JP2015145320A - Lithium-containing metal oxide for positive electrode of lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium-containing metal oxide for positive electrode of lithium ion secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium-containing metal oxide suitable as a positive electrode active material of a lithium ion battery which has a high capacity and readily allows a large current to flow when discharging.SOLUTION: There is provided a lithium-containing metal oxide which has a crystal in which a lithium-containing metal oxide A having a spinel structure represented by the following composition formula (1): LiMnMO...(1){in the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li and satisfies the relations: 0≤k<1, 0<x≤0.5 and 0≤α<1} and a lithium-containing metal oxide B having a laminar structure in which Li is arrayed in layer represented by the following composition formula...(2): LiMnM'O(2){in the formula, M' is one or more metal elements other than Mn and Li and satisfies the relations: 0<y<1 and 0≤β<1} are solid-dissolved.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として好適なリチウム含有金属酸化物、その製法、及びそれを用いた正極、並びに該正極を用いた二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium-containing metal oxide suitable as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, a production method thereof, a positive electrode using the same, and a secondary battery using the positive electrode.

近年の環境技術への関心の高まりに伴い、太陽光発電や風力発電で生み出された電気エネルギーの蓄電用途や、電気自動車のバッテリー用途などにおける蓄電デバイスに対する期待はますます高くなっている。特に、蓄電デバイスの代表であるリチウムイオン二次電池には、蓄電能力向上のために、更なる高容量化が求められている。リチウムイオン二次電池の容量は、電池内の正極におけるリチウム含有金属酸化物のリチウムの含有量に支配されるため、リチウムの含有量が多いリチウム含有金属酸化物を開発することが、リチウムイオン電池の高容量化にとって必要である。   As interest in environmental technology has increased in recent years, there is an increasing expectation for storage devices for electrical energy generated by solar power generation and wind power generation and for battery applications in electric vehicles. In particular, lithium ion secondary batteries, which are representative of power storage devices, are required to have higher capacities in order to improve power storage capacity. Since the capacity of the lithium ion secondary battery is governed by the lithium content of the lithium-containing metal oxide at the positive electrode in the battery, it is possible to develop a lithium-containing metal oxide with a high lithium content. It is necessary for higher capacity.

リチウム含有金属酸化物として、組成式LiMeO{式中、Meは遷移金属元素である。}で表される層状リチウム酸化物結晶を用いる現在のリチウムイオン二次電池の実容量は約160mAh/gであり、これ以上容量を増やすことは現実的に困難な状況になっている。かかる問題に対して、リチウム含有金属酸化物中のリチウムの含有量を増やすことで高容量化を達成したリチウム含有金属酸化物が報告されている。
例えば、以下の特許文献1には、前述の組成式LiMeOで記載される層状リチウム酸化物結晶と同じ層状のリチウム酸化物結晶であるが、リチウムの含有量がより高い組成式LiMnOで表される層状リチウム酸化物結晶とが固溶した結晶である組成式ωLiMeO・(1−ω)LiMnO{式中、0<ω<1である。}で表されるリチウム含有金属酸化物が記載されている。
As a lithium-containing metal oxide, a composition formula LiMeO 2 {wherein Me is a transition metal element. } The actual capacity of a current lithium ion secondary battery using a layered lithium oxide crystal represented by the formula is about 160 mAh / g, and it is actually difficult to increase the capacity beyond this. In response to this problem, lithium-containing metal oxides have been reported that achieve a high capacity by increasing the lithium content in the lithium-containing metal oxide.
For example, the following Patent Document 1 discloses a lithium oxide crystal having the same layer structure as the layered lithium oxide crystal described by the above-described composition formula LiMeO 2 , but the composition formula Li 2 MnO 3 having a higher lithium content. The composition formula ωLiMeO 2. (1-ω) Li 2 MnO 3 {where 0 <ω <1. } The lithium containing metal oxide represented by this is described.

また、以下の特許文献2には、組成式LiMn2−εMe’ε{式中、Me’は、Mn以外の金属元素であり、そして0≦ε≦0.5である。}で表されるスピネル構造を有する結晶と、前述の組成式LiMnOで記載される層状リチウム酸化物結晶とが固溶した結晶である組成式ωLiMnO・(1−ω)LiMn2−εMe’ε{式中、0<ω<1であり、Me’はMn以外の金属元素であり、そして0≦ε≦0.5である。}で表されるリチウム含有金属酸化物が記載されている。 In Patent Document 2 below, the composition formula LiMn 2−ε Me ′ ε O 4 {wherein Me ′ is a metal element other than Mn, and 0 ≦ ε ≦ 0.5. } The composition formula ωLi 2 MnO 3. (1-ω) LiMn is a crystal in which a crystal having a spinel structure represented by the following formula and a layered lithium oxide crystal described by the composition formula Li 2 MnO 3 are dissolved. 2-ε Me ′ ε O 4 {where 0 <ω <1, Me ′ is a metal element other than Mn, and 0 ≦ ε ≦ 0.5. } The lithium containing metal oxide represented by this is described.

さらに、以下の特許文献3には、前述のLiMeOと、LiMnOと、LiMn2−εMe’εとからなる3種類の結晶を固溶させた結晶を含むリチウム含有金属酸化物が記載されている。
リチウム含有金属酸化物を構成する結晶内に、リチウムの含有量が多い組成式LiMnOで表される結晶を一部固溶させたこれらのリチウム含有金属酸化物は、組成式LiMeOで表される現在のリチウム含有金属酸化物よりもリチウムの含有量が多く、これを正極に用いたリチウムイオン二次電池の実容量として約200mAh/g以上の高容量が報告されている。
Furthermore, the following Patent Document 3 includes a lithium-containing metal oxide including a crystal in which three kinds of crystals composed of the above-described LiMeO 2 , Li 2 MnO 3 , and LiMn 2−ε Me ′ ε O 4 are solid-solved. Things are listed.
These lithium-containing metal oxides in which a crystal represented by the composition formula Li 2 MnO 3 having a large amount of lithium is partially dissolved in the crystal constituting the lithium-containing metal oxide are represented by the composition formula LiMeO 2 . The lithium content is higher than the current lithium-containing metal oxides represented, and a high capacity of about 200 mAh / g or more has been reported as the actual capacity of a lithium ion secondary battery using this as a positive electrode.

米国特許第6,677,082号明細書US Pat. No. 6,677,082 米国特許第7,635,536号明細書US Pat. No. 7,635,536 米国特許第7,790,308号明細書US Pat. No. 7,790,308

しかしながら、組成式LiMnOで表される結晶を固溶させた結晶からなるリチウム含有金属酸化物を用いたリチウムイオン電池は、一般に、電気抵抗が大きく、放電時に大電流を流すのが難しいという問題があり、現状では実用化には至っていない。その理由の1つとして、組成式LiMnOで表される結晶の電気抵抗が大きいことが挙げられる。
組成式LiMnOで表される結晶の電気抵抗が大きい理由は完全には解明されていないが、該結晶を構成する4価のマンガンのみでは、そのフェルミ準位近傍におけるバンドギャップが大きく絶縁体的になるためであると推定されている。従って、特定の理論に束縛されるものではないが、組成式LiMnOで表される結晶のマンガンの一部を異なる金属元素に置換し、該置換に伴う金属元素と酸素との結合様式の変化により、LiMnOに該当する構造部の電子状態が変化して、フェルミ準位近傍におけるバンドギャップが小さくなり、結晶が導体的に変化して電気抵抗が減少することで大電流を流しやすくなることが期待される。
かかる事情に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、リチウムイオン二次電池の正極活物質としての、リチウムの含有量が高く、かつ、放電時に大電流を流しやすいリチウム含有金属酸化物を提供することである。
However, a lithium ion battery using a lithium-containing metal oxide composed of a crystal in which a crystal represented by the composition formula Li 2 MnO 3 is dissolved is generally large in electric resistance and difficult to pass a large current during discharge. At present, it has not been put into practical use. One reason is that the electrical resistance of the crystal represented by the composition formula Li 2 MnO 3 is large.
The reason why the electric resistance of the crystal represented by the composition formula Li 2 MnO 3 is large has not been completely clarified, but the tetravalent manganese constituting the crystal alone has a large band gap in the vicinity of the Fermi level. It is presumed to be physical. Therefore, although not bound by a specific theory, a part of the crystal manganese represented by the composition formula Li 2 MnO 3 is substituted with a different metal element, and the bonding mode of the metal element and oxygen associated with the substitution Changes the electronic state of the structure corresponding to Li 2 MnO 3 , the band gap in the vicinity of the Fermi level becomes smaller, the crystal changes like a conductor, and the electrical resistance decreases, resulting in a large current. It is expected to be easy to flow.
In view of such circumstances, the problem to be solved by the present invention is to provide a lithium-containing metal oxide as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery that has a high lithium content and that easily allows a large current to flow during discharge. Is to provide.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討し実験を重ねた結果、マンガン並びにマンガン及びリチウム以外の少なくとも1種類の金属元素を含有したスピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aと、組成式LiMnOで表される結晶構造中のマンガンの一部をマンガン及びリチウム以外の少なくとも1種類の金属元素で置換した層状構造を有するリチウム含有金属酸化物Bとの2種類の結晶が固溶したリチウム含有金属酸化物を用いたリチウムイオン二次電池が、放電時に大電流を流しやすくなることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of intensive investigations and repeated experiments to solve the above problems, the present inventor has found that lithium and a metal oxide A having a spinel structure containing at least one metal element other than manganese and manganese and lithium, and a composition formula Two types of crystals of lithium-containing metal oxide B having a layered structure in which a part of manganese in the crystal structure represented by Li 2 MnO 3 is substituted with at least one metal element other than manganese and lithium are in solid solution. The present inventors have found that a lithium ion secondary battery using a lithium-containing metal oxide can easily flow a large current during discharging, and has completed the present invention.

すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
[1]下記組成式(1):
Li1+kMn2−x4―α・・・(1)
{式中、Mは、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0≦k<1、0<x≦0.5、及び0≦α<1の関係を満足する。}で表されるスピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(2):
LiMn1−yM’3−β・・・(2)
{式中、M’は、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0<y<1、及び0≦β<1の関係を満足する。}で表される、Liが層状に配列した層状構造を有するリチウム含有金属酸化物Bとが固溶した結晶を有することを特徴とするリチウム含有金属酸化物。
That is, the present invention is as follows.
[1] The following composition formula (1):
Li 1 + k Mn 2-x M x O 4-α (1)
{In the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 ≦ k <1, 0 <x ≦ 0.5, and 0 ≦ α <1. } A lithium-containing metal oxide A having a spinel structure represented by the following formula (2):
Li 2 Mn 1-y M ′ y O 3-β (2)
{Wherein M ′ is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 <y <1 and 0 ≦ β <1. The lithium-containing metal oxide is characterized by having a crystal in which a lithium-containing metal oxide B having a layered structure in which Li is arranged in layers is solid-solved.

[2]前記Mは、少なくともNiである、前記[1]に記載のリチウム含有金属酸化物。   [2] The lithium-containing metal oxide according to [1], wherein M is at least Ni.

[3]前記M’は、少なくともNiである、前記[1]又は[2]に記載のリチウム含有金属酸化物。   [3] The lithium-containing metal oxide according to [1] or [2], wherein M ′ is at least Ni.

[4]前記リチウム含有金属酸化物Aと前記リチウム含有金属酸化物Bとが、下記式(3):
0.30≦M/(M+M)≦0.80・・・(3)
{式中、Mは、リチウム含有金属酸化物を構成する結晶中での前記式(1)で表されるリチウム含有金属酸化物Aのモル分率であり、そしてMは、リチウム含有金属酸化物を構成する結晶中での前記式(2)で表されるリチウム含有金属酸化物Bのモル分率である。}の関係を満足する、前記[1]〜[3]のいずれかに記載のリチウム含有金属酸化物。
[4] The lithium-containing metal oxide A and the lithium-containing metal oxide B are represented by the following formula (3):
0.30 ≦ M B / (M A + M B) ≦ 0.80 ··· (3)
{In the formula, M A is the molar fraction of the lithium-containing metal oxide A represented by the formula (1) in the crystal constituting the lithium-containing metal oxide, and M B is the lithium-containing metal oxide] It is the mole fraction of the lithium-containing metal oxide B represented by the above formula (2) in the crystal constituting the oxide. }, The lithium-containing metal oxide according to any one of [1] to [3].

[5]前記[1]〜[4]のいずれかに記載のリチウム含有金属酸化物を正極に含有するリチウムイオン二次電池。   [5] A lithium ion secondary battery containing the lithium-containing metal oxide according to any one of [1] to [4] in a positive electrode.

[6]以下の工程:
(1)Liの炭酸塩及び/又は水酸化物塩と、Mn並びにMn及びLi以外の1種類以上の金属の酸化物、炭酸塩、水酸化物塩、硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩、及び酢酸塩の内の少なくとも1つとを焼成して、下記組成式(1):
Li1+kMn2−x4―α・・・(1)
{式中、Mは、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0≦k<1、0<x≦0.5、0≦α<1の関係を満足する。}で表されるスピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aを得る工程;及び
(2)次いで、得られたリチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(4):
Li・・・(4)
{式中、1≦z≦2、0≦a≦1、1≦b≦3、及び0≦c≦2の関係を満足する。}で表されるリチウム化合物Cとを混合して、前記工程1における最高焼成温度より低い温度で焼成して、前記リチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(2):
LiMn1−yM’3−β・・・(2)
{式中、M’は、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0<y<1、及び0≦β<1の関係を満足する。}で表される、Liが層状に配列した層状構造を有するリチウム含有金属酸化物Bとが固溶した結晶を得る工程;
を含む、
前記[1]〜[4]のいずれかに記載のリチウム含有金属酸化物の製造方法。
[6] The following steps:
(1) Li carbonates and / or hydroxide salts and oxides, carbonates, hydroxide salts, sulfates, nitrates, hydrochlorides, and acetic acids of one or more metals other than Mn and Mn and Li By firing at least one of the salts, the following composition formula (1):
Li 1 + k Mn 2-x M x O 4-α (1)
{In the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relations 0 ≦ k <1, 0 <x ≦ 0.5, and 0 ≦ α <1. Step for obtaining a lithium-containing metal oxide A having a spinel structure represented by: and (2) Next, the obtained lithium-containing metal oxide A and the following composition formula (4):
Li z C a O b H c (4)
{In the formula, 1 ≦ z ≦ 2, 0 ≦ a ≦ 1, 1 ≦ b ≦ 3, and 0 ≦ c ≦ 2 are satisfied. } Is mixed and fired at a temperature lower than the maximum firing temperature in the step 1, and the lithium-containing metal oxide A and the following composition formula (2):
Li 2 Mn 1-y M ′ y O 3-β (2)
{Wherein M ′ is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 <y <1 and 0 ≦ β <1. }, A step of obtaining a crystal in which Li-containing metal oxide B having a layered structure in which Li is arranged in a layer form is dissolved;
including,
The method for producing a lithium-containing metal oxide according to any one of [1] to [4].

[7]前記工程(2)の後に、該工程(2)における最高焼成温度より高い温度で焼成する工程をさらに含む、前記[6]に記載の方法。   [7] The method according to [6], further including a step of baking after the step (2) at a temperature higher than a maximum baking temperature in the step (2).

本発明に係るリチウム含有金属酸化物は、高容量であり、かつ、放電時に大電流を流しやすいリチウムイオン二次電池の正極活物質として好適に利用可能である。   The lithium-containing metal oxide according to the present invention can be suitably used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery that has a high capacity and easily allows a large current to flow during discharge.

LiMnとLiFeMnOとからなるスピネル結晶の模式図である。It is a schematic diagram of a spinel crystal consisting of LiMn 2 O 4 and LiFeMnO 4 Metropolitan. スピネル結晶中のMnとFeの移動を抑制しながらLiを追添した状態の模式図である。It is a schematic diagram of the state which added Li, suppressing the movement of Mn and Fe in a spinel crystal. Liが追添されたLi過剰箇所が、層状構造であるLiMO構造に変化した状態の模式図である。Li is incrementally added to the Li excess portion is a schematic diagram of a state changed to Li 2 MO 3 structure a layered structure.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を限定することを意図するものではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention. The present invention can be implemented with appropriate modifications within the scope of the gist thereof.

[リチウム金属酸化物]
本実施形態に係るリチウム含有金属酸化物は、下記組成式(1):
Li1+kMn2−x4―α・・・(1)
{式中、Mは、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0≦k<1、0<x≦0.5、及び0≦α<1の関係を満足する。}で表されるスピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(2):
LiMn1−yM’3−β・・・(2)
{式中、M’は、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0<y<1、及び0≦β<1の関係を満足する。}で表される、Liが層状に配列した層状構造を有するリチウム含有金属酸化物Bとが固溶した結晶を有することを特徴とする。
リチウム含有金属酸化物。
[Lithium metal oxide]
The lithium-containing metal oxide according to this embodiment has the following composition formula (1):
Li 1 + k Mn 2-x M x O 4-α (1)
{In the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 ≦ k <1, 0 <x ≦ 0.5, and 0 ≦ α <1. } A lithium-containing metal oxide A having a spinel structure represented by the following formula (2):
Li 2 Mn 1-y M ′ y O 3-β (2)
{Wherein M ′ is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 <y <1 and 0 ≦ β <1. }, And a lithium-containing metal oxide B having a layered structure in which Li is arranged in layers.
Lithium-containing metal oxide.

[リチウム含有金属酸化物A]
リチウム含有金属酸化物Aは、下記組成式(1):
Li1+kMn2−x4―α・・・(1)
{式中、Mは、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0≦k<1、0<x≦0.5、及び0≦α<1の関係を満足する。}で表されるスピネル構造を有する結晶であれば特に限定されない。アモルファス構造であると、酸化物内をリチウムが移動しにくいため、リチウムイオン二次電池とした場合に大電流を流しにくい。
[Lithium-containing metal oxide A]
The lithium-containing metal oxide A has the following composition formula (1):
Li 1 + k Mn 2-x M x O 4-α (1)
{In the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 ≦ k <1, 0 <x ≦ 0.5, and 0 ≦ α <1. } It will not specifically limit if it is a crystal | crystallization which has a spinel structure represented by. In the case of an amorphous structure, lithium does not easily move in the oxide, so that a large current is difficult to flow in the case of a lithium ion secondary battery.

スピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aは、一般には、一次粒子と、該一次粒子が凝集した二次粒子とからなる紛体である。一次粒子は、それ自身が単結晶であってもよく、複数の単結晶が異なる面方位で結合したものであってもよい。二次粒子は、他の粒子との結合箇所が無く、1つの粒子として単離できる形態のものである。
一次粒子の平均粒子径である平均一次粒径は、特に限定されるものではないが、平均一次粒径が大きくなりすぎると最終的に得られるリチウム含有金属酸化物の結晶の平均一次粒径も大きくなる結果、放電時に大電流を流しにくくなるため、好適な平均一次粒径は、好ましくは2μm以下、より好ましくは1μm以下、さらに好ましくは0.5μm以下である。但し、平均一次粒径が小さくなりすぎると電池としての耐久性(長期保存特性、充放電の繰り返しによる劣化特性)が悪化するため、スピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aの好適な平均一次粒径は、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上である。
The lithium-containing metal oxide A having a spinel structure is generally a powder composed of primary particles and secondary particles in which the primary particles are aggregated. The primary particles may be single crystals themselves, or may be a combination of a plurality of single crystals with different plane orientations. The secondary particles have a form where they can be isolated as one particle without any bonding point with other particles.
The average primary particle size, which is the average particle size of the primary particles, is not particularly limited, but if the average primary particle size becomes too large, the average primary particle size of the lithium-containing metal oxide crystal finally obtained is also As a result of the increase, it becomes difficult for a large current to flow at the time of discharge. Therefore, the preferred average primary particle size is preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less, and even more preferably 0.5 μm or less. However, if the average primary particle size becomes too small, the durability as a battery (long-term storage characteristics, deterioration characteristics due to repeated charge and discharge) deteriorates. Therefore, suitable average primary particles of the lithium-containing metal oxide A having a spinel structure. The diameter is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more.

リチウムイオン二次電池のリチウム含有金属酸化物としてリチウム含有金属酸化物Aが機能する際、スピネル構造は充放電に対して安定であり、かつ、構造中に含有しているリチウムイオンの大部分を充放電に用いることができる。スピネル構造としては、空間群Fd3−mに帰属されるディスオーダー構造でもよいし、空間群P432に帰属されるオーダー構造でもよく、その両方の構造が混じっていてもよい。尚、「Fd3−m」は本来「Fd3m」の「3」の上にバー「−」を施して表記すべきものである。 When the lithium-containing metal oxide A functions as a lithium-containing metal oxide of a lithium ion secondary battery, the spinel structure is stable to charge and discharge, and most of the lithium ions contained in the structure are contained. It can be used for charging and discharging. The spinel structure may be a disordered structure belonging to the space group Fd3-m, an order structure belonging to the space group P4 3 32, or a mixture of both structures. Note that “Fd3-m” should be written by adding a bar “-” on “3” of “Fd3m”.

Li1+kMn2−x4―α・・・(1)
{式中、Mは、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0≦k<1、0<x≦0.5、及び0≦α<1の関係を満足する。}で表されるスピネル構造においては、kの値は一般的なスピネルでは0であるが、リチウムを過剰に含むスピネル構造の場合、0<k<1の値をとってもよい。その際、スピネル構造の一部又は全体が岩塩構造などの他の立方晶、あるいは斜方晶や正方晶等の他の結晶構造に近い構造に変形してもよい。
組成式(1)で表されるスピネル構造が、マンガン及びリチウム以外の1種類以上の金属元素Mを有する場合、該Mの割合を示すxの値は、通常0.5が最大値である。0.5を超えて、マンガン及びリチウム以外の1種類以上の金属元素を導入しようとすると、スピネル構造ではない構造が生成してしまう可能性がある。
組成式(1)で表されるスピネル構造が含有する酸素の割合を示すαの値は0に近い値をとる。α=0のとき、スピネル構造中の酸素原子が入るサイトには全て酸素原子が入っており、酸素欠損が無い状態となる。しかしながら、実際のスピネル構造では酸素欠損が多かれ少なかれ発生することが多く、α>0となる場合が多い。但し、α<1でないとスピネル構造を形成することは困難である。
Li 1 + k Mn 2-x M x O 4-α (1)
{In the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 ≦ k <1, 0 <x ≦ 0.5, and 0 ≦ α <1. }, The value of k is 0 in a general spinel, but in the case of a spinel structure containing excessive lithium, a value of 0 <k <1 may be taken. At that time, a part or the whole of the spinel structure may be transformed into another cubic structure such as a rock salt structure, or a structure close to another crystal structure such as orthorhombic or tetragonal.
When the spinel structure represented by the composition formula (1) has one or more metal elements M other than manganese and lithium, 0.5 is usually the maximum value of x indicating the ratio of M. If more than 0.5 and one or more metal elements other than manganese and lithium are to be introduced, a structure that is not a spinel structure may be generated.
The value of α indicating the proportion of oxygen contained in the spinel structure represented by the composition formula (1) is close to zero. When α = 0, all the oxygen atoms in the spinel structure contain oxygen atoms, and there is no oxygen deficiency. However, in an actual spinel structure, oxygen deficiency is more or less often generated, and α> 0 is often obtained. However, it is difficult to form a spinel structure unless α <1.

リチウム含有金属酸化物Aを構成する金属元素Mとして、本実施形態として好ましいものは、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、銅(Cu)、及びジルコニウム(Zr)である。なかでも、3d軌道の有効核電荷が大きい金属元素がリチウムイオン二次電池の起電力を向上させるという点で好ましく、有効核電荷が6以上の鉄、コバルト、ニッケルがより好ましく、最も有効核電荷が大きいニッケルが特に好ましい。
また、高容量を発現しやすい点から、金属元素Mとしては、多くの価数状態を採れる金属元素、特に第6族の遷移金属元素であるモリブデン、タングステンが好ましい。
マンガン及び金属元素Mは、リチウム含有金属酸化物A内で均一に分散していること、すなわち同種の金属元素が凝集していないことが好ましい。なぜなら、同種の金属元素の凝集が存在すると、その凝集部分が目的の結晶構造と異なる構造になってしまう可能性があるからである。
As the metal element M constituting the lithium-containing metal oxide A, nickel (Ni), cobalt (Co), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), vanadium (V ), Iron (Fe), copper (Cu), and zirconium (Zr). Among them, a metal element having a large effective nuclear charge in the 3d orbital is preferable in terms of improving the electromotive force of the lithium ion secondary battery, iron, cobalt and nickel having an effective nuclear charge of 6 or more are more preferable, and the most effective nuclear charge. Is particularly preferred.
Moreover, from the viewpoint of easily developing a high capacity, the metal element M is preferably a metal element that can take many valence states, particularly molybdenum or tungsten, which are Group 6 transition metal elements.
It is preferable that the manganese and the metal element M are uniformly dispersed in the lithium-containing metal oxide A, that is, the same kind of metal element is not aggregated. This is because if the same kind of agglomeration of metal elements exists, the agglomerated part may have a structure different from the target crystal structure.

[リチウム含有金属酸化物B]
リチウム含有金属酸化物Bは、下記組成式(2):
LiMn1−yM’3−β・・・(2)
{式中、M’は、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0<y<1、及び0≦β<1の関係を満足する。}で表される、Liが層状に配列した層状構造を有する結晶であれば特に限定されない。そのような構造としては、空間群R3−mに帰属される結晶構造でもよいし、空間群C2/mに帰属される結晶構造でもよいし、空間群P312に帰属される結晶構造でもよく、これらが混じった構造でもよい。尚、「R3−m」は本来「R3m」の「3」の上にバー「−」を施して表記すべきものである。
[Lithium-containing metal oxide B]
The lithium-containing metal oxide B has the following composition formula (2):
Li 2 Mn 1-y M ′ y O 3-β (2)
{Wherein M ′ is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 <y <1 and 0 ≦ β <1. }, There is no particular limitation as long as the crystal has a layered structure in which Li is arranged in layers. Such a structure may be a crystal structure belonging to the space group R3-m, a crystal structure belonging to the space group C2 / m, or a crystal structure belonging to the space group P3 1 12. A structure in which these are mixed may be used. Note that “R3-m” should be represented by adding a bar “-” on “3” of “R3m”.

リチウム含有金属酸化物Bを構成する、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であるM’として、本実施形態として好ましいものは、ニッケル、コバルト、チタン、モリブデン、タングステン、バナジウム、鉄、銅、ジルコニウムであり、特に、ニッケルが好ましい。
組成式(2)で表される組成を有する層状構造は、リチウムイオンの含有量が多く、かつ、金属元素M’を含むことで、リチウムイオン電池としての容量を高めるとともに、放電時に大電流を流しやすくすることができる。
組成式(2)で表される層状構造におけるM’の割合を示すyの値は、層状構造がマンガンを含有していればそれ以上限定されるものではないので、0<y<1の範囲で任意の値をとりうる。
組成式(2)で表される層状構造が含有する酸素の割合を示すβの値は0もしくは0に近い値をとる。β=0のとき、層状構造中の酸素原子が入るサイトにはすべて酸素原子が入っており、酸素欠損が無い状態となる。しかしながら、実際の層状構造では酸素欠損が多かれ少なかれ発生することが多く、β>0となる場合が多い。また、β>0の場合に層状構造の一部又は全部が変形して、前述の空間群と異なる構造に変形してもよい。但し、β<1でないと層状構造を形成することは困難である。
As M ′ which is one or more kinds of metal elements other than Mn and Li constituting the lithium-containing metal oxide B, nickel, cobalt, titanium, molybdenum, tungsten, vanadium, iron, copper are preferable as this embodiment. Zirconium, and nickel is particularly preferable.
The layered structure having the composition represented by the composition formula (2) has a large lithium ion content and contains the metal element M ′, thereby increasing the capacity as a lithium ion battery and providing a large current during discharge. It can be made easy to flow.
Since the value of y indicating the ratio of M ′ in the layered structure represented by the composition formula (2) is not further limited as long as the layered structure contains manganese, the range of 0 <y <1. Can take any value.
The value of β indicating the proportion of oxygen contained in the layered structure represented by the composition formula (2) is 0 or a value close to 0. When β = 0, all of the sites where oxygen atoms enter in the layered structure contain oxygen atoms, and there is no oxygen deficiency. However, in an actual layered structure, oxygen vacancies are more or less often generated and β> 0 in many cases. Further, when β> 0, a part or all of the layered structure may be deformed to be deformed into a structure different from the above-described space group. However, it is difficult to form a layered structure unless β <1.

[リチウム含有金属酸化物Aとリチウム含有金属酸化物Bとが固溶した結晶]
本発明のリチウム含有金属酸化物は、リチウム含有金属酸化物Aとリチウム含有金属酸化物Bとが固溶した結晶を有する。本明細書中、リチウム含有金属酸化物Aとリチウム含有金属酸化物Bとの固溶とは、それぞれ、以下の組成式(1):
Li1+kMn2−x4―α・・・(1)
{式中、Mは、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0≦k<1、0<x≦0.5、及び0≦α<1の関係を満足する。}と、以下の組成式(2):
LiMn1−yM’3−β・・・(2)
{式中、M’は、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0<y<1、及び0≦β<1の関係を満足する。}とで表される各金属酸化物の単位構造を最小のユニットとして、それら最小のユニット1個以上から構成される各金属酸化物のユニット同士が互いに結晶内で混じって存在している状態と定義する。これらユニット同士の結晶内での混じり方としては、リチウム含有金属酸化物A及びリチウム含有金属酸化物Bの両者とも、それぞれのユニットの大きさができるだけ小さな状態で均一に分散して混じっていることが好ましい。具体的には、それぞれのユニットの大きさは互いに、好ましくは平均50nm以下であり、より好ましくは20nm以下、さらに好ましくは10nm以下、特に好ましくは5nm以下である。それらユニットの大きさが小さく、かつ、互いに均一に分散して結晶内で混じっているほど、放電時に大電流を流しやすくすることができる。
[Crystal in which lithium-containing metal oxide A and lithium-containing metal oxide B are dissolved]
The lithium-containing metal oxide of the present invention has a crystal in which lithium-containing metal oxide A and lithium-containing metal oxide B are dissolved. In this specification, the solid solution of the lithium-containing metal oxide A and the lithium-containing metal oxide B is respectively represented by the following composition formula (1):
Li 1 + k Mn 2-x M x O 4-α (1)
{In the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 ≦ k <1, 0 <x ≦ 0.5, and 0 ≦ α <1. } And the following composition formula (2):
Li 2 Mn 1-y M ′ y O 3-β (2)
{Wherein M ′ is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 <y <1 and 0 ≦ β <1. The unit structure of each metal oxide represented by the following is a minimum unit, and each metal oxide unit composed of one or more of the minimum units is mixed and present in the crystal: Define. As a method of mixing these units in the crystal, both the lithium-containing metal oxide A and the lithium-containing metal oxide B are uniformly dispersed and mixed in a state where the size of each unit is as small as possible. Is preferred. Specifically, the sizes of the respective units are preferably 50 nm or less on average, more preferably 20 nm or less, still more preferably 10 nm or less, and particularly preferably 5 nm or less. The smaller the size of these units and the more uniformly dispersed and mixed in the crystal, the more easily a large current can flow during discharge.

リチウム含有金属酸化物Aとリチウム含有金属酸化物Bの各ユニット同士の結晶内での混じり方は、リチウム含有金属酸化物の結晶を収束イオンビーム(以下、FIBと略す。)等により厚さ約100nm以下の薄片に加工し、透過型電子顕微鏡を用いて結晶内の原子配列を観察することで確認することができる。特に、透過型電子顕微鏡の光学系における球面収差を補正した球面収差補正型走査透過型電子顕微鏡(以下、Cs−STEMと略す。)を用いることで、高分解能で原子の配列を観察でき、ユニットの平均サイズ及び分散状態を画像観察で求めることができる。また、Cs−STEMに付随するエネルギー分散型X線分析装置(以下、EDXと略す。)を用いることで、各ユニットにおけるリチウム及びマンガン以外の金属元素M及びM’の存在及び分布を確認することができる。   The lithium-containing metal oxide A and the lithium-containing metal oxide B are mixed with each other in the crystal by a focused ion beam (hereinafter abbreviated as FIB) or the like. It can be confirmed by processing into a thin piece of 100 nm or less and observing the atomic arrangement in the crystal using a transmission electron microscope. In particular, by using a spherical aberration correction scanning transmission electron microscope (hereinafter abbreviated as Cs-STEM) in which spherical aberration is corrected in an optical system of a transmission electron microscope, the arrangement of atoms can be observed with high resolution. The average size and the dispersion state can be obtained by image observation. In addition, by using an energy dispersive X-ray analyzer (hereinafter abbreviated as EDX) attached to Cs-STEM, the presence and distribution of metal elements M and M ′ other than lithium and manganese in each unit are confirmed. Can do.

本実施形態に係るリチウム含有金属酸化物において、リチウム含有金属酸化物Aとリチウム含有金属酸化物Bの存在割合は、前述したそれぞれの最小ユニット数のモル分率で、下記式(3):
0.30≦M/(M+M)≦0.80・・・(3)
{式中、Mはリチウム含有金属酸化物Aのモル分率、そしてMはリチウム含有金属酸化物Bのモル分率を示す。}の関係を満たすことが好ましい。ここで、式(3)の関係は、モル分率でリチウム含有金属酸化物Bの割合が30%以上80%以下であることが好ましいことを示すものであり、この条件を満足することで、高容量かつ放電時に大電流を流しやすいリチウム含有金属酸化物を得ることができる。
In the lithium-containing metal oxide according to this embodiment, the abundance ratio of the lithium-containing metal oxide A and the lithium-containing metal oxide B is the mole fraction of the minimum number of units described above, and the following formula (3):
0.30 ≦ M B / (M A + M B) ≦ 0.80 ··· (3)
{In the formula, M A represents the mole fraction of the lithium-containing metal oxide A, and M B represents the mole fraction of the lithium-containing metal oxide B. } Is preferably satisfied. Here, the relationship of the formula (3) indicates that the ratio of the lithium-containing metal oxide B is preferably 30% or more and 80% or less in terms of molar fraction, and satisfying this condition, It is possible to obtain a lithium-containing metal oxide that has a high capacity and can easily flow a large current during discharge.

リチウム含有金属酸化物が目的の構造を有しているか否かは、既知のX線結晶解析手法によって判別することができる。また、リチウム含有金属酸化物A中のリチウム及び金属元素の重量割合は、既知の誘導結合プラズマ発光分析法(以下、ICPと略す。)によって求めることができる。また、リチウム含有金属酸化物Aを構成する結晶の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(以下、SEMと略す。)を用いた画像に写る結晶の粒子径を複数測長し平均化することよって、あるいは、不活性気体の物理吸着法量を計測する比表面積測定(以下、BETと略す。)によって求めることができる。BETによって求められた平均粒子径は、粒子を真球の球体と仮定して算出したものとする。   Whether or not the lithium-containing metal oxide has the target structure can be determined by a known X-ray crystal analysis method. The weight ratio of lithium and metal element in the lithium-containing metal oxide A can be determined by a known inductively coupled plasma emission analysis method (hereinafter abbreviated as ICP). Further, the average particle diameter of the crystals constituting the lithium-containing metal oxide A is obtained by measuring and averaging a plurality of crystal particle diameters in an image using a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as SEM). Alternatively, it can be obtained by specific surface area measurement (hereinafter abbreviated as BET) for measuring the physical adsorption method amount of an inert gas. The average particle size obtained by BET is calculated assuming that the particles are true spheres.

〔リチウム金属酸化物の製造方法〕
本実施形態におけるリチウム含有金属酸化物の製造方法は、特に限定されるものではないが、リチウム含有金属酸化物Bの結晶構造中に金属元素M’を導入するために、例えば、以下の工程:
(1)Liの炭酸塩及び/又は水酸化物塩と、Mn並びにMn及びLi以外の1種類以上の金属の酸化物、炭酸塩、水酸化物塩、硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩、及び酢酸塩の内の少なくとも1つとを焼成して、下記組成式(1):
Li1+kMn2−x4―α・・・(1)
{式中、Mは、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0≦k<1、0<x≦0.5、0≦α<1の関係を満足する。}で表されるスピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aを得る工程;及び
(2)次いで、得られたリチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(4):
Li・・・(4)
{式中、1≦z≦2、0≦a≦1、1≦b≦3、及び0≦c≦2の関係を満足する。}で表されるリチウム化合物Cとを混合して、前記工程1における最高焼成温度より低い温度で焼成して、前記リチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(2):
LiMn1−yM’3−β・・・(2)
{式中、M’は、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0<y<1、及び0≦β<1の関係を満足する。}で表される、Liが層状に配列した層状構造を有するリチウム含有金属酸化物Bとが固溶した結晶を得る工程;
を含むリチウム含有金属酸化物の製造方法を用いることができる。
[Method for producing lithium metal oxide]
Although the manufacturing method of the lithium containing metal oxide in this embodiment is not specifically limited, In order to introduce | transduce the metal element M 'in the crystal structure of the lithium containing metal oxide B, for example, the following processes:
(1) Li carbonates and / or hydroxide salts and oxides, carbonates, hydroxide salts, sulfates, nitrates, hydrochlorides, and acetic acids of one or more metals other than Mn and Mn and Li By firing at least one of the salts, the following composition formula (1):
Li 1 + k Mn 2-x M x O 4-α (1)
{In the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relations 0 ≦ k <1, 0 <x ≦ 0.5, and 0 ≦ α <1. Step for obtaining a lithium-containing metal oxide A having a spinel structure represented by: and (2) Next, the obtained lithium-containing metal oxide A and the following composition formula (4):
Li z C a O b H c (4)
{In the formula, 1 ≦ z ≦ 2, 0 ≦ a ≦ 1, 1 ≦ b ≦ 3, and 0 ≦ c ≦ 2 are satisfied. } Is mixed and fired at a temperature lower than the maximum firing temperature in the step 1, and the lithium-containing metal oxide A and the following composition formula (2):
Li 2 Mn 1-y M ′ y O 3-β (2)
{Wherein M ′ is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 <y <1 and 0 ≦ β <1. }, A step of obtaining a crystal in which Li-containing metal oxide B having a layered structure in which Li is arranged in a layer form is dissolved;
A method for producing a lithium-containing metal oxide containing can be used.

一般に、LiMnO結晶中のMnを、Fe、Ni、Co等の他金属元素で置き換えることは、LiMnO結晶がFe、Ni、Co結晶よりもエネルギー的に安定なので、困難である。
また、Mn、Fe、Ni、Co等の金属元素が均一な前駆体を焼成する場合に、焼成温度が比較的低いと、結晶性は低くなり各金属元素分布の均一性が保持されるものの、焼成温度が高くなると、結晶化は高くなり各金属元素のドメイン化が起こりやすくなる。
In general, it is difficult to replace Mn in Li 2 MnO 3 crystals with other metal elements such as Fe, Ni, Co and the like because Li 2 MnO 3 crystals are more energetically more stable than Fe, Ni, Co crystals. .
In addition, when firing a precursor with a uniform metal element such as Mn, Fe, Ni, Co, etc., if the firing temperature is relatively low, the crystallinity is low and the uniformity of each metal element distribution is maintained, As the firing temperature increases, crystallization increases and domaining of each metal element easily occurs.

前記したように、本発明は、組成式LiMnOで表される結晶のマンガンの一部を異なる金属元素に置換し、該置換に伴う金属元素と酸素との結合様式の変化により、LiMnOに該当する構造部の電子状態が変化して、フェルミ準位近傍におけるバンドギャップが小さくなり、結晶が導体的に変化して電気抵抗が減少することで大電流を流しやすくなることを期待してなされたものである。
本発明に係るリチウム含有金属酸化物の製造方法においては、例えば、組成式LiMnOで表される結晶のマンガンの一部を異なる金属元素に置換することができる。これは、例えば、以下の方法により達成することができる。尚、以下の方法に関する説明及びそれに使用する図1〜3は理解を容易にするために抽象化した例示に過ぎない。
Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素MがFeである場合を例示すれば、図1に示すように、Feを含むスピネル結晶を前駆体として準備し、すなわち、前記工程(1)において、スピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aを得、次いで、前記工程(2)において、前記工程(1)における最高焼成温度より低い温度で焼成して、工程(1)で得られたスピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aの結晶における金属元素の配列を維持したまま、該結晶中にLiを追添加し(図2参照)、その際の加熱又はその後の加熱において、加熱温度を抑えることで、図3に示すように、工程(2)においてLiが追添されたLi過剰箇所をLiMO{図3中、Mは、MnとFe}構造に変化させて、すなわち、生成したLiMO構造部にFeが残ることで、FeをLiMO構造部に導入することできる。
As described above, the present invention replaces a part of manganese of a crystal represented by the composition formula Li 2 MnO 3 with a different metal element, and changes the bonding mode between the metal element and oxygen accompanying the substitution, thereby changing Li 2 The electronic state of the structure corresponding to MnO 3 changes, the band gap in the vicinity of the Fermi level becomes smaller, the crystal changes like a conductor, and the electrical resistance decreases, so that a large current can easily flow. It was made in anticipation.
In the method for producing a lithium-containing metal oxide according to the present invention, for example, a part of the crystal manganese represented by the composition formula Li 2 MnO 3 can be substituted with a different metal element. This can be achieved, for example, by the following method. It should be noted that the following description of the method and FIGS. 1 to 3 used in the method are merely examples abstracted for easy understanding.
For example, when one or more kinds of metal elements M other than Mn and Li are Fe, as shown in FIG. 1, a spinel crystal containing Fe is prepared as a precursor, that is, in the step (1), Lithium-containing metal oxide A having a spinel structure is obtained, and then, in the step (2), the spinel structure obtained in the step (1) is fired at a temperature lower than the maximum firing temperature in the step (1). While maintaining the arrangement of the metal elements in the crystal of the lithium-containing metal oxide A, Li is added to the crystal (see FIG. 2), and the heating temperature is suppressed in the heating or the subsequent heating. 3, the Li-excessive portion to which Li was added in the step (2) is changed to a Li 2 MO 3 {in FIG. 3, M is Mn and Fe} structure, that is, the generated Li 2 O 3 structure that Fe remains in, possible to introduce Fe to Li 2 MO 3 structure.

以下、前記したリチウム含有金属酸化物の製造方法工程を順番に説明する。
[工程(1):リチウム含有金属酸化物Aの製造]
まず、マンガンと金属元素Mを有するリチウム含有金属酸化物Aを製造する。リチウム含有金属酸化物A内を構成する金属元素はできる限り均一に分散して分布していることが好ましい。同種の金属元素の凝集は、正極活物質の放電特性を低下させるためである。
リチウム含有金属酸化物Aの製造方法は特に限定されるものではなく、公知の任意のものを用いることができるが、以下の3つの例を挙げることができる。
Hereafter, the manufacturing method process of an above described lithium containing metal oxide is demonstrated in order.
[Step (1): Production of lithium-containing metal oxide A]
First, a lithium-containing metal oxide A having manganese and a metal element M is manufactured. The metal elements constituting the lithium-containing metal oxide A are preferably dispersed and distributed as uniformly as possible. The aggregation of the same kind of metal element is for reducing the discharge characteristics of the positive electrode active material.
The method for producing the lithium-containing metal oxide A is not particularly limited, and any known one can be used, and the following three examples can be given.

[例1]
例1としては、原料として細かく粉砕したリチウムの塩(例えば、硫酸リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム、水酸化リチウム等)と細かく粉砕した2種類以上の金属酸化物とを混合した後、焼成する方法が挙げられる。このとき、紛体を混合した状態のまま焼成してもよいし、圧縮形成してペレット状にして焼成してもよいし、混合したものを水等の液体に分散もしくは溶解させてスプレードライ法等により噴霧乾燥したものを焼成してもよい。
[Example 1]
In Example 1, as a raw material, a finely pulverized lithium salt (for example, lithium sulfate, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium hydroxide, etc.) and two or more finely pulverized metal oxides are mixed and then fired. Is mentioned. At this time, the powder may be baked in a mixed state, may be compressed and formed into pellets, or may be baked by dispersing or dissolving the mixture in a liquid such as water. You may bake what was spray-dried by.

[例2]
例2としては、原料としてリチウム及び2種類以上の金属の塩(例えば、硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩、酢酸塩等)を水やエチレングリコール、プロピレングリコール等の溶媒に溶解させ、溶媒をドライアップした後に焼成する方法が挙げられる。特に、硝酸塩と酢酸塩を用いることが好ましく、硝酸イオンNO と酢酸イオンCHCOOのモル比が1:3となる混合割合で用いることが特に好ましい。この際、金属イオンに配位結合することで、ドライアップ時に同種の金属元素が凝集することを抑制する働きを有する既知の錯形成剤を添加してもよい。そのような錯形成剤としては、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、アセチルアセトン、ポリビニルアルコール等を用いることができる。
[Example 2]
In Example 2, lithium and two or more kinds of metal salts (for example, sulfate, nitrate, hydrochloride, acetate, etc.) are dissolved in water, a solvent such as ethylene glycol, propylene glycol, etc., and the solvent is dried up. The method of baking after performing is mentioned. In particular, it is preferable to use nitrate and acetate, and it is particularly preferable to use the mixture at a molar ratio of nitrate ion NO 3 and acetate ion CH 3 COO of 1: 3. At this time, a known complex-forming agent having a function of suppressing aggregation of the same kind of metal element during dry-up by coordination with metal ions may be added. As such a complexing agent, citric acid, acetic acid, malic acid, acetylacetone, polyvinyl alcohol and the like can be used.

[例3]
例3としては、原料として2種類以上の金属の塩(例えば、硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩、酢酸塩等)の水溶液とアルカリ水溶液(例えば、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等)とを反応させて得られる難溶性の金属塩(例えば、炭酸塩、水酸化物塩、オキシ水酸化物塩、それらの複合塩等)の粒子に、前述のリチウムの塩を添加・混合した後、焼成する方法が挙げられる。
上記反応の際には、水溶液中の溶存酸素によって金属イオンが酸化されるのを防ぐために、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素(CO)等を吹き込んで反応させることが好ましい。炭酸塩を製造する場合には、二酸化炭素を採用すると、炭酸塩がより生成しやすい環境が与えられるため、好ましい。
また、金属イオンに配位結合し、難溶性の金属塩中で同種の金属元素が凝集することを抑制する働きを有する既知の錯形成剤を添加してもよい。そのような錯形成剤としては、アンモニア、硫酸アンモニウム、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、ビピリジン、ジアミノエタノール等を用いることができる。
[Example 3]
In Example 3, an aqueous solution of two or more kinds of metal salts (for example, sulfate, nitrate, hydrochloride, acetate, etc.) and an alkaline aqueous solution (for example, sodium carbonate, sodium bicarbonate, sodium hydroxide, hydroxide) are used as raw materials. The lithium salt described above is added to particles of poorly soluble metal salts (for example, carbonates, hydroxide salts, oxyhydroxide salts, complex salts thereof, etc.) obtained by reacting with potassium, etc. The method of baking after mixing is mentioned.
In the above reaction, in order to prevent metal ions from being oxidized by dissolved oxygen in the aqueous solution, it is preferable to react by blowing nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide (CO 2 ), or the like. In the case of producing a carbonate, it is preferable to employ carbon dioxide because it provides an environment in which carbonate is more easily generated.
Moreover, you may add the known complex forming agent which has the effect | action which coordinates-bonds to a metal ion and suppresses aggregation of the same kind of metal element in a hardly soluble metal salt. As such a complexing agent, ammonia, ammonium sulfate, ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, bipyridine, diaminoethanol or the like can be used.

リチウム含有金属酸化物Aを製造する際の焼成温度は、目的のリチウム含有金属酸化物Aが得られる焼成温度であれば特に限定されないが、金属元素と酸素が均一に反応するために、少なくとも300℃以上が好ましく、400℃以上がより好ましい。但し、焼成に伴う結晶化が進行しすぎて結晶の平均粒子径が大きくなりすぎると、前述したとおり放電時に大電流を流しにくくなるため、1000℃以下とするのが好ましく、950℃以下がより好ましい。
上記の際には、同じ又は異なる温度で複数回焼成を行ってもよく、例えば、400℃〜600℃で焼成した後、700〜900℃で焼成を行う等してもよい。複数回の焼成は、炉の中に原料を入れた状態で連続して行ってもよいし、ある温度で焼成後炉から原料を取り出して混合・解砕・圧縮等の処理を施した後に再度炉に入れて焼成してもよい。
The firing temperature at the time of producing the lithium-containing metal oxide A is not particularly limited as long as the target lithium-containing metal oxide A is obtained, but at least 300 for the metal element and oxygen to react uniformly. ° C or higher is preferable, and 400 ° C or higher is more preferable. However, if the crystallization associated with firing proceeds too much and the average particle size of the crystal becomes too large, it becomes difficult to flow a large current during discharge as described above, and therefore it is preferably 1000 ° C. or less, more preferably 950 ° C. or less. preferable.
In the above case, firing may be performed a plurality of times at the same or different temperatures. For example, firing may be performed at 400 ° C. to 600 ° C. and then performed at 700 to 900 ° C. Multiple firings may be performed continuously with the raw material in the furnace, or after firing at a certain temperature, the raw material is taken out of the furnace and subjected to processing such as mixing, crushing, and compression again. You may bake in a furnace.

[工程(2):リチウム追添、及びリチウム含有金属酸化物Aとリチウム含有金属酸化物Bの固溶体の製造]
次に、工程(1)で得られたリチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(4):
Li・・・(4)
{式中、1≦z≦2、0≦a≦1、1≦b≦3、及び0≦c≦2の関係を満足する。}で表されるリチウム化合物Cとを混合し、リチウム含有金属酸化物Aを製造する際の最高焼成温度より低い温度で焼成する。
この工程(2)は、リチウム含有金属酸化物Aにリチウムをさらに追加で導入する(追添する)工程である。追加で導入するリチウムの原料としては、リチウム含有金属酸化物Aと反応することでリチウム含有金属酸化物Aの結晶内にリチウムが拡散していくものであれば特に限定されないが、前述の組成式(4)で表されるリチウム化合物Cが、効率的にリチウムを導入できるため好ましい。そのようなリチウム化合物Cとしては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、それらの混合物を挙げることができる。
尚、追加で導入するリチウムの原料としては、組成式(4)で表されるリチウム化合物C以外に、必要に応じて、硝酸リチウム、硫酸リチウム、塩化リチウム等を単独で用いても又は併用してもよい。
[Step (2): Lithium addition and production of solid solution of lithium-containing metal oxide A and lithium-containing metal oxide B]
Next, the lithium-containing metal oxide A obtained in the step (1) and the following composition formula (4):
Li z C a O b H c (4)
{In the formula, 1 ≦ z ≦ 2, 0 ≦ a ≦ 1, 1 ≦ b ≦ 3, and 0 ≦ c ≦ 2 are satisfied. } Is mixed, and fired at a temperature lower than the maximum firing temperature when the lithium-containing metal oxide A is produced.
This step (2) is a step of additionally introducing (adding) lithium to the lithium-containing metal oxide A. The lithium material to be additionally introduced is not particularly limited as long as lithium diffuses into the crystal of the lithium-containing metal oxide A by reacting with the lithium-containing metal oxide A, but the above-described composition formula The lithium compound C represented by (4) is preferable because lithium can be efficiently introduced. Examples of such lithium compound C include lithium carbonate, lithium hydroxide, and mixtures thereof.
In addition to the lithium compound C represented by the composition formula (4), lithium nitrate, lithium sulfate, lithium chloride, etc. may be used alone or in combination as the lithium raw material to be additionally introduced, if necessary. May be.

リチウム含有金属酸化物Aとリチウム化合物Cとを混合させる際には、粉砕等により微細化したリチウム化合物Cを用いてもよいし、水等の液体に溶かした又は分散させたリチウム化合物Cを用いてもよい。水等の液に溶かした場合には、焼成する前に液体をドライアップしてもよいし、液体が残ったまま焼成してもよい。   When mixing the lithium-containing metal oxide A and the lithium compound C, the lithium compound C refined by pulverization or the like may be used, or the lithium compound C dissolved or dispersed in a liquid such as water is used. May be. When dissolved in a liquid such as water, the liquid may be dried up before firing, or may be fired with the liquid remaining.

本実施形態において、リチウム含有金属酸化物Aにリチウムをさらに追加で導入する工程(2)における焼成温度は、以下の2つの下限と上限の温度範囲であることが必要である。
焼成温度の下限は、リチウム含有金属酸化物Aとリチウム化合物Cが反応し、リチウム含有金属酸化物Aの結晶内にリチウムが拡散し始める温度以上である。この温度はリチウム含有金属酸化物Aとリチウム化合物Cの種類によって変わるが、上記の反応は一般に吸熱反応で、かつ混合物の重量減を伴う反応であるため、熱重量−示差熱分析(Thermogravimetric − Differential Thermal Analysis、以下、TG−DTAと略す。)を行い、重量減と吸熱反応が起こる温度を計測することで、上記温度を設定することができる。より具体的には、重量減を示しつつ、示唆熱減少が極小値と示す温度に対して、−100℃以上+200℃以下の範囲が好ましく、より好ましくは―50℃以上+150℃以下の範囲である。
In the present embodiment, the firing temperature in the step (2) of additionally introducing lithium into the lithium-containing metal oxide A needs to be in the following two lower and upper temperature ranges.
The lower limit of the firing temperature is equal to or higher than the temperature at which lithium-containing metal oxide A and lithium compound C react and lithium begins to diffuse into the crystal of lithium-containing metal oxide A. Although this temperature varies depending on the types of the lithium-containing metal oxide A and the lithium compound C, since the above reaction is generally an endothermic reaction and is accompanied by weight loss of the mixture, thermogravimetric-differential thermal analysis (Thermogravimetric-Differential). Thermal Analysis (hereinafter abbreviated as TG-DTA) is performed, and the temperature can be set by measuring the temperature at which weight loss and endothermic reaction occur. More specifically, a temperature range of −100 ° C. or higher and + 200 ° C. or lower is preferable with respect to the temperature at which the suggested heat decrease is a minimum value while showing weight loss, and more preferably in a range of −50 ° C. or higher and + 150 ° C. or lower. is there.

焼成温度の上限は、工程(1)における最高焼成温度以下である。焼成温度がこの上限を超えてしまうと、追加で導入したリチウムの結晶内拡散によって結晶成長が急激に加速し、その平均粒子径が好適な範囲(好適な範囲は本実施形態におけるリチウム含有金属酸化物Aのそれと同じである)を超えてしまって、放電時に大電流を流しにくくなる。
尚、リチウム含有金属酸化物Aにリチウムをさらに追加で導入する工程での焼成温度は上記の温度範囲であることが必要であるが、上記の温度範囲における下限に近い温度付近で焼成するほうが好ましい場合が多い。工程(2)での焼成温度が高いと、リチウム含有金属酸化物Aの結晶内でリチウムだけでなく金属元素の拡散も同時に発生し、結果、特定の金属元素が偏析して目的とする組成・結晶構造のリチウム含有金属酸化物が得られないことがある。本発明では、工程(1)で製造したリチウム含有金属酸化物A中における金属元素の分散(分布)状態をできる限り保持したままリチウムの含有量を増加させることによって、組成式LiMnOで記載される結晶構造中のマンガンの一部が異なる金属元素に置換されたリチウム含有金属酸化物Bがリチウム含有金属酸化物A中に形成されると考えられるため、リチウム含有金属酸化物Aの結晶内での金属元素の拡散はできるだけ抑制しつつ、工程(2)においてリチウム含有金属酸化物Aの結晶内にリチウムを均一に導入することが望ましい。従って、リチウム含有金属酸化物A及びリチウム化合物Cの種類に依存するものの、工程(2)における焼成温度は、前述の温度範囲における下限もしくは下限よりやや高い温度付近が一般に好ましい。
The upper limit of the firing temperature is not more than the maximum firing temperature in step (1). If the firing temperature exceeds this upper limit, crystal growth rapidly accelerates due to the diffusion of lithium introduced in the crystal, and the average particle diameter is in a suitable range (the preferred range is the lithium-containing metal oxidation in this embodiment). It is difficult to pass a large current during discharge.
The firing temperature in the step of additionally introducing lithium into the lithium-containing metal oxide A needs to be in the above temperature range, but it is preferable to fire near the lower limit in the above temperature range. There are many cases. When the firing temperature in the step (2) is high, diffusion of not only lithium but also a metal element occurs simultaneously in the crystal of the lithium-containing metal oxide A. As a result, a specific metal element is segregated and the desired composition / A lithium-containing metal oxide having a crystal structure may not be obtained. In the present invention, the composition formula Li 2 MnO 3 is increased by increasing the lithium content while maintaining the dispersion (distribution) state of the metal element in the lithium-containing metal oxide A produced in the step (1) as much as possible. Since lithium-containing metal oxide B in which a part of manganese in the crystal structure described is substituted with a different metal element is considered to be formed in lithium-containing metal oxide A, the crystal of lithium-containing metal oxide A In the step (2), it is desirable to uniformly introduce lithium into the crystal of the lithium-containing metal oxide A while suppressing the diffusion of the metal element therein. Therefore, although depending on the types of the lithium-containing metal oxide A and the lithium compound C, the firing temperature in the step (2) is generally preferably near the lower limit or slightly higher than the lower limit in the above temperature range.

リチウム含有金属酸化物Aにリチウムを追加で導入する工程では、上記の温度範囲内で、同じ又は異なる温度で複数回焼成を行ってもよい。複数回の焼成は、炉の中に原料を入れた状態で連続して行ってもよいし、ある温度で焼成後炉から原料を取り出して混合・解砕・圧縮等の処理を施した後に再度炉に入れて焼成してもよい。例えば、400℃〜600℃で焼成した後、炉から出して混合・解砕した後、再度、400℃〜600℃で焼成を行う等してもよい。この際の焼成時間は特に限定されるものではないが、リチウム含有金属酸化物Aとリチウム化合物Cとの反応を十分に完結させるために、30分以上が好ましく、より好ましくは1時間以上であって、上限時間は特に問わない。但し、生産コストの点からは、焼成時間を24時間以下にすることが好ましく、10時間以下がより好ましい。   In the step of additionally introducing lithium into the lithium-containing metal oxide A, firing may be performed a plurality of times at the same or different temperatures within the above temperature range. Multiple firings may be performed continuously with the raw material in the furnace, or after firing at a certain temperature, the raw material is taken out of the furnace and subjected to processing such as mixing, crushing, and compression again. You may bake in a furnace. For example, after firing at 400 ° C. to 600 ° C., the mixture may be removed from the furnace, mixed and crushed, and then fired again at 400 ° C. to 600 ° C. The firing time at this time is not particularly limited, but is preferably 30 minutes or more, more preferably 1 hour or more in order to sufficiently complete the reaction between the lithium-containing metal oxide A and the lithium compound C. The upper limit time is not particularly limited. However, from the viewpoint of production cost, the firing time is preferably 24 hours or less, and more preferably 10 hours or less.

リチウム含有金属酸化物Aにリチウムを追加で導入する工程では、リチウム含有金属酸化物Aの結晶構造は保持されたままでもよいし、一部又は全部が別の構造に変化してもよい。別の構造に変化する際、それがリチウム含有金属酸化物Bであってもよい。
例示している本実施形態のリチウム含有金属酸化物の製造方法では、前述のリチウム含有金属酸化物Aにリチウムを追加で導入する工程においてリチウム含有金属酸化物Aの構造の一部が変化することによって、あるいは、リチウム含有金属酸化物Aにリチウムを追加で導入した後により高い温度で焼成することによって、リチウム含有金属酸化物Aの構造の一部を変化させて、所定割合のリチウム含有金属酸化物Bを、リチウム含有金属酸化物Aと固溶した状態で得る。
In the step of additionally introducing lithium into the lithium-containing metal oxide A, the crystal structure of the lithium-containing metal oxide A may be maintained, or a part or all of it may be changed to another structure. When changing to another structure, it may be a lithium-containing metal oxide B.
In the exemplified method for producing a lithium-containing metal oxide of the present embodiment, a part of the structure of the lithium-containing metal oxide A changes in the step of additionally introducing lithium into the lithium-containing metal oxide A described above. Or by additional introduction of lithium into the lithium-containing metal oxide A and subsequent firing at a higher temperature, thereby changing a part of the structure of the lithium-containing metal oxide A to obtain a predetermined proportion of lithium-containing metal oxide The product B is obtained in a state of being in solid solution with the lithium-containing metal oxide A.

前述のリチウム含有金属酸化物Aにリチウムを追加で導入する工程(2)においてリチウム含有金属酸化物Bを得る場合、焼成温度が低すぎる場合には十分な結晶性を有するリチウム含有金属酸化物Bが得られないことがある。また、リチウム含有金属酸化物Aの結晶性が低下している場合もある。その場合、前述のリチウム含有金属酸化物Aにリチウムを追加で導入する工程(2)における最高焼成温度より高い温度で更に焼成を行うことで、本実施形態におけるリチウム含有金属酸化物の結晶性を向上させることができる。また、これにより、リチウム含有金属酸化物を構成する結晶の平均粒子径を好適な範囲に調整することができる。   When the lithium-containing metal oxide B is obtained in the step (2) of additionally introducing lithium into the lithium-containing metal oxide A, the lithium-containing metal oxide B having sufficient crystallinity when the firing temperature is too low. May not be obtained. Moreover, the crystallinity of the lithium-containing metal oxide A may be lowered. In that case, by further firing at a temperature higher than the maximum firing temperature in the step (2) of additionally introducing lithium into the above-described lithium-containing metal oxide A, the crystallinity of the lithium-containing metal oxide in the present embodiment can be improved. Can be improved. Thereby, the average particle diameter of the crystals constituting the lithium-containing metal oxide can be adjusted to a suitable range.

[リチウムイオン二次電池]
本実施形態におけるリチウム含有金属酸化物をリチウムイオン二次電池に用いる際の一例を以下に示す。
リチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液、セパレーター、及びそれらを収納して電気的接続及び絶縁をとるための外装体からなる。
正極及びその製造方法の一例を以下に示す。正極は一般にリチウム含有金属酸化物と集電箔以外に、導電助剤とバインダーを含有することが好ましい。ここで、導電助剤としては、電子を伝導できる公知のものであれば特に限定されないが、グラファイトやアセチレンブラックやカーボンブラックに代表される炭素材料が好適である。また、バインダーとしては正極に含まれる2種類以上の構成材料を結着できるものであれば特に限定されないが、ポリフッ化ビニリデン(以降、PVDFと略す。)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムに代表されるポリマー材料が好適である。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。集電箔としては特に限定されないが、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス等の金属箔、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル、カーボンクロス、カーボンペーパー等が好適である。
[Lithium ion secondary battery]
An example of using the lithium-containing metal oxide in the present embodiment for a lithium ion secondary battery is shown below.
The lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, and an exterior body for housing them for electrical connection and insulation.
An example of the positive electrode and its manufacturing method is shown below. In general, the positive electrode preferably contains a conductive additive and a binder in addition to the lithium-containing metal oxide and the current collector foil. Here, the conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it is a known one that can conduct electrons, but a carbon material typified by graphite, acetylene black, and carbon black is preferable. The binder is not particularly limited as long as it can bind two or more kinds of constituent materials contained in the positive electrode, but is not limited to polyvinylidene fluoride (hereinafter abbreviated as PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic. Polymer materials typified by acid, styrene butadiene rubber, and fluoro rubber are preferred. These are used singly or in combination of two or more. Although it does not specifically limit as current collection foil, For example, metal foil, such as aluminum, titanium, stainless steel, an expanded metal, a punch metal, a foam metal, carbon cloth, carbon paper, etc. are suitable.

リチウム含有金属酸化物と、必要に応じて、上記の導電助剤やバインダー等を加えて混合した正極合剤をN−メチルピロリドン(以下、NMPと略す。)のような溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この正極合剤含有ペーストを集電箔に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、正極が製造される。尚、リチウム含有金属酸化物は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   A positive electrode mixture prepared by adding a lithium-containing metal oxide and, if necessary, the above-mentioned conductive auxiliary agent or binder and mixing it in a solvent such as N-methylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP) is dispersed into a positive electrode. A mixture-containing paste is prepared. Next, this positive electrode mixture-containing paste is applied to a current collector foil and dried to form a positive electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, thereby producing a positive electrode. In addition, a lithium containing metal oxide can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

負極及びその製造方法の一例を以下に示す。負極は、リチウムイオン二次電池の負極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。負極は、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上を含有することが好ましい。すなわち、負極は、リチウム金属、あるいは、負極活物質として炭素負極活物質、ケイ素合金負極活物質やスズ合金負極活物質といったリチウムと合金形成が可能な元素を含む負極活物質、ケイ素酸化物負極活物質、スズ酸化物負極活物質、及びチタン酸リチウム負極活物質に代表されるリチウム含有化合物からなる群より選ばれる1種以上の負極活物質を含有することが好ましい。これらの負極活物質は、1種又は組合せて用いることも可能である。   An example of the negative electrode and the manufacturing method thereof is shown below. A negative electrode will not be specifically limited if it acts as a negative electrode of a lithium ion secondary battery, A well-known thing can be used. It is preferable that a negative electrode contains 1 or more types chosen from the group which consists of a material which can occlude and discharge | release lithium ion as a negative electrode active material. That is, the negative electrode is lithium metal, or a negative electrode active material containing an element capable of forming an alloy with lithium, such as a carbon negative electrode active material, a silicon alloy negative electrode active material, or a tin alloy negative electrode active material, and a silicon oxide negative electrode active material. It is preferable to contain at least one negative electrode active material selected from the group consisting of a material, a tin oxide negative electrode active material, and a lithium-containing compound typified by a lithium titanate negative electrode active material. These negative electrode active materials can be used alone or in combination.

炭素負極活物質としては、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、カーボンブラックが挙げられる。コークスとしては、例えば、ピッチコークス、二一ドルコークス、石油コークスが挙げられる。また、有機高分子化合物の焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものである。   Examples of the carbon negative electrode active material include hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, fired body of organic polymer compound, mesocarbon microbead, carbon fiber, activated carbon , Graphite, carbon colloid, and carbon black. Examples of coke include pitch coke, 21 dollar coke, and petroleum coke. Moreover, the fired body of an organic polymer compound is obtained by firing and carbonizing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature.

リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料としては、リチウムと合金を形成可能な元素を含む負極活物質も挙げられる。この負極活物質は金属又は半金属の単体であっても、合金や化合物であってもよく、また、これらの1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものであってもよい。尚、本明細書において、「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを有するものも含まれる。また、合金には、全体として金属の性質を有するものであれば非金属元素が含まれていてもよい。   Examples of a material capable of inserting and extracting lithium ions include a negative electrode active material containing an element capable of forming an alloy with lithium. The negative electrode active material may be a single metal or metalloid, an alloy or a compound, and may have at least a part of one or more of these phases. Good. In the present specification, the “alloy” includes an alloy having one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Further, the alloy may contain a nonmetallic element as long as it has metal properties as a whole.

金属元素及び半金属元素としては、例えば、チタン、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム、イットリウム(Y)が挙げられる。
これらの中でも、長周期型周期表における4族又は14族の金属元素及び半金属元素が好ましく、特に好ましくはチタン、ケイ素、及びスズである。
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、マグネシウム(Mg)、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン,ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン、及びクロム(Cr)からなる群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。
ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン、及びクロムからなる群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。
チタン化合物、スズ化合物及びケイ素化合物としては、例えば、酸素又は炭素を有するものが挙げられ、チタン、スズ又はケイ素に加えて、上述の第2の構成元素を有していてもよい。
Examples of metal elements and metalloid elements include titanium, tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi), Examples include gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium, and yttrium (Y).
Among these, the metal elements and metalloid elements of Group 4 or 14 in the long-period periodic table are preferable, and titanium, silicon, and tin are particularly preferable.
As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, silicon, magnesium (Mg), nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and Examples thereof include those having one or more elements selected from the group consisting of chromium (Cr).
Examples of the silicon alloy include, as the second constituent element other than silicon, tin, magnesium, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium. The thing which has 1 or more types of elements chosen from a group is mentioned.
As a titanium compound, a tin compound, and a silicon compound, what has oxygen or carbon is mentioned, for example, In addition to titanium, tin, or silicon, you may have the above-mentioned 2nd structural element.

上記負極活物質に、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した負極合剤を溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製する。バインダーとしては負極に含まれる2種類以上の構成材料を結着できるものであれば特に限定されないが、その中でも、カルボキシメチルセルロース、スチレン−ブタジエンの架橋ゴムラテックス、アクリル系ラテックス、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
次いで、この負極合剤含有ペーストを集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、負極が製造される。負極における集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔などの金属箔により構成される。尚、負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
A negative electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a negative electrode mixture prepared by adding a conductive additive, a binder, or the like to the negative electrode active material as necessary. The binder is not particularly limited as long as it can bind two or more constituent materials contained in the negative electrode. Among them, carboxymethyl cellulose, styrene-butadiene crosslinked rubber latex, acrylic latex, and polyvinylidene fluoride are preferable. These are used singly or in combination of two or more.
Next, this negative electrode mixture-containing paste is applied to a current collector and dried to form a negative electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, thereby producing a negative electrode. The current collector in the negative electrode is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. In addition, a negative electrode active material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

電解液は、リチウム塩と非水溶媒を含有し、リチウムイオン二次電池の電解液として作用するものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。
リチウム塩としては、イオン伝導性の観点から、好ましくは、LiPF、LiCIO、LiAsF、LiSiF、LiOSO2k+1〔kは1〜8の整数〕、LiN(SO2t+1〔tは1〜8の整数〕、LiPF(C2t+16−n[nは1〜5の整数、tは1〜8の整数〕、LiPF(C)、LiPF(C、LiBF、LiAlO、LiAlCl、Li1212−g〔gは0〜3の整数〕、LiBF(C2s+14−q〔qは1〜3の整数、sは1〜8の整数〕、LiB(C、LiBF(C)、LiB(C、LiPF(C)等であり、特に好ましくは、LiPFが挙げられる。これらの電解質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
The electrolytic solution is not particularly limited as long as it contains a lithium salt and a non-aqueous solvent and acts as an electrolytic solution of a lithium ion secondary battery, and a known one can be used.
From the viewpoint of ion conductivity, the lithium salt is preferably LiPF 6 , LiCIO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F 2k + 1 [k is an integer of 1 to 8], LiN (SO 2 C t F 2t + 1 ) 2 [t is an integer of 1 to 8], LiPF n (C t F 2t + 1 ) 6-n [n is an integer of 1 to 5, t is an integer of 1 to 8], LiPF 4 (C 2 O 2), LiPF 2 (C 2 O 2) 2, LiBF 4, LiAlO 4, LiAlCl 4, Li 2 B 12 F g H 12-g [g is an integer of from 0 to 3], LiBF q (C s F 2s + 1) 4-q [q is an integer of 1 to 3, s is an integer of 1 to 8], LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiB (C 3 O 4 H 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 O 2 ) etc. Particularly preferred is LiPF 6 . These electrolytes can be used singly or in combination of two or more.

非水溶媒としては、様々なものを用いることができるが、非プロトン性極性溶媒が好ましい。その具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、2,3−ペンチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート;γ−プチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン;スルホランなどの環状スルホン;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル;エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロビルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルトリフルオロエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;アセトニトリルなどのニトリル;ジメチルエーテルなどの鎖状エ一テル;プロピオン酸メチルなどの鎖状カルボン酸エステル;ジメトキシエタンなどの鎖状エーテルカーボネート化合物が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   Although various things can be used as a non-aqueous solvent, an aprotic polar solvent is preferable. Specific examples thereof include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, fluoroethylene. Cyclic carbonates such as carbonate and 4,5-difluoroethylene carbonate; lactones such as γ-ptyrolactone and γ-valerolactone; cyclic sulfones such as sulfolane; cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, Methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl pro Chain carbonates such as pyr carbonate and methyl trifluoroethyl carbonate; Nitriles such as acetonitrile; Chain ethers such as dimethyl ether; Chain carboxylic acid esters such as methyl propionate; Chain ether carbonate compounds such as dimethoxyethane It is done. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

非水溶媒としては、イオン伝導性の観点から、環状カーボネート、鎖状カーボネートなどのカーボネート系溶媒を用いることがより好ましい。また、カーボネート系溶媒として、環状カーボネートと鎖状カーボネートを組合せて用いることがさらに好ましい。環状カーボネートとしては様々なものを用いることができるが、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートが好ましく、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートがより好ましい。鎖状カーボネートとしては様々なものを用いることができるが、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートが好ましい。
カーボネート系溶媒として、環状カーボネートと鎖状カーボネートを組合せて含む場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合比は、イオン伝導性の観点から、体積比で1:10〜5:1であることが好ましく、1:5〜3:1であることがより好ましい。
カーボネート系溶媒を用いる場合、電池物性改善の観点から、必要に応じて、アセトニトリル、スルホラン等の別の非水溶媒をさらに添加することができる。
As the non-aqueous solvent, it is more preferable to use a carbonate-based solvent such as cyclic carbonate and chain carbonate from the viewpoint of ion conductivity. Further, it is more preferable to use a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate as the carbonate solvent. Various cyclic carbonates can be used, but ethylene carbonate, propylene carbonate, and fluoroethylene carbonate are preferable, and ethylene carbonate and propylene carbonate are more preferable. Various chain carbonates can be used, but ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate are preferred.
When the carbonate solvent includes a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate, the mixing ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate is 1:10 to 5: 1 in terms of volume ratio from the viewpoint of ion conductivity. Preferably, it is 1: 5 to 3: 1.
In the case of using a carbonate-based solvent, another nonaqueous solvent such as acetonitrile or sulfolane can be further added as necessary from the viewpoint of improving battery physical properties.

本実施形態に用い得るセパレーターとしては、リチウムイオン二次電池に用いられる従来公知のものを用いることができ、特に制限されない。中でも、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。そのようなセパレーターとしては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。合成樹脂製微多孔膜としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、又はこれらのポリオレフィンを共に含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、ガラスを含むセラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、アラミド製などの耐熱樹脂製の多孔膜が用いられる。セパレーターは、1種の微多孔膜を単層又は複数積層したものであってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。   As a separator that can be used in the present embodiment, a conventionally known separator used for a lithium ion secondary battery can be used, and is not particularly limited. Among them, an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is preferable. Examples of such a separator include a woven fabric, a nonwoven fabric, and a synthetic resin microporous membrane, and among these, a synthetic resin microporous membrane is preferable. As the synthetic resin microporous membrane, for example, a polyolefin microporous membrane such as a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component or a microporous membrane containing both of these polyolefins is suitably used. As the non-woven fabric, a porous film made of a heat-resistant resin such as glass-containing ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, or aramid is used. The separator may be a single microporous membrane or a laminate of a plurality of microporous membranes, or may be a laminate of two or more microporous membranes.

本実施形態に用い得る外装体は、従来公知のものを用いることができ、特に制限されない。外装体の材料としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属、あるいはその金属の表面を樹脂で被覆したラミネートフィルムが挙げられる。   A conventionally well-known thing can be used for the exterior body which can be used for this embodiment, and it does not restrict | limit in particular. The material of the outer package is not particularly limited, and examples thereof include metals such as stainless steel, iron, and aluminum, or a laminate film in which the surface of the metal is coated with a resin.

以下、実施例によって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限定されるものではない。
[実施例1]<Fe、Ni、Mnの系>
<リチウム含有金属酸化物の製造>
以下の硫酸塩:MnSO・5HO(関東化学株式会社製)79.6g、NiSO・6HO(関東化学株式会社製)26.0g、及びFeSO・7HO(関東化学株式会社製)3.12gを純水に溶解させて合計220mlとした水溶液Aを調製した。炭酸ナトリウムNaCO(関東化学株式会社製)46.6gを純水に溶解させて28質量%アンモニア水(関東化学株式会社製)14.6mlを加え合計220mlとした水溶液Bを調製した。
撹拌機構と不活性ガスをバブリングさせる機構を有する反応槽に、硫酸ナトリウムNaSO(関東化学株式会社製)を純水に溶解させて合計200mlとした水溶液Cを入れ、撹拌させながら窒素ガスを吹き込みつつ、水溶液Aと水溶液Bを5ml/分の速度で同時に水溶液C中に滴下させることで、水に難溶性の金属塩の粒子を生成させた。10分ごとに100mlずつ反応槽から液を抜き出し、40分後に滴下を止め、反応槽内の液を回収し、ろ過、水洗、そして乾燥して、沈殿Dを得た。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these Examples.
Example 1 <Fe, Ni, Mn System>
<Production of lithium-containing metal oxide>
Following Sulfate: MnSO 4 · 5H 2 O (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 79.6g, NiSO 4 · 6H 2 O ( manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 26.0 g, and FeSO 4 · 7H 2 O (Kanto Chemical stock Aqueous solution A was prepared by dissolving 3.12 g (made by company) in pure water to a total of 220 ml. An aqueous solution B was prepared by dissolving 46.6 g of sodium carbonate Na 2 CO 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in pure water and adding 14.6 ml of 28% by mass ammonia water (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) to a total of 220 ml.
In a reaction tank having a stirring mechanism and a mechanism for bubbling an inert gas, an aqueous solution C in which sodium sulfate Na 2 SO 4 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is dissolved in pure water to make a total of 200 ml is added, and nitrogen gas is stirred while stirring. The aqueous solution A and the aqueous solution B were simultaneously dropped into the aqueous solution C at a rate of 5 ml / min. The liquid was extracted from the reaction tank 100 ml every 10 minutes, the dropping was stopped after 40 minutes, the liquid in the reaction tank was recovered, filtered, washed with water, and dried to obtain a precipitate D.

この沈澱Dを乾燥させたもの2.00gと、平均粒子径<2μm以下に粉砕した炭酸リチウムLiCO(本荘ケミカル株式会社)0.318gとをよく混合した後、大気下800℃で5時間焼成し、リチウム含有金属酸化物Aを得た。X線構造解析により、リチウム含有金属酸化物Aがスピネル構造を有していることが分かった。
上記のリチウム含有金属酸化物A1.41gと、前述の炭酸リチウムLiCO0.286gとをよく混合した後、TG−DTA分析を行ったところ、425℃からこの混合物の重量減と示唆熱の減少が認められ、500℃で示唆熱減少が極小値をとることが分かった。そこで、この混合物を大気下650℃で5時間焼成し、リチウムを酸化物内に追加で導入した後、更に800℃で5時間焼成し、リチウム含有金属酸化物を得た。
A mixture of 2.00 g of the dried precipitate D and 0.318 g of lithium carbonate Li 2 CO 3 (Honjo Chemical Co., Ltd.) pulverized to an average particle size <2 μm was mixed well, and the mixture was mixed at 800 ° C. in the atmosphere. The lithium-containing metal oxide A was obtained by firing for a period of time. X-ray structural analysis revealed that the lithium-containing metal oxide A has a spinel structure.
After thoroughly mixing 1.41 g of the above lithium-containing metal oxide A and 0.286 g of the above-mentioned lithium carbonate Li 2 CO 3 , TG-DTA analysis was performed, and the weight loss and suggested heat from 425 ° C. It was found that the suggested decrease in heat takes a minimum value at 500 ° C. Therefore, this mixture was calcined at 650 ° C. for 5 hours in the atmosphere, lithium was additionally introduced into the oxide, and then calcined at 800 ° C. for 5 hours to obtain a lithium-containing metal oxide.

X線構造解析により、該リチウム含有金属酸化物が、スピネル構造と、概ねC2/mの空間群に帰属できるLiMn1−yM’3−β{式中、M’は、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0<y<1、及び0≦β<1の関係を満足する。}の組成を有していることが分かった。該リチウム含有金属酸化物をマイクロウェーブ(アナリティクイエナ社製、TOPwave(登録商標))により酸分解し、ICP測定(Perkin Elmer社製、Optima8300)によって求めた金属元素の組成比は、Li:Mn:Ni:Fe=0.49:0.39:0.11:0.01であり、SEMによりその平均粒子径が約200μmであることが分かった。 According to the X-ray structural analysis, the lithium-containing metal oxide has a spinel structure, and Li 2 Mn 1-y M ′ y O 3−β that can be assigned to the C2 / m space group. And one or more metal elements other than Li and satisfy the relationship of 0 <y <1 and 0 ≦ β <1. } Was found to have a composition of The composition ratio of the metal element obtained by acid decomposition of the lithium-containing metal oxide with microwaves (Analytic Quina Co., TOPwave (registered trademark)) and ICP measurement (Perkin Elmer Co., Optima 8300) is Li: Mn : Ni: Fe = 0.49: 0.39: 0.11: 0.01, and SEM revealed that the average particle size was about 200 μm.

<リチウムイオン二次電池の製造>
前述のようにして得られたリチウム含有金属酸化物と、導電助剤であるグラファイトの粉末(TIMCAL社製、KS−6)及びアセチレンブラックの粉末(電気化学工業社製、HS−100)と、バインダーであるポリフッ化ビニリデン溶液(クレハ社製、L#7208)とを固形分比で80:5:5:10の質量比で混合した。得られた混合物に、分散溶媒としてNMPを固形分30質量%となるように投入して更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延し、厚さ64μmの正極を得た。
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1:2で混合した混合溶媒に、LiPFを1mol/Lとなるように溶解して、電解液を得た。
ステンレス製の円盤型電池ケース(外装体)に、負極として直径16mmに打ち抜いたリチウム金属箔(厚さ0.5mm)を挿入し、その上からポリエチレン製の微多孔膜からなるセパレーター及びガラス繊維製のセパレーター(ADVANTEC社製、GA−100、膜厚約500μm)を挿入した後、直径16mmに打ち抜いた正極を挿入した。次いで、そこに、前述の電解液を1.0mL注入し、正極、負極、及びセパレーターを電解液に浸漬した後、電池ケースを密閉してリチウムイオン二次電池を製造した。
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
Lithium-containing metal oxide obtained as described above, graphite powder (manufactured by TIMCAL, KS-6) and acetylene black powder (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., HS-100) as a conductive auxiliary agent, A polyvinylidene fluoride solution (manufactured by Kureha, L # 7208) as a binder was mixed at a solid content ratio of 80: 5: 5: 10. To the obtained mixture, NMP as a dispersion solvent was added so as to have a solid content of 30% by mass, and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press to obtain a positive electrode having a thickness of 64 μm.
LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 2 so as to be 1 mol / L to obtain an electrolytic solution.
A lithium metal foil (thickness 0.5 mm) punched out to a diameter of 16 mm as a negative electrode is inserted into a stainless steel disk-type battery case (exterior body), and a separator made of a microporous film made of polyethylene and glass fiber is formed thereon. The separator (ADVANTEC, GA-100, film thickness: about 500 μm) was inserted, and then a positive electrode punched to a diameter of 16 mm was inserted. Next, 1.0 mL of the above-described electrolytic solution was injected therein, and after immersing the positive electrode, the negative electrode, and the separator in the electrolytic solution, the battery case was sealed to manufacture a lithium ion secondary battery.

<電池評価>
得られたリチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」ともいう。)を、25℃に設定した恒温槽(二葉科学社製、恒温槽PLM−73S)に収容し、充放電装置(アスカ電子(株)製、充放電装置ACD−01)に接続した。次いで、その電池を0.1Cの定電流で充電し、5.0Vに到達した後、5.0Vの定電圧で2時間充電し、0.1Cの定電流で2.0Vまで放電した際の放電容量を計測したところ、230mAh/gという容量が得られた。尚、1Cとは、電池が1時間で放電される電流値である。
次に、その電池を0.3Cの定電流で充電し、4.9Vに到達した後、4.9Vの定電圧で電流が0.05mA以下になるまで充電し、その後、2Cの定電流で2.0Vまで放電した際の放電容量を計測したところ、186mAh/gという容量が得られた。
<Battery evaluation>
The obtained lithium ion secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “battery”) is housed in a thermostatic chamber (manufactured by Futaba Kagaku Corporation, thermostatic chamber PLM-73S) set at 25 ° C., and a charge / discharge device (Asuka Electronics) It connected to the product made by Corporation | KK Co., Ltd. charge / discharge device ACD-01). Next, the battery was charged with a constant current of 0.1 C, reached 5.0 V, charged with a constant voltage of 5.0 V for 2 hours, and discharged to 2.0 V with a constant current of 0.1 C. When the discharge capacity was measured, a capacity of 230 mAh / g was obtained. Note that 1C is a current value at which the battery is discharged in one hour.
Next, the battery was charged with a constant current of 0.3 C, reached 4.9 V, charged with a constant voltage of 4.9 V until the current became 0.05 mA or less, and then with a constant current of 2 C. When the discharge capacity when discharging to 2.0 V was measured, a capacity of 186 mAh / g was obtained.

[比較例1]<Mnのみの系>
硫酸塩としてMnSO・5HO(関東化学株式会社製)106.1gのみを用いた他は実施例1と同様にして、リチウム含有金属酸化物Aを得た。X線構造解析により、リチウム含有金属酸化物Aがスピネル構造を有していることが分かった。
得られたリチウム含有金属酸化物A1.43gと、前述の炭酸リチウムLiCO0.292gとをよく混合し、大気下650℃で5時間焼成し、リチウムを酸化物内に追加で導入した後、更に800℃で5時間焼成し、リチウム含有金属酸化物を得た。
[Comparative Example 1] <Mn-only system>
A lithium-containing metal oxide A was obtained in the same manner as in Example 1 except that only 106.1 g of MnSO 4 .5H 2 O (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was used as the sulfate. X-ray structural analysis revealed that the lithium-containing metal oxide A has a spinel structure.
The lithium-containing metal oxide A obtained (1.43 g) and the above-described lithium carbonate Li 2 CO 3 ( 0.292 g) were mixed well and fired at 650 ° C. for 5 hours in the atmosphere, and lithium was additionally introduced into the oxide. Thereafter, it was further calcined at 800 ° C. for 5 hours to obtain a lithium-containing metal oxide.

X線構造解析により、該リチウム含有金属酸化物が、スピネル構造と、概ねC2/mの空間群に帰属できるLiMnOの組成を有していることが分かった。実施例1と同様にしてICP測定によって求めた金属元素の組成比は、Li:Mn=0.97:1であり、SEMによりその平均粒子径が約200μmであることが分かった。
実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造し、その電池を0.1Cの定電流で充電し、5.0Vに到達した後、5.0Vの定電圧で2時間充電し、0.1Cの定電流で2.0Vまで放電した際の放電容量を計測したところ、147mAh/gという容量が得られた。
次に、その電池を0.3Cの定電流で充電し、4.9Vに到達した後、4.9Vの定電圧で電流が0.05mA以下になるまで充電し、その後、2Cの定電流で2.0Vまで放電した際の放電容量を計測したところ、87mAh/gという容量が得られた。
X-ray structural analysis revealed that the lithium-containing metal oxide has a spinel structure and a composition of Li 2 MnO 3 that can be attributed to a C2 / m space group. The composition ratio of the metal element calculated | required by the ICP measurement similarly to Example 1 was Li: Mn = 0.97: 1, and it turned out that the average particle diameter is about 200 micrometers by SEM.
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and the battery was charged with a constant current of 0.1 C. After reaching 5.0 V, the battery was charged with a constant voltage of 5.0 V for 2 hours. When the discharge capacity when discharged to 2.0 V with a constant current of 1 C was measured, a capacity of 147 mAh / g was obtained.
Next, the battery was charged with a constant current of 0.3 C, reached 4.9 V, charged with a constant voltage of 4.9 V until the current became 0.05 mA or less, and then with a constant current of 2 C. When the discharge capacity when discharged to 2.0 V was measured, a capacity of 87 mAh / g was obtained.

本発明に係るリチウム含有金属酸化物は、高容量であり、かつ、放電時に大電流を流しやすいリチウムイオン二次電池の正極活物質として好適であるため、これを用いたリチウムイオン二次電池は、各種民生用機器用の電源、自動車用の電源として好適に利用可能である。   The lithium-containing metal oxide according to the present invention has a high capacity and is suitable as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that easily allows a large current to flow during discharge. It can be suitably used as a power source for various consumer devices and a power source for automobiles.

Claims (7)

下記組成式(1):
Li1+kMn2−x4―α・・・(1)
{式中、Mは、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0≦k<1、0<x≦0.5、及び0≦α<1の関係を満足する。}で表されるスピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(2):
LiMn1−yM’3−β・・・(2)
{式中、M’は、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0<y<1、及び0≦β<1の関係を満足する。}で表される、Liが層状に配列した層状構造を有するリチウム含有金属酸化物Bとが固溶した結晶を有することを特徴とするリチウム含有金属酸化物。
The following composition formula (1):
Li 1 + k Mn 2-x M x O 4-α (1)
{In the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 ≦ k <1, 0 <x ≦ 0.5, and 0 ≦ α <1. } A lithium-containing metal oxide A having a spinel structure represented by the following formula (2):
Li 2 Mn 1-y M ′ y O 3-β (2)
{Wherein M ′ is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 <y <1 and 0 ≦ β <1. The lithium-containing metal oxide is characterized by having a crystal in which a lithium-containing metal oxide B having a layered structure in which Li is arranged in layers is solid-solved.
前記Mは、少なくともNiである、請求項1に記載のリチウム含有金属酸化物。   The lithium-containing metal oxide according to claim 1, wherein M is at least Ni. 前記M’は、少なくともNiである、請求項1又は2に記載のリチウム含有金属酸化物。   The lithium-containing metal oxide according to claim 1, wherein M ′ is at least Ni. 前記リチウム含有金属酸化物Aと前記リチウム含有金属酸化物Bとが、下記式(3):
0.30≦M/(M+M)≦0.80・・・(3)
{式中、Mは、リチウム含有金属酸化物を構成する結晶中での前記式(1)で表されるリチウム含有金属酸化物Aのモル分率であり、そしてMは、リチウム含有金属酸化物を構成する結晶中での前記式(2)で表されるリチウム含有金属酸化物Bのモル分率である。}の関係を満足する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウム含有金属酸化物。
The lithium-containing metal oxide A and the lithium-containing metal oxide B are represented by the following formula (3):
0.30 ≦ M B / (M A + M B) ≦ 0.80 ··· (3)
{In the formula, M A is the molar fraction of the lithium-containing metal oxide A represented by the formula (1) in the crystal constituting the lithium-containing metal oxide, and M B is the lithium-containing metal oxide] It is the mole fraction of the lithium-containing metal oxide B represented by the above formula (2) in the crystal constituting the oxide. } The lithium containing metal oxide of any one of Claims 1-3 which satisfy | fills the relationship of}.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウム含有金属酸化物を正極に含有するリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery which contains the lithium containing metal oxide of any one of Claims 1-4 in a positive electrode. 以下の工程:
(1)Liの炭酸塩及び/又は水酸化物塩と、Mn並びにMn及びLi以外の1種類以上の金属の酸化物、炭酸塩、水酸化物塩、硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩、及び酢酸塩の内の少なくとも1つとを焼成して、下記組成式(1):
Li1+kMn2−x4―α・・・(1)
{式中、Mは、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0≦k<1、0<x≦0.5、0≦α<1の関係を満足する。}で表されるスピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物Aを得る工程;及び
(2)次いで、得られたリチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(4):
Li・・・(4)
{式中、1≦z≦2、0≦a≦1、1≦b≦3、及び0≦c≦2の関係を満足する。}で表されるリチウム化合物Cとを混合して、前記工程1における最高焼成温度より低い温度で焼成して、前記リチウム含有金属酸化物Aと、下記組成式(2):
LiMn1−yM’3−β・・・(2)
{式中、M’は、Mn及びLi以外の1種類以上の金属元素であり、そして0<y<1、及び0≦β<1の関係を満足する。}で表される、Liが層状に配列した層状構造を有するリチウム含有金属酸化物Bとが固溶した結晶を得る工程;
を含む、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウム含有金属酸化物の製造方法。
The following steps:
(1) Li carbonates and / or hydroxide salts and oxides, carbonates, hydroxide salts, sulfates, nitrates, hydrochlorides, and acetic acids of one or more metals other than Mn and Mn and Li By firing at least one of the salts, the following composition formula (1):
Li 1 + k Mn 2-x M x O 4-α (1)
{In the formula, M is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relations 0 ≦ k <1, 0 <x ≦ 0.5, and 0 ≦ α <1. Step for obtaining a lithium-containing metal oxide A having a spinel structure represented by: and (2) Next, the obtained lithium-containing metal oxide A and the following composition formula (4):
Li z C a O b H c (4)
{In the formula, 1 ≦ z ≦ 2, 0 ≦ a ≦ 1, 1 ≦ b ≦ 3, and 0 ≦ c ≦ 2 are satisfied. } Is mixed and fired at a temperature lower than the maximum firing temperature in the step 1, and the lithium-containing metal oxide A and the following composition formula (2):
Li 2 Mn 1-y M ′ y O 3-β (2)
{Wherein M ′ is one or more metal elements other than Mn and Li, and satisfies the relationship of 0 <y <1 and 0 ≦ β <1. }, A step of obtaining a crystal in which Li-containing metal oxide B having a layered structure in which Li is arranged in a layer form is dissolved;
including,
The manufacturing method of the lithium containing metal oxide of any one of Claims 1-4.
前記工程(2)の後に、該工程(2)における最高焼成温度より高い温度で焼成する工程をさらに含む、請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, further comprising, after the step (2), firing at a temperature higher than the maximum firing temperature in the step (2).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11532806B2 (en) 2014-04-01 2022-12-20 The Research Foundation For The State University Of New York Electrode materials that include an active composition of the formula MgzMxOy for group II cation-based batteries

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002151073A (en) * 2000-11-10 2002-05-24 Matsushita Battery Industrial Co Ltd Nonaqueous electrolytic liquid secondary battery and its positive electrode material
JP2008511960A (en) * 2004-09-03 2008-04-17 ユーシカゴ・アーゴン・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー Manganese oxide composite electrode for lithium battery
WO2011111364A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 株式会社豊田自動織機 Method for producing composite oxide, positive electrode material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002151073A (en) * 2000-11-10 2002-05-24 Matsushita Battery Industrial Co Ltd Nonaqueous electrolytic liquid secondary battery and its positive electrode material
JP2008511960A (en) * 2004-09-03 2008-04-17 ユーシカゴ・アーゴン・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー Manganese oxide composite electrode for lithium battery
WO2011111364A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 株式会社豊田自動織機 Method for producing composite oxide, positive electrode material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JEOM-SOO KIM ET AL.: "Electrochemical and Structural Properties of xLi2M'O3・(1-x)LiMn0.5Ni0.5O2 Electrodes for Lithium Ba", CHEM. MATER., vol. 16, JPN6017019785, 20 April 2004 (2004-04-20), pages 1996 - 2006, XP007903620, ISSN: 0003711098, DOI: 10.1021/cm0306461 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11532806B2 (en) 2014-04-01 2022-12-20 The Research Foundation For The State University Of New York Electrode materials that include an active composition of the formula MgzMxOy for group II cation-based batteries

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