing wood using an iron catalyst such as iron nitrate has been proposed (Patent Document 1). Further, as a positive electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte comprising a nickel compound or an iron compound on the surface of a base particle made of lithium manganese phosphate and further comprising carbon on the nickel compound or iron compound. A positive electrode material for an electrolyte secondary battery has been proposed (Patent Document 2).

特開2009−190957号公報JP 2009-190957 A 特開2010−135305号公報JP 2010-135305 A

しかしながら、上述した従来の非水電解質二次電池用正極材料では、リン酸マンガンリチウムからなる基材粒子の表面に、ニッケル化合物または鉄化合物を形成し、次いで、このニッケル化合物または鉄化合物上にカーボンを形成しているので、基材粒子の表面に形成されるニッケル化合物または鉄化合物、及びカーボンそれぞれの純度や結晶性が不十分となり易く、負荷特性、サイクル特性及びエネルギー密度それぞれについて良好な特性を有する正極材料を得ることが難しいという問題点があった。
また、製造工程が複雑になることから、正極材料を効率よく生産することが困難であるという問題点があった。
However, in the conventional positive electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery described above, a nickel compound or an iron compound is formed on the surface of the base particle made of lithium manganese phosphate, and then carbon is formed on the nickel compound or the iron compound. Therefore, the purity and crystallinity of the nickel compound or iron compound and carbon formed on the surface of the base particle are likely to be insufficient, and the load characteristics, cycle characteristics and energy density are excellent. There is a problem that it is difficult to obtain a positive electrode material.
In addition, since the manufacturing process is complicated, it is difficult to efficiently produce the positive electrode material.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性で、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたリチウムイオン電池用正極活物質を作製することができ、しかも、製造工程が簡単で、正極活物質を効率よく生産することができるリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法及びリチウムイオン電池用正極活物質を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and has a higher voltage, a higher energy density, a higher load characteristic, a long-term cycle stability and a positive electrode active material for lithium ion batteries. The manufacturing method of a positive electrode active material for a lithium ion battery and a positive electrode active material for a lithium ion battery capable of efficiently producing a positive electrode active material with a simple manufacturing process And

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行なった結果、オリビン型LiMnPO粒子の表面にオリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を形成してなるリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法について、LiMnPO粒子及びLiAPOそれぞれの原料を混合したスラリーを、密閉状態にて100℃以上かつ150℃未満の温度範囲で加熱処理し、さらに、密閉状態にて150℃以上かつ200℃以下の温度範囲で加熱処理することにより、LiMnPO粒子の表面にLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜が形成された粒子を、1回の水熱処理により大量に効率良く得ることができ、したがって、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性で、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたリチウムイオン電池用正極活物質を、簡単な工程で、効率よく生産することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors formed a film made of olivine-type LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni) on the surface of olivine-type LiMnPO 4 particles. In a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery, a slurry obtained by mixing raw materials of LiMnPO 4 particles and LiAPO 4 is heat-treated in a sealed state in a temperature range of 100 ° C. or more and less than 150 ° C., and In addition, a film made of LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni) was formed on the surface of LiMnPO 4 particles by heat treatment in a temperature range of 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower in a sealed state. Particles can be efficiently obtained in large quantities by a single hydrothermal treatment, and therefore higher voltage, higher energy density, higher negative In characteristic, the long-term cycle stability and the positive active material for a lithium ion battery excellent in safety, a simple process, found that can be efficiently produced, and have completed the present invention.

すなわち、本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法は、オリビン型LiMnPO粒子の表面にオリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を形成してなるリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法であって、前記LiMnPO粒子の原料となるLi源及びMn源、及び前記LiAPOの原料となるA源及びP源を混合してスラリーとするスラリー調製工程と、前記スラリーを、密閉状態にて、100℃以上かつ150℃未満の温度範囲で加熱処理し、さらに、150℃以上かつ200℃以下の温度範囲で加熱処理する加熱処理工程と、を有することを特徴とする。 That is, in the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery according to the present invention, a coating film made of olivine-type LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni) is formed on the surface of olivine-type LiMnPO 4 particles. A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery, wherein a slurry is prepared by mixing a Li source and a Mn source as raw materials for the LiMnPO 4 particles, and an A source and a P source as raw materials for the LiAPO 4 And a heat treatment step of heat-treating the slurry in a sealed state in a temperature range of 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C., and further heat-treating in a temperature range of 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. It is characterized by that.

前記スラリー調製工程は、前記Mn源に対する前記A源のモル比A/Mnを0.04以上かつ0.20以下となるように調製する工程を有することが好ましい。
前記加熱処理工程の後に、該加熱処理工程にて得られたLiAPO被覆LiMnPO粒子と、炭素源となる有機化合物及び溶媒とを混合して第2のスラリーとする第2のスラリー調製工程と、前記第2のスラリーを乾燥した後、非酸化性雰囲気下にて500℃以上かつ1000℃以下の温度範囲で加熱処理する第2の加熱処理工程と、を有することが好ましい。
The slurry preparation step preferably includes a step of adjusting the molar ratio A / Mn of the A source to the Mn source to be 0.04 or more and 0.20 or less.
After the heat treatment step, a second slurry preparation step in which the LiAPO 4 -coated LiMnPO 4 particles obtained in the heat treatment step, an organic compound serving as a carbon source, and a solvent are mixed to form a second slurry. It is preferable to include a second heat treatment step of drying the second slurry and then heat-treating it in a temperature range of 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere.

本発明のリチウムイオン電池用正極活物質は、本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法により得られたことを特徴とする。   The positive electrode active material for lithium ion batteries of the present invention is obtained by the method for producing a positive electrode active material for lithium ion batteries of the present invention.

本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法によれば、LiMnPO粒子の原料となるLi源及びMn源、及びLiAPOの原料となるA源及びP源を混合してスラリーとするスラリー調製工程と、このスラリーを、密閉状態にて、100℃以上かつ150℃未満の温度範囲で加熱処理し、さらに、150℃以上かつ200℃以下の温度範囲で加熱処理する加熱処理工程と、を有するので、オリビン型LiMnPO粒子の表面に、オリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を形成した粒子を、1回の水熱処理により大量に効率良く得ることができる。したがって、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性で、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたリチウムイオン電池用正極活物質を、簡単な工程で、効率よく生産することができる。 According to the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery of the present invention, a slurry obtained by mixing a Li source and a Mn source as raw materials for LiMnPO 4 particles and an A source and a P source as raw materials for LiAPO 4 into a slurry. A heat treatment step of heat-treating the slurry in a sealed state in a temperature range of 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C., and further heat-treating in a temperature range of 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. Therefore, particles having an olivine-type LiAPO 4 film (where A is at least one of Fe and Ni) formed on the surface of the olivine-type LiMnPO 4 particles can be efficiently obtained in large quantities by one hydrothermal treatment. Can do. Therefore, a positive electrode active material for a lithium ion battery having higher voltage, higher energy density, and higher load characteristics and excellent long-term cycle stability and safety can be efficiently produced in a simple process.

本発明のリチウムイオン電池用正極活物質によれば、本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法により得られたので、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性で、長期のサイクル安定性及び安全性に優れている。
このリチウムイオン電池用正極活物質をリチウムイオン電池用電極に適用することにより、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性で、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたリチウムイオン電池を提供することができる。
According to the positive electrode active material for a lithium ion battery of the present invention, since it was obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery of the present invention, a longer cycle stability with higher voltage, higher energy density, and higher load characteristics. Excellent in safety and safety.
By applying this positive electrode active material for a lithium ion battery to an electrode for a lithium ion battery, a lithium ion battery having higher voltage, higher energy density, and higher load characteristics, and excellent long-term cycle stability and safety is provided. be able to.

本発明の実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池用正極活物質の深さ方向の元素分布の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the element distribution of the depth direction of the positive electrode active material for lithium ion batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention. 本発明の実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of each lithium ion battery of Example 1, 2 and Comparative Examples 1-3 of this invention.

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

[リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法]
本実施形態のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法は、オリビン型LiMnPO粒子の表面にオリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を被覆してなるリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法であって、
前記LiMnPO粒子の原料となるLi源及びMn源、及び前記LiAPOの原料となるA源及びP源を混合しスラリーとするスラリー調製工程と、
前記スラリーを、密閉状態にて、100℃以上かつ150℃未満の温度範囲で加熱処理し、さらに、150℃以上かつ200℃以下の温度範囲で加熱処理する加熱処理工程と、
この加熱処理工程にて得られたLiAPO被覆LiMnPO粒子と、炭素源となる有機化合物及び溶媒とを混合して第2のスラリーとする第2のスラリー調製工程と、
前記第2のスラリーを乾燥した後、非酸化性雰囲気下にて500℃以上かつ1000℃以下の温度範囲で加熱処理する第2の加熱処理工程と、
を有する製造方法である。
次に、この製造方法を詳細に説明する。
[Method for producing positive electrode active material for lithium ion battery]
In the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery according to this embodiment, the surface of olivine-type LiMnPO 4 particles is coated with a coating made of olivine-type LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni). A method for producing a positive electrode active material for an ion battery, comprising:
A slurry preparation step in which a Li source and a Mn source as raw materials for the LiMnPO 4 particles and an A source and a P source as raw materials for the LiAPO 4 are mixed to form a slurry;
A heat treatment step of heat-treating the slurry in a sealed state in a temperature range of 100 ° C. or more and less than 150 ° C., and further in a temperature range of 150 ° C. or more and 200 ° C. or less;
A second slurry preparation step in which the LiAPO 4 -coated LiMnPO 4 particles obtained in this heat treatment step, an organic compound serving as a carbon source and a solvent are mixed to form a second slurry;
A second heat treatment step of drying the second slurry and then heat-treating in a temperature range of 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere;
It is a manufacturing method which has this.
Next, this manufacturing method will be described in detail.

(スラリー調製工程)
オリビン型LiMnPO粒子の原料となるLi源及びMn源、及びオリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)の原料となるA源及びP源を混合しスラリーとする工程である。
(Slurry preparation process)
In the process of mixing the Li source and Mn source as raw materials for the olivine-type LiMnPO 4 particles, and the A source and P source as raw materials for the olivine-type LiAPO 4 (wherein A is at least one of Fe and Ni) into a slurry. is there.

Li源としては、例えば、水酸化リチウム(LiOH)等の水酸化物、炭酸リチウム(LiCO)、塩化リチウム(LiCl)、硝酸リチウム(LiNO)、リン酸リチウム(LiPO)、リン酸水素二リチウム(LiHPO)、リン酸二水素リチウム(LiHPO)等のリチウム無機酸塩及びこれらの水和物、酢酸リチウム(LiCHCOO)、蓚酸リチウム((COOLi))等のリチウム有機酸塩及びこれらの水和物が挙げられ、これらの中から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
Mn源としては、Mn塩が好ましく、例えば、塩化マンガン(II)(MnCl)、硫酸マンガン(II)(MnSO)、酢酸マンガン(II)(Mn(CHCOO))及びこれらの水和物の中から選択された1種または2種以上が好ましい。
Examples of the Li source include hydroxides such as lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium chloride (LiCl), lithium nitrate (LiNO 3 ), and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ). , Lithium inorganic acid salts such as dilithium hydrogen phosphate (Li 2 HPO 4 ), lithium dihydrogen phosphate (LiH 2 PO 4 ) and hydrates thereof, lithium acetate (LiCH 3 COO), lithium oxalate ((COOLi ) 2 ) and the like, and hydrates thereof, and one or more selected from these are preferably used.
The Mn source is preferably a Mn salt, such as manganese chloride (II) (MnCl 2 ), manganese sulfate (II) (MnSO 4 ), manganese acetate (II) (Mn (CH 3 COO) 2 ), and water thereof. One or more selected from among Japanese products are preferred.

A源としては、Fe、Niの少なくとも1種を含む金属塩が好ましく、例えば、Fe、Niの少なくとも1種を含む塩化物、硫酸塩、酢酸塩、硝酸塩及びこれらの水和物の中から選択された1種または2種以上が好ましい。
P源としては、オルトリン酸(HPO)、メタリン酸(HPO)等のリン酸、リン酸二水素アンモニウム(NHPO)、リン酸水素二アンモニウム((NHHPO)、リン酸アンモニウム((NHPO)、リン酸リチウム(LiPO)、リン酸水素二リチウム(LiHPO)、リン酸二水素リチウム(LiHPO)及びこれらの水和物の中から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
The A source is preferably a metal salt containing at least one of Fe and Ni, for example, selected from chlorides, sulfates, acetates, nitrates and hydrates containing at least one of Fe and Ni. One type or two or more types are preferred.
Examples of the P source include phosphoric acid such as orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) and metaphosphoric acid (HPO 3 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), and diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2. HPO 4 ), ammonium phosphate ((NH 4 ) 3 PO 4 ), lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), dilithium hydrogen phosphate (Li 2 HPO 4 ), lithium dihydrogen phosphate (LiH 2 PO 4 ) And one or more selected from these hydrates are preferably used.

これらLi源、Mn源、A源及びP源の混合方法としては、各々の原料固体を水溶媒へ加える方法、各々の原料水溶液を混合する方法が挙げられるが、原料を均一に混合する観点から後者の方法が好ましい。
これらの原料を混合する際には、Mn源に対するA源のモル比A/Mnを0.04以上かつ0.20以下となるように調製することが好ましい。
Examples of the mixing method of these Li source, Mn source, A source and P source include a method of adding each raw material solid to an aqueous solvent and a method of mixing each aqueous raw material solution, from the viewpoint of uniformly mixing the raw materials. The latter method is preferred.
When mixing these raw materials, it is preferable to prepare such that the molar ratio A / Mn of the A source to the Mn source is 0.04 or more and 0.20 or less.

ここで、Mn源に対するA源のモル比A/Mnを上記の範囲に限定した理由は、この範囲が、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性と、長期のサイクル安定性及び安全性とを両立することの出来る範囲だからである。
なお、モル比A/Mnが0.04未満では、オリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜の被覆が不十分となるので好ましくなく、一方、モル比A/Mnが0.20を超えると、電解液からオリビン型LiMnPO粒子へのリチウムイオンの移動が阻害されるので好ましくない。
Here, the reason why the molar ratio A / Mn of the A source to the Mn source is limited to the above range is that this range is higher voltage, higher energy density, higher load characteristics, long-term cycle stability and safety. It is because it is the range which can be compatible.
In addition, when the molar ratio A / Mn is less than 0.04, it is not preferable because the coating of the olivine type LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni) becomes insufficient, while the molar ratio A When / Mn exceeds 0.20, the movement of lithium ions from the electrolytic solution to the olivine-type LiMnPO 4 particles is inhibited, which is not preferable.

(加熱処理工程)
上記の工程にて得られたスラリーを、密閉状態にて、100℃以上かつ150℃未満の温度範囲で加熱処理し、さらに、150℃以上かつ200℃以下の温度範囲で加熱処理する工程である。
これらの加熱処理におけるそれぞれの時間は、LiMnPO粒子の表面にLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を被覆してなるLiAPO被覆LiMnPO粒子を1回の水熱処理により大量に効率よく得ることができればよい。
これらの条件を勘案すると、例えば、100℃以上かつ150℃未満の温度範囲で1時間以上かつ12時間以下加熱処理し、次いで、150℃以上かつ200℃以下の温度範囲で1時間以上かつ6時間以下加熱処理することが好ましい。
(Heat treatment process)
In this process, the slurry obtained in the above step is heat-treated in a sealed state in a temperature range of 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C., and further heat-treated in a temperature range of 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. .
Each of time in these heat treatment, LiAPO 4 on the surface of LiMnPO 4 particles (where, A is Fe, at least one of Ni) 1 times water LiAPO 4 coated LiMnPO 4 particles formed by coating a coating composed of What is necessary is just to be able to obtain efficiently in large quantities by heat processing.
Considering these conditions, for example, heat treatment is performed for 1 hour or more and 12 hours or less in a temperature range of 100 ° C. or more and less than 150 ° C., and then for 1 hour or more and 6 hours in a temperature range of 150 ° C. or more and 200 ° C. or less. It is preferable to heat-process below.

なお、初めの100℃以上かつ150℃未満の温度範囲での加熱処理においては、100℃未満ではLiMnPOの反応が進まず、また、150℃以上ではLiMnPO粒子の表面にLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を被覆してなるLiAPO被覆LiMnPO粒子が生成されず、しかも粒子内にMnおよびA(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)がまんべんなく存在する粒子が生成されてしまうので好ましくない。
次の150℃以上かつ200℃以下の温度範囲での加熱処理おいては、150℃未満ではLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)の反応が進まず、一方、200℃以上では結晶成長が進行し粗大な粒子となるので好ましくない。
In the heat treatment in the initial temperature range of 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C., the reaction of LiMnPO 4 does not proceed at a temperature lower than 100 ° C., and LiAPO 4 (provided on the surface of LiMnPO 4 particles at 150 ° C. or higher. LiAPO 4 coated LiMnPO 4 particles formed by coating a film made of A is at least one of Fe and Ni), and Mn and A (where A is at least one of Fe and Ni) are contained in the particles. This is not preferable because evenly existing particles are generated.
In the heat treatment in the next temperature range of 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, the reaction of LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni) does not proceed at temperatures lower than 150 ° C., whereas it is 200 ° C. or higher. In this case, crystal growth proceeds and coarse particles are formed, which is not preferable.

この加熱処理工程では、100℃以上かつ150℃未満の温度範囲、さらに、150℃以上かつ200℃以下の温度範囲、という2段階の温度範囲で加熱処理することにより、LiMnPO粒子の表面にLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を被覆してなるLiAPO被覆LiMnPO粒子を、1回の水熱処理により大量に効率よく得ることができる。 In this heat treatment step, the surface of LiMnPO 4 particles is subjected to heat treatment in a two-step temperature range of 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C., and further 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. 4 (wherein A is at least one of Fe and Ni), LiAPO 4 -coated LiMnPO 4 particles coated with a coating film can be efficiently obtained in a large amount by one hydrothermal treatment.

この2段階の温度範囲での加熱処理後、放冷または水冷等により室温(25℃)になるまで冷却し、沈殿しているケーキ状の反応生成物を得る。
次いで、この沈殿物(=沈殿しているケーキ状の反応生成物)を、蒸留水または純水を用いて複数回十分に水洗し、次いで、温風乾燥機、バッチ式乾燥機等を用いて乾燥する。
これにより、LiMnPO粒子の表面にLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を被覆してなるLiAPO被覆LiMnPO粒子を、容易かつ簡便に作製することができる。
After the heat treatment in this two-step temperature range, the mixture is cooled to room temperature (25 ° C.) by standing or cooling, and a precipitated cake-like reaction product is obtained.
Next, this precipitate (= the precipitated cake-like reaction product) is sufficiently washed with distilled water or pure water several times, and then using a hot air dryer, a batch dryer or the like. dry.
Thus, LiAPO 4 (where, A is Fe, at least one of Ni) on the surface of LiMnPO 4 particles LiAPO 4 coated LiMnPO 4 particles formed by coating a coating film made of, it can be easily and conveniently manufactured.

(第2のスラリー調製工程)
上記の加熱処理工程にて得られたLiAPO被覆LiMnPO粒子と、炭素源となる有機化合物及び溶媒とを混合して第2のスラリーとする工程である。
この炭素源となる有機化合物としては、非酸化性雰囲気下にて熱処理することにより炭素を生成する有機化合物であればよく、特に制限はされないが、例えば、ヘキサノール、オクタノール等の高級一価アルコール、アリルアルコール、プロピノール(プロパルギルアルコール)、テルピネオール等の不飽和一価アルコール、ポリビニルアルコール(PVA)等が挙げられる。
(Second slurry preparation step)
In this step, the LiAPO 4 -coated LiMnPO 4 particles obtained in the heat treatment step are mixed with an organic compound and a solvent to be a carbon source to form a second slurry.
The organic compound that serves as the carbon source is not particularly limited as long as it is an organic compound that generates carbon by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere. For example, higher monohydric alcohols such as hexanol and octanol, Examples thereof include unsaturated monohydric alcohols such as allyl alcohol, propynol (propargyl alcohol) and terpineol, and polyvinyl alcohol (PVA).

この有機化合物を溶解させる溶媒としては、特に制限されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングルコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングルコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等を挙げることができる。これらは、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   Although it does not restrict | limit especially as a solvent which melt | dissolves this organic compound, For example, water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol: IPA), butanol, pentanol, hexanol, octanol, diacetone alcohol, etc. Alcohols, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, esters such as γ-butyrolactone, diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol Monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, diethyl Ethers such as ethylene glycol monoethyl ether, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), acetylacetone, cyclohexanone, amides such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetoacetamide, N-methylpyrrolidone And glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and propylene glycol. These may be used alone or in combination of two or more.

このスラリー中の炭素源となる有機化合物の濃度は、特に限定されるものではないが、LiAPO被覆LiMnPO粒子の表面に、炭素質を含む被覆層を均一に形成するためには、1質量%以上かつ25質量%以下が好ましい。 The concentration of the organic compound serving as the carbon source in the slurry is not particularly limited, but in order to uniformly form a coating layer containing carbonaceous matter on the surface of the LiAPO 4 -coated LiMnPO 4 particles, 1 mass % To 25% by mass is preferable.

(第2の加熱処理工程)
上記の第2のスラリー調製工程にて得られた第2のスラリーを乾燥して粉体を得、この粉体を、非酸化性雰囲気下にて500℃以上かつ1000℃以下の温度範囲で加熱処理する工程である。
非酸化性雰囲気としては、窒素ガス雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気、あるいは、窒素ガス中に水素ガスを数質量%程度含む還元性雰囲気が好ましい。
(Second heat treatment step)
The second slurry obtained in the second slurry preparation step is dried to obtain a powder, and this powder is heated in a temperature range of 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere. It is a process to process.
The non-oxidizing atmosphere is preferably an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere or an argon atmosphere, or a reducing atmosphere containing about several mass% of hydrogen gas in the nitrogen gas.

この熱処理の時間は、熱処理時の温度にもよるが、炭素源となる有機化合物から炭素が生成する時間の範囲であればよく、例えば、非酸化性雰囲気下にて500℃以上かつ1000℃以下の温度範囲で加熱処理する場合、1時間以上かつ24時間以下が好ましい。
以上により、LiMnPO粒子の表面にLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜が被覆され、さらにその表面が炭素質被膜により被覆された炭素質及びLiAPO被覆LiMnPO粒子を、容易かつ簡便に作製することができる。
The time for this heat treatment depends on the temperature at the time of heat treatment, but it may be in the range of time for carbon to be generated from the organic compound as the carbon source, for example, 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere When the heat treatment is performed in the above temperature range, it is preferably 1 hour or more and 24 hours or less.
As described above, the surface of the LiMnPO 4 particles is coated with a coating made of LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni), and the surface is further coated with a carbonaceous coating and the LiAPO 4 coated LiMnPO 4 Particles can be prepared easily and simply.

[リチウムイオン電池用正極活物質]
本実施形態のリチウムイオン電池用正極活物質は、本実施形態のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法により得られた正極活物質であり、LiMnPO粒子の表面にLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜が被覆され、さらにその表面が炭素質被膜により被覆された炭素質及びLiAPO被覆LiMnPO粒子(以下、単に表面被覆LiMnPO粒子とも称する)である。
[Positive electrode active material for lithium ion batteries]
The positive electrode active material for a lithium ion battery of this embodiment is a positive electrode active material obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery of this embodiment, and LiAPO 4 (provided that A is the surface of LiMnPO 4 particles). These are carbonaceous and LiAPO 4 -coated LiMnPO 4 particles (hereinafter, also simply referred to as surface-coated LiMnPO 4 particles) coated with a coating composed of at least one of Fe and Ni, and further coated with a carbonaceous coating.

この表面被覆LiMnPO粒子の大きさは、特に限定されないが、平均1次粒子径は20nm以上かつ400nm以下であることが好ましく、より好ましくは30nm以上かつ150nm以下である。
ここで、平均1次粒子径が20nm未満では、充放電による体積変化によりLiMnPO粒子自体が破壊される虞があるので好ましくなく、一方、平均1次粒子径が400nmを超えると、粒子内部への電子の供給量が不足し、利用効率が低下するので好ましくない。
上記の平均1次粒子径とは、個数平均粒子径のことである。この粒子の平均1次粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。
The size of the surface-coated LiMnPO 4 particles is not particularly limited, but the average primary particle diameter is preferably 20 nm or more and 400 nm or less, more preferably 30 nm or more and 150 nm or less.
Here, if the average primary particle size is less than 20 nm, the LiMnPO 4 particles themselves may be destroyed by volume change due to charge / discharge, which is not preferable. On the other hand, if the average primary particle size exceeds 400 nm, the particles enter the particle interior. This is not preferable because the supply amount of electrons is insufficient and the utilization efficiency is lowered.
The average primary particle size is the number average particle size. The average primary particle diameter of the particles can be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus or the like.

この表面被覆LiMnPO粒子の形状は、特に限定されないが、球状、特に真球状の2次粒子からなる電極材料を生成し易いことから、その形状も球状、特に真球状であることが好適である。
ここで、表面被覆LiMnPO粒子の形状として、球状、特に真球状が好ましい理由としては、この表面被覆LiMnPO粒子からなる電極材料と、バインダー樹脂(結着剤)と、溶媒とを混合して電極形成用塗料または電極形成用ペーストを調製する際の溶媒量を低減させることができるとともに、この電極形成用塗料または電極形成用ペーストの集電体への塗工も容易となるからである。
The shape of the surface-covered LiMnPO 4 particles is not particularly limited, but it is preferable that the shape of the surface-coated LiMnPO 4 particles is spherical, in particular, true spherical, because it is easy to produce an electrode material composed of spherical, particularly spherical secondary particles. .
Here, as the shape of the surface-coated LiMnPO 4 particles, a spherical shape, particularly a true spherical shape, is preferable because an electrode material composed of the surface-coated LiMnPO 4 particles, a binder resin (binder), and a solvent are mixed. This is because the amount of solvent in preparing the electrode forming paint or electrode forming paste can be reduced, and the electrode forming paint or electrode forming paste can be easily applied to the current collector.

また、表面被覆LiMnPO粒子の形状が球状であれば、この表面被覆LiMnPO粒子を用いて作製された電極材料の表面積が最小となり、この電極材料に添加するバインダー樹脂(結着剤)の添加量を最小限に抑制することができ、得られる正電極の内部抵抗を小さくすることができるので好ましい。
さらに、最密充填し易いことから、単位体積当たりの正極材料の充填量が多くなり、電極密度を高くすることができ、その結果、高容量のリチウムイオン電池を提供することができるので好ましい。
Further, if the surface-coated LiMnPO 4 particles have a spherical shape, the surface area of the electrode material produced using the surface-coated LiMnPO 4 particles is minimized, and the addition of a binder resin (binder) added to the electrode material This is preferable because the amount can be minimized and the internal resistance of the positive electrode obtained can be reduced.
Furthermore, since it is easy to close-pack, the filling amount of the positive electrode material per unit volume is increased, the electrode density can be increased, and as a result, a high capacity lithium ion battery can be provided, which is preferable.

この表面被覆LiMnPO粒子におけるLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜の厚みは、1nm以上かつ5nm以下であることが好ましい。
このLiAPO被膜の厚みの範囲が1nm以上かつ5nm以下が好ましい理由は、この範囲が、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性と、長期のサイクル安定性及び安全性とを両立することができる範囲だからである。ここで、厚みが1nm未満では、オリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜の被覆が不十分となるので好ましくなく、一方、厚みが5nmを超えると、電解液からオリビン型LiMnPO粒子へのリチウムイオンの移動が阻害されるので好ましくない。
The thickness of the film made of LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni) in the surface-coated LiMnPO 4 particles is preferably 1 nm or more and 5 nm or less.
The reason why the thickness range of this LiAPO 4 coating is preferably 1 nm or more and 5 nm or less is that this range is compatible with higher voltage, higher energy density, higher load characteristics, and long-term cycle stability and safety. This is because it is possible. Here, when the thickness is less than 1 nm, the coating of the olivine type LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni) becomes insufficient, which is not preferable. On the other hand, when the thickness exceeds 5 nm, This is not preferable because the movement of lithium ions from the liquid to the olivine-type LiMnPO 4 particles is inhibited.

この表面被覆LiMnPO粒子における炭素質被膜の厚みは、2nm以上かつ10nm以下であることが好ましい。
この炭素質被膜の厚みが2nm未満であると、炭素質被膜が薄すぎてしまい、この表面被覆LiMnPO粒子の電子電導性を向上させることが難しくなり、一方、炭素質被膜の厚みが10nmを超えると、電池活性、例えば、電極材料の単位質量あたりの電池容量が低下する虞がある。
The thickness of the carbonaceous film in the surface-coated LiMnPO 4 particles is preferably 2 nm or more and 10 nm or less.
If the thickness of the carbonaceous film is less than 2 nm, the carbonaceous film is too thin, and it becomes difficult to improve the electronic conductivity of the surface-coated LiMnPO 4 particles, while the thickness of the carbonaceous film is 10 nm. If it exceeds, battery activity, for example, battery capacity per unit mass of the electrode material may decrease.

[電極]
本実施形態の電極は、本実施形態のリチウムイオン電池用正極活物質を含有してなる電極である。
本実施形態の電極を作製するには、上記のリチウムイオン電池用正極活物質(=表面被覆LiMnPO粒子)と、バインダー樹脂からなる結着剤と、溶媒とを混合して、電極形成用塗料または電極形成用ペーストを調整する。この際、必要に応じて導電助剤を添加してもよい。
[electrode]
The electrode of the present embodiment is an electrode containing the positive electrode active material for a lithium ion battery of the present embodiment.
In order to produce the electrode of this embodiment, the positive electrode active material for lithium ion battery (= surface-coated LiMnPO 4 particles), a binder composed of a binder resin, and a solvent are mixed, and a coating material for electrode formation is obtained. Alternatively, the electrode forming paste is adjusted. At this time, a conductive aid may be added as necessary.

このような導電助剤としては、サーマルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、繊維状炭素であるカーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維等が挙げられる。特に導電性に優れる炭素としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましい。アセチレンブラック、ケッチェンブラックは容易に入手可能であるから、好適である。   Examples of such conductive assistants include thermal black, furnace black, lamp black, acetylene black, ketjen black, carbon nanotubes that are fibrous carbon, and vapor-grown carbon fibers. Particularly, carbon having excellent conductivity is preferably acetylene black or ketjen black. Acetylene black and ketjen black are preferred because they are readily available.

上記の結着剤、すなわちバインダー樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)樹脂、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
上記のリチウムイオン電池用正極活物質とバインダー樹脂との配合比は、特に限定されないが、例えば、リチウムイオン電池用正極活物質100質量部に対してバインダー樹脂を1質量部以上かつ30質量部以下、好ましくは3質量部以上かつ20質量部以下とする。
As the binder, that is, the binder resin, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, polyvinylidene fluoride (PVdF) resin, fluororubber, and the like are preferably used.
The blending ratio of the positive electrode active material for lithium ion battery and the binder resin is not particularly limited. For example, the binder resin is added in an amount of 1 part by mass to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material for lithium ion battery. The amount is preferably 3 parts by mass or more and 20 parts by mass or less.

この電極形成用塗料または電極形成用ペーストに用いる溶媒としては、バインダー樹脂の性質に合わせて適宜選択すればよく、例えば、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングルコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングルコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等を挙げることができる。これらは、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   The solvent used for the electrode-forming paint or electrode-forming paste may be appropriately selected according to the properties of the binder resin. For example, water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol: IPA) , Butanol, pentanol, hexanol, octanol, diacetone alcohol and other alcohols, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, esters such as γ-butyrolactone, diethyl ether , Ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl celloso) B), ethers such as diethylene glycol monomethyl ether and diethylene glycol monoethyl ether, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), acetylacetone and cyclohexanone, dimethylformamide, N, N-dimethylacetoacetamide, N -Amides such as methylpyrrolidone, and glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and propylene glycol. These may be used alone or in combination of two or more.

次いで、この電極形成用塗料または電極形成用ペーストを、金属箔の一方の面に塗布し、その後、乾燥し、上記のリチウムイオン電池用正極活物質とバインダー樹脂との混合物からなる塗膜が一方の面に形成された金属箔を得る。
次いで、この塗膜を加圧圧着し、乾燥して、金属箔の一方の面に電極材料層を有する電極を作製する。
このようにして、本実施形態の電極を作製することができる。
Next, this electrode-forming paint or electrode-forming paste is applied to one surface of the metal foil, and then dried, and a coating film made of a mixture of the above-described positive electrode active material for a lithium ion battery and a binder resin is applied. A metal foil formed on the surface is obtained.
Next, this coating film is pressure-bonded and dried to produce an electrode having an electrode material layer on one surface of the metal foil.
In this way, the electrode of this embodiment can be produced.

[リチウムイオン電池]
本実施形態のリチウムイオン電池は、本実施形態の電極からなる正極と、金属Li、Li合金、LiTi12、炭素材料等からなる負極と、電解液とセパレータあるいは固体電解質を備えている。
このリチウムイオン電池は、本実施形態のリチウムイオン電池用正極活物質を用いて電極を作製することにより、Liの脱離・挿入が良好となり、よって、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性と、長期のサイクル安定性及び安全性とを両立させることができる。
[Lithium ion battery]
The lithium ion battery of this embodiment includes a positive electrode made of the electrode of this embodiment, a negative electrode made of metal Li, Li alloy, Li 4 Ti 5 O 12 , a carbon material, etc., and an electrolyte solution and a separator or a solid electrolyte. Yes.
In this lithium ion battery, by producing an electrode using the positive electrode active material for the lithium ion battery according to the present embodiment, the desorption / insertion of Li is improved, and therefore, higher voltage, higher energy density, and higher load characteristics. And long-term cycle stability and safety can be achieved.

以上説明したように、本実施形態のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法によれば、LiMnPO粒子の原料となるLi源及びMn源、及びLiAPOの原料となるA源及びP源を混合しスラリーとするスラリー調製工程と、このスラリーを、密閉状態にて、100℃以上かつ150℃未満の温度範囲で加熱処理し、さらに、150℃以上かつ200℃以下の温度範囲で加熱処理する加熱処理工程と、この加熱処理工程にて得られたLiAPO被覆LiMnPO粒子と、炭素源となる有機化合物及び溶媒とを混合して第2のスラリーとする第2のスラリー調製工程と、この第2のスラリーを乾燥した後、非酸化性雰囲気下にて500℃以上かつ1000℃以下の温度範囲で加熱処理する第2の加熱処理工程と、を有するので、LiMnPO粒子の表面に、LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜が形成され、さらにその表面が炭素質被膜により被覆された表面被覆LiMnPO粒子を、1回の水熱処理により大量に効率良く得ることができる。したがって、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性で、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたリチウムイオン電池用正極活物質を、簡単な工程で、効率よく生産することができる。 As described above, according to the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery of the present embodiment, the Li source and Mn source as raw materials for LiMnPO 4 particles, and the A source and P source as raw materials for LiAPO 4 are used. A slurry preparation step of mixing and forming a slurry, and the slurry are heat-treated in a sealed state in a temperature range of 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C., and further heat-treated in a temperature range of 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. A heat treatment step, a second slurry preparation step in which the LiAPO 4 -coated LiMnPO 4 particles obtained in the heat treatment step, an organic compound serving as a carbon source and a solvent are mixed to form a second slurry, and this After the second slurry is dried, there is a second heat treatment step in which heat treatment is performed in a temperature range of 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere. , The surface of LiMnPO 4 particles, LiAPO 4 (where, A is Fe, at least one of Ni) film made is formed, a further surface-coated LiMnPO 4 particles whose surface is coated with the carbonaceous coating, once It can be efficiently obtained in large quantities by hydrothermal treatment. Therefore, a positive electrode active material for a lithium ion battery having higher voltage, higher energy density, and higher load characteristics and excellent long-term cycle stability and safety can be efficiently produced in a simple process.

本実施形態のリチウムイオン電池用正極活物質によれば、LiMnPO粒子の表面にLiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を被覆し、さらにその表面を炭素質被膜により被覆して表面被覆LiMnPO粒子としたので、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性と、長期のサイクル安定性及び安全性とを両立させることができる。
このリチウムイオン電池用正極活物質をリチウムイオン電池に適用することにより、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性で、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたリチウムイオン電池を提供することができる。
According to the positive electrode active material for a lithium ion battery of this embodiment, the surface of LiMnPO 4 particles is coated with a film made of LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni), and the surface is further coated with a carbonaceous film. Since the surface-coated LiMnPO 4 particles are coated by the above, it is possible to achieve both higher voltage, higher energy density, higher load characteristics, and long-term cycle stability and safety.
By applying this positive electrode active material for a lithium ion battery to a lithium ion battery, it is possible to provide a lithium ion battery with higher voltage, higher energy density, higher load characteristics, and excellent long-term cycle stability and safety. it can.

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

「実施例1」
水熱合成法により、LiMnPO粒子の表面にLiFePOからなる被膜を被覆したLiFePO被覆LiMnPO粒子を作製した。
ここでは、Li源及びP源としてLiPOを、Mn源としてMnSO水溶液を、Fe源としてFeSO水溶液を用い、これらをモル比でLi:P:Mn:Fe=3:1:0.9:0.1となるように混合し、全体の容量が200mlの原料スラリーを作製した。
"Example 1"
LiFePO 4 -coated LiMnPO 4 particles were produced by coating the surface of LiMnPO 4 particles with a coating made of LiFePO 4 by a hydrothermal synthesis method.
Here, Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, an MnSO 4 aqueous solution is used as the Mn source, an FeSO 4 aqueous solution is used as the Fe source, and these are molar ratios of Li: P: Mn: Fe = 3: 1: 0. 9: 0.1 to prepare a raw material slurry having a total volume of 200 ml.

次いで、この原料スラリーを耐圧密閉容器に収容し、110℃にて1時間加熱反応を行った後、170℃にて1時間加熱反応を行った。
この反応後、室温(25℃)になるまで水冷して、沈殿物であるケーキ状の反応生成物を得た。
次いで、この沈殿物を蒸留水にて十分に水洗し、その後、乾燥機を用いて120℃にて12時間乾燥し、LiFePO被覆LiMnPO粒子を得た。
Next, this raw material slurry was accommodated in a pressure-resistant airtight container, subjected to a heating reaction at 110 ° C. for 1 hour, and then subjected to a heating reaction at 170 ° C. for 1 hour.
After this reaction, the mixture was cooled to room temperature (25 ° C.) to obtain a cake-like reaction product as a precipitate.
Next, the precipitate was sufficiently washed with distilled water, and then dried at 120 ° C. for 12 hours using a dryer to obtain LiFePO 4 -coated LiMnPO 4 particles.

次いで、このLiFePO被覆LiMnPO粒子95質量部と、有機化合物としてポリビニルアルコール(PVA)を10質量%含むポリビニルアルコール水溶液5質量部とを、混合し、PVA含有スラリーとした。
次いで、このPVA含有スラリーを、噴霧乾燥機を用いて乾燥し、得られた乾燥物を、窒素ガス雰囲気下、600℃にて1時間加熱処理し、実施例1のリチウムイオン電池用正極活物質である表面被覆LiMnPO粒子を得た。
Next, 95 parts by mass of this LiFePO 4 -coated LiMnPO 4 particles and 5 parts by mass of an aqueous polyvinyl alcohol solution containing 10% by mass of polyvinyl alcohol (PVA) as an organic compound were mixed to obtain a PVA-containing slurry.
Next, this PVA-containing slurry was dried using a spray dryer, and the obtained dried product was heat-treated at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere, and the positive electrode active material for lithium ion battery of Example 1 A surface-coated LiMnPO 4 particle was obtained.

「実施例2」
水熱合成法により、LiMnPO粒子の表面にLiNiPOからなる被膜を被覆したLiNiPO被覆LiMnPO粒子を作製した。
ここでは、Li源及びP源としてLiPOを、Mn源としてMnSO水溶液を、Ni源としてNiSO水溶液を用い、これらをモル比でLi:P:Mn:Ni=3:1:0.9:0.1となるように混合し、全体の容量が200mlの原料スラリーを作製した。
"Example 2"
LiNiPO 4 -coated LiMnPO 4 particles were produced by coating the surface of LiMnPO 4 particles with a coating made of LiNiPO 4 by a hydrothermal synthesis method.
Here, Li 3 PO 4 is used as the Li source and the P source, an MnSO 4 aqueous solution is used as the Mn source, an NiSO 4 aqueous solution is used as the Ni source, and these are molar ratios of Li: P: Mn: Ni = 3: 1: 0. 9: 0.1 to prepare a raw material slurry having a total volume of 200 ml.

次いで、この原料スラリーを耐圧密閉容器に収容し、110℃にて1時間加熱反応を行った後、190℃にて1時間加熱反応を行った。
この反応後、室温(25℃)になるまで水冷して、沈殿物であるケーキ状の反応生成物を得た。
次いで、この沈殿物を蒸留水にて十分に水洗し、その後、乾燥機を用いて120℃にて12時間乾燥し、LiNiPO被覆LiMnPO粒子を得た。
Next, this raw material slurry was housed in a pressure-resistant airtight container, subjected to a heating reaction at 110 ° C. for 1 hour, and then subjected to a heating reaction at 190 ° C. for 1 hour.
After this reaction, the mixture was cooled to room temperature (25 ° C.) to obtain a cake-like reaction product as a precipitate.
Next, the precipitate was sufficiently washed with distilled water, and then dried at 120 ° C. for 12 hours using a dryer to obtain LiNiPO 4 -coated LiMnPO 4 particles.

次いで、このLiNiPO被覆LiMnPO粒子95質量部と、有機化合物としてポリビニルアルコール(PVA)を10質量%含むポリビニルアルコール水溶液5質量部とを、混合し、PVA含有スラリーとした。
次いで、このPVA含有スラリーを、噴霧乾燥機を用いて乾燥し、得られた乾燥物を、窒素ガス雰囲気下、600℃にて1時間加熱処理し、実施例2のリチウムイオン電池用正極活物質である表面被覆LiMnPO粒子を得た。
Next, 95 parts by mass of the LiNiPO 4 -coated LiMnPO 4 particles and 5 parts by mass of an aqueous polyvinyl alcohol solution containing 10% by mass of polyvinyl alcohol (PVA) as an organic compound were mixed to obtain a PVA-containing slurry.
Next, this PVA-containing slurry was dried using a spray drier, and the obtained dried product was heat-treated at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere to obtain a positive electrode active material for a lithium ion battery of Example 2. A surface-coated LiMnPO 4 particle was obtained.

「比較例1」
水熱合成法により、リチウムイオン電池用正極活物質を作製した。
ここでは、Li源及びP源としてLiPOを、Mn源としてMnSO水溶液を、Fe源としてFeSO水溶液を用い、これらをモル比でLi:P:Mn:Fe=3:1:0.9:0.1となるように混合し、全体の容量が200mlの原料スラリーを作製した。
"Comparative Example 1"
A positive electrode active material for a lithium ion battery was prepared by a hydrothermal synthesis method.
Here, Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, an MnSO 4 aqueous solution is used as the Mn source, an FeSO 4 aqueous solution is used as the Fe source, and these are molar ratios of Li: P: Mn: Fe = 3: 1: 0. 9: 0.1 to prepare a raw material slurry having a total volume of 200 ml.

次いで、この原料スラリーを耐圧密閉容器に収容し、130℃にて1時間加熱反応を行った。
この反応後、室温(25℃)になるまで水冷して、沈殿物であるケーキ状の反応生成物を得た。
次いで、この沈殿物を蒸留水にて十分に水洗し、その後、乾燥機を用いて120℃にて12時間乾燥し、粉体を得た。
Subsequently, this raw material slurry was accommodated in a pressure-resistant airtight container and subjected to a heating reaction at 130 ° C. for 1 hour.
After this reaction, the mixture was cooled to room temperature (25 ° C.) to obtain a cake-like reaction product as a precipitate.
Next, the precipitate was sufficiently washed with distilled water, and then dried at 120 ° C. for 12 hours using a dryer to obtain a powder.

次いで、この粉体95質量部と、有機化合物としてポリビニルアルコール(PVA)を10質量%含むポリビニルアルコール水溶液5質量部とを、混合し、PVA含有スラリーとした。
次いで、このPVA含有スラリーを、噴霧乾燥機を用いて乾燥し、得られた乾燥物を、窒素ガス雰囲気下、600℃にて1時間加熱処理し、比較例1のリチウムイオン電池用正極活物質を得た。
Next, 95 parts by mass of the powder and 5 parts by mass of an aqueous polyvinyl alcohol solution containing 10% by mass of polyvinyl alcohol (PVA) as an organic compound were mixed to obtain a PVA-containing slurry.
Next, this PVA-containing slurry was dried using a spray dryer, and the obtained dried product was heat-treated at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere, and the positive electrode active material for lithium ion battery of Comparative Example 1 Got.

「比較例2」
水熱合成法により、リチウムイオン電池用正極活物質を作製した。
ここでは、Li源及びP源としてLiPOを、Mn源としてMnSO水溶液を、Fe源としてFeSO水溶液を用い、これらをモル比でLi:P:Mn:Fe=3:1:0.9:0.1となるように混合し、全体の容量が200mlの原料スラリーを作製した。
"Comparative Example 2"
A positive electrode active material for a lithium ion battery was prepared by a hydrothermal synthesis method.
Here, Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, an MnSO 4 aqueous solution is used as the Mn source, an FeSO 4 aqueous solution is used as the Fe source, and these are molar ratios of Li: P: Mn: Fe = 3: 1: 0. 9: 0.1 to prepare a raw material slurry having a total volume of 200 ml.

次いで、この原料スラリーを耐圧密閉容器に収容し、170℃にて1時間加熱反応を行った。
この反応後、室温(25℃)になるまで水冷して、沈殿物であるケーキ状の反応生成物を得た。
次いで、この沈殿物を蒸留水にて十分に水洗し、その後、乾燥機を用いて120℃にて12時間乾燥し、粉体を得た。
Subsequently, this raw material slurry was accommodated in a pressure-resistant airtight container and subjected to a heating reaction at 170 ° C. for 1 hour.
After this reaction, the mixture was cooled to room temperature (25 ° C.) to obtain a cake-like reaction product as a precipitate.
Next, the precipitate was sufficiently washed with distilled water, and then dried at 120 ° C. for 12 hours using a dryer to obtain a powder.

次いで、この粉体95質量部と、有機化合物としてポリビニルアルコール(PVA)を10質量%含むポリビニルアルコール水溶液5質量部とを、混合し、PVA含有スラリーとした。
次いで、このPVA含有スラリーを、噴霧乾燥機を用いて乾燥し、得られた乾燥物を、窒素ガス雰囲気下、600℃にて1時間加熱処理し、比較例2のリチウムイオン電池用正極活物質を得た。
Next, 95 parts by mass of the powder and 5 parts by mass of an aqueous polyvinyl alcohol solution containing 10% by mass of polyvinyl alcohol (PVA) as an organic compound were mixed to obtain a PVA-containing slurry.
Next, this PVA-containing slurry was dried using a spray dryer, and the resulting dried product was heat-treated at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere, and the positive electrode active material for lithium ion battery of Comparative Example 2 Got.

「比較例3」
水熱合成法により、リチウムイオン電池用正極活物質を作製した。
ここでは、Li源及びP源としてLiPOを、Mn源としてMnSO水溶液を、Fe源としてFeSO水溶液を用い、これらをモル比でLi:P:Mn:Fe=3:1:0.9:0.1となるように混合し、全体の容量が200mlの原料スラリーを作製した。
“Comparative Example 3”
A positive electrode active material for a lithium ion battery was prepared by a hydrothermal synthesis method.
Here, Li 3 PO 4 is used as the Li source and P source, an MnSO 4 aqueous solution is used as the Mn source, an FeSO 4 aqueous solution is used as the Fe source, and these are molar ratios of Li: P: Mn: Fe = 3: 1: 0. 9: 0.1 to prepare a raw material slurry having a total volume of 200 ml.

次いで、この原料スラリーを耐圧密閉容器に収容し、110℃にて1時間加熱反応を行った後、250℃にて1時間加熱反応を行った。
この反応後、室温(25℃)になるまで水冷して、沈殿物であるケーキ状の反応生成物を得た。
次いで、この沈殿物を蒸留水にて十分に水洗し、その後、乾燥機を用いて120℃にて12時間乾燥し、粉体を得た。
Next, this raw material slurry was accommodated in a pressure-resistant airtight container, subjected to a heating reaction at 110 ° C. for 1 hour, and then subjected to a heating reaction at 250 ° C. for 1 hour.
After this reaction, the mixture was cooled to room temperature (25 ° C.) to obtain a cake-like reaction product as a precipitate.
Next, the precipitate was sufficiently washed with distilled water, and then dried at 120 ° C. for 12 hours using a dryer to obtain a powder.

次いで、この粉体95質量部と、有機化合物としてポリビニルアルコール(PVA)を10質量%含むポリビニルアルコール水溶液5質量部とを、混合し、PVA含有スラリーとした。
次いで、このPVA含有スラリーを、噴霧乾燥機を用いて乾燥し、得られた乾燥物を、窒素ガス雰囲気下、600℃にて1時間加熱処理し、比較例3のリチウムイオン電池用正極活物質を得た。
Next, 95 parts by mass of the powder and 5 parts by mass of an aqueous polyvinyl alcohol solution containing 10% by mass of polyvinyl alcohol (PVA) as an organic compound were mixed to obtain a PVA-containing slurry.
Next, this PVA-containing slurry was dried using a spray dryer, and the obtained dried product was heat-treated at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere, and the positive electrode active material for lithium ion battery of Comparative Example 3 Got.

「リチウムイオン電池用正極活物質の評価」
実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池用正極活物質の評価を行った。
評価項目及び評価結果は下記のとおりである。
"Evaluation of positive electrode active materials for lithium-ion batteries"
The positive electrode active materials for lithium ion batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated.
Evaluation items and evaluation results are as follows.

(1)深さ方向の元素分布
オージェ電子分光法を用いて、リチウムイオン電池用正極活物質の深さ方向の元素分布を測定した。
実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池用正極活物質の深さ方向の元素分布の測定結果を表1及び図1に示す。
(1) Element distribution in the depth direction The element distribution in the depth direction of the positive electrode active material for lithium ion batteries was measured using Auger electron spectroscopy.
The measurement results of the element distribution in the depth direction of the positive electrode active materials for lithium ion batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1 and FIG.

その結果、実施例1、2のリチウムイオン電池用正極活物質では、粒子表面にFe、Ni、内部にMnが明らかに偏在して存在していることが確認できた。
一方、比較例1のリチウムイオン電池用正極活物質ではFeの存在が確認できず、比較例2、3のリチウムイオン電池用正極活物質ではFeとMnが偏在していることが確認できなかった。
As a result, in the positive electrode active materials for lithium ion batteries of Examples 1 and 2, it was confirmed that Fe and Ni were present on the particle surface, and Mn was clearly unevenly distributed inside.
On the other hand, the presence of Fe could not be confirmed in the positive electrode active material for lithium ion batteries of Comparative Example 1, and it was not possible to confirm that Fe and Mn were unevenly distributed in the positive electrode active materials for lithium ion batteries of Comparative Examples 2 and 3. .

(2)比表面積
比表面積計 BELSORP−miniを用いて、実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池用正極活物質の比表面積を測定した。これらの測定結果を表1に示す。
その結果、実施例1、2及び比較例1、2それぞれのリチウムイオン電池用正極活物質では大きな比表面積を有するものの、比較例3のリチウムイオン電池用正極活物質では比表面積が大きく減少していた。この理由は、加熱反応の温度が250℃と高く、したがって、結晶成長が進行したことによるものと考えられる。
(2) Specific surface area Specific surface area meter Using BELSORP-mini, the specific surface areas of the positive electrode active materials for lithium ion batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were measured. These measurement results are shown in Table 1.
As a result, each of the positive electrode active materials for lithium ion batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 had a large specific surface area, but the specific surface area of the positive electrode active material for lithium ion batteries of Comparative Example 3 was greatly reduced. It was. The reason for this is considered to be that the temperature of the heating reaction is as high as 250 ° C., and therefore crystal growth has progressed.

「リチウムイオン電池の作製及び評価」
実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池用正極活物質と、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)と、結着材(バインダー)としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、質量比が、活物質材料:AB:PVdF=80:10:10となるように混合し、さらに溶媒としてN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)を加えて流動性を付与し、実施例1、2及び比較例1〜3それぞれの正極材料ペーストとした。
“Production and evaluation of lithium-ion batteries”
Examples 1, 2 and Comparative Examples 1 to 3, positive electrode active materials for lithium ion batteries, acetylene black (AB) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder (mass) The mixture is mixed so that the ratio of the active material is: AB: PVdF = 80: 10: 10, and N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) is added as a solvent to give fluidity. And it was set as each positive electrode material paste of Comparative Examples 1-3.

次いで、これらのペーストを、厚み30μmのアルミニウム(Al)箔上に塗布し、乾燥した。その後、所定の圧力にて加圧してリチウムイオン電池の電極板を作製し、これらの電極板を直径16mmの円盤状に打ち抜き、実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池の試験電極を作製した。   Next, these pastes were applied onto an aluminum (Al) foil having a thickness of 30 μm and dried. Thereafter, pressurization was performed at a predetermined pressure to prepare lithium ion battery electrode plates, and these electrode plates were punched into a disk shape having a diameter of 16 mm. A test electrode was prepared.

これらのリチウムイオン電池の試験電極に対し、対極としてリチウム(Li)金属を用い、セパレーターとしては、多孔質ポリプロピレン膜を用いた。また、非水電解質溶液としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比で1:1となるように混合した混合液に濃度1モル/Lとなるように六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解したLiPF溶液を用いた。
次いで、上記の試験電極、対極、非水電解質溶液及び2032型のコインセルを用いて、実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池を作製した。
For the test electrodes of these lithium ion batteries, lithium (Li) metal was used as the counter electrode, and a porous polypropylene film was used as the separator. In addition, as the non-aqueous electrolyte solution, hexafluoride so as to have a concentration of 1 mol / L in a mixed solution in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) are mixed at a volume ratio of 1: 1. A LiPF 6 solution in which lithium phosphate (LiPF 6 ) was dissolved was used.
Next, lithium ion batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared using the test electrode, the counter electrode, the nonaqueous electrolyte solution, and the 2032 type coin cell.

これらのリチウムイオン電池について電池特性の試験を行った。
電池特性試験は、環境温度25℃にて、試験電極の電圧がLiの平衡電圧に対して4.3Vになるまで電流0.1CAで定電流充電を行い、次いで、4.3Vにおいて電流値が0.01CAになるまで定電圧充電を行った。その後、1分間休止し、試験電極の電圧がLiの平衡電圧に対して2.0Vになるまで0.1CAおよび1CAの定電流放電を行った。表1に実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池の放電容量を、図2に実施例1、2及び比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池の充放電曲線を、それぞれ示す。
The battery characteristics of these lithium ion batteries were tested.
In the battery characteristic test, constant current charging was performed at a current of 0.1 CA at an environmental temperature of 25 ° C. until the voltage of the test electrode reached 4.3 V with respect to the Li equilibrium voltage, and then the current value at 4.3 V was The constant voltage charge was performed until it became 0.01CA. Then, it was rested for 1 minute, and constant current discharge of 0.1 CA and 1 CA was performed until the voltage of the test electrode became 2.0 V with respect to the Li equilibrium voltage. Table 1 shows the discharge capacities of the lithium ion batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, and FIG. 2 shows the charge and discharge curves of the lithium ion batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, respectively. Show.

これらの結果によれば、実施例1、2それぞれのリチウムイオン電池の放電容量及び充放電曲線は、比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池の放電容量及び充放電曲線と比べて、電池特性が優れていた。
この要因は、比較例1〜3それぞれのリチウムイオン電池に、電池特性を低下させる要因があったからであると考えられる。
すなわち、比較例1のリチウムイオン電池では、LiMnPOの表面にLiFePOが存在しておらず、その結果、電池特性が低下していた。
比較例2のリチウムイオン電池では、LiMnPOとLiFePOとが固溶しており、よって、表面におけるLiFePOの存在割合が減少し、その結果、特性改善作用が効果的に働かず、電池特性が低下していた。
比較例3のリチウムイオン電池では、粒子の比表面積が大きく低下しており、よって、結晶とLiとの反応場が減少することとなり、その結果、電池特性が低下していた。
According to these results, the discharge capacity and charge / discharge curve of the lithium ion batteries of Examples 1 and 2 were compared with the discharge capacity and charge / discharge curve of the lithium ion batteries of Comparative Examples 1 to 3, respectively. It was excellent.
This factor is considered to be because the lithium ion batteries of Comparative Examples 1 to 3 had a factor that deteriorated the battery characteristics.
That is, in the lithium ion battery of Comparative Example 1, LiFePO 4 was not present on the surface of LiMnPO 4 , and as a result, the battery characteristics were degraded.
In the lithium ion battery of Comparative Example 2, LiMnPO 4 and LiFePO 4 are in solid solution, and thus the proportion of LiFePO 4 present on the surface is reduced. As a result, the characteristic improvement action does not work effectively, and the battery characteristics Had fallen.
In the lithium ion battery of Comparative Example 3, the specific surface area of the particles was greatly reduced, and thus the reaction field between the crystal and Li was reduced, and as a result, the battery characteristics were lowered.

Figure 2015049995
Figure 2015049995

なお、本実施例では、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)を用いているが、カーボンブラック、グラファイト、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料を用いてもよい。また、対極にリチウム(Li)金属を用いた電池で評価しているが、当然ながら天然黒鉛、人造黒鉛、コークスのような炭素材料、LiTi12、あるいはリチウム(Li)合金等の負極材料を用いてもよい。
また、非水電解質溶液として、濃度1モル/LのLiPFを含む炭酸エチレンと炭酸ジエチルを体積%で1:1に混合したものを用いているが、LiPFの代わりにLiBFあるいはLiClOを用いてもよく、炭酸エチレンの代わりにプロピレンカーボネートあるいはジエチルカーボネートを用いてもよい。
また、電解液とセパレーターの代わりに固体電解質を用いてもよい。
In this embodiment, acetylene black (AB) is used as a conductive additive, but carbon materials such as carbon black, graphite, ketjen black, natural graphite, and artificial graphite may be used. Moreover, although evaluation is made with a battery using lithium (Li) metal as a counter electrode, naturally, carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, coke, Li 4 Ti 5 O 12 , or lithium (Li) alloy, etc. A negative electrode material may be used.
Further, as the non-aqueous electrolyte solution, a solution in which ethylene carbonate containing 1 mol / L of LiPF 6 and diethyl carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 1 is used, but LiBF 4 or LiClO 4 is used instead of LiPF 6. May be used, and propylene carbonate or diethyl carbonate may be used instead of ethylene carbonate.
Moreover, you may use a solid electrolyte instead of electrolyte solution and a separator.

本発明のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法は、オリビン型LiMnPO粒子の原料となるLi源及びMn源、及びオリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)の原料となるA源及びP源を混合してスラリーとするスラリー調製工程と、このスラリーを、密閉状態にて、100℃以上かつ150℃未満の温度範囲で加熱処理し、さらに、150℃以上かつ200℃以下の温度範囲で加熱処理する加熱処理工程と、を有することにより、オリビン型LiMnPO粒子の表面に、オリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を形成した粒子を、1回の水熱処理により大量に効率良く得ることができるものであるから、より小型化、軽量化、高容量化が期待される次世代の二次電池に対しても適用することが可能であり、次世代の二次電池の場合、その効果は非常に大きなものである。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery according to the present invention includes a Li source and a Mn source as raw materials for olivine-type LiMnPO 4 particles, and a raw material for olivine-type LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni). A slurry preparation step of mixing A source and P source to become a slurry, and heat-treating the slurry in a sealed state in a temperature range of 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C., and further 150 ° C. or higher and 200 And a heat treatment step in which heat treatment is performed in a temperature range of less than or equal to ° C., thereby forming a film made of olivine-type LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni) on the surface of the olivine-type LiMnPO 4 particles. Particles can be efficiently obtained in large quantities by one hydrothermal treatment, so the next generation is expected to be smaller, lighter, and higher in capacity. It is possible to apply also to the secondary battery, when the next generation of the secondary battery, the effect is very large.

Claims (4)

オリビン型LiMnPO粒子の表面にオリビン型LiAPO(但し、AはFe、Niの少なくとも1種)からなる被膜を形成してなるリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法であって、
前記LiMnPO粒子の原料となるLi源及びMn源、及び前記LiAPOの原料となるA源及びP源を混合してスラリーとするスラリー調製工程と、
前記スラリーを、密閉状態にて、100℃以上かつ150℃未満の温度範囲で加熱処理し、さらに、150℃以上かつ200℃以下の温度範囲で加熱処理する加熱処理工程と、
を有することを特徴とするリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery, in which a film made of olivine-type LiAPO 4 (where A is at least one of Fe and Ni) is formed on the surface of olivine-type LiMnPO 4 particles,
A slurry preparation step in which a Li source and a Mn source as raw materials for the LiMnPO 4 particles and an A source and a P source as raw materials for the LiAPO 4 are mixed to form a slurry;
A heat treatment step of heat-treating the slurry in a sealed state in a temperature range of 100 ° C. or more and less than 150 ° C., and further in a temperature range of 150 ° C. or more and 200 ° C. or less;
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium ion batteries characterized by having.
前記スラリー調製工程は、前記Mn源に対する前記A源のモル比A/Mnを0.04以上かつ0.20以下となるように調製する工程を有することを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法。   The lithium ion according to claim 1, wherein the slurry preparing step includes a step of preparing a molar ratio A / Mn of the A source to the Mn source to be 0.04 or more and 0.20 or less. A method for producing a positive electrode active material for a battery. 前記加熱処理工程の後に、該加熱処理工程にて得られたLiAPO被覆LiMnPO粒子と、炭素源となる有機化合物及び溶媒とを混合して第2のスラリーとする第2のスラリー調製工程と、
前記第2のスラリーを乾燥した後、非酸化性雰囲気下にて500℃以上かつ1000℃以下の温度範囲で加熱処理する第2の加熱処理工程と、
を有することを特徴とする請求項1または2記載のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法。
After the heat treatment step, a second slurry preparation step in which the LiAPO 4 -coated LiMnPO 4 particles obtained in the heat treatment step, an organic compound serving as a carbon source, and a solvent are mixed to form a second slurry. ,
A second heat treatment step of drying the second slurry and then heat-treating in a temperature range of 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere;
The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery according to claim 1, wherein:
請求項1ないし3のいずれか1項記載のリチウムイオン電池用正極活物質の製造方法により得られたことを特徴とするリチウムイオン電池用正極活物質。   A positive electrode active material for a lithium ion battery obtained by the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3.
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Cited By (3)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018142420A (en) * 2017-02-27 2018-09-13 住友大阪セメント株式会社 Electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
JP2018147555A (en) * 2017-03-01 2018-09-20 太平洋セメント株式会社 Positive electrode active material composite for lithium ion secondary battery, and method for manufacturing the same
JP2021509764A (en) * 2018-01-17 2021-04-01 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーJohnson Matthey Public Limited Company Lithium nickelate material coated with manganese phosphate

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