JP2016015298A - Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and power storage device - Google Patents

Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and power storage device Download PDF

Info

Publication number
JP2016015298A
JP2016015298A JP2014138123A JP2014138123A JP2016015298A JP 2016015298 A JP2016015298 A JP 2016015298A JP 2014138123 A JP2014138123 A JP 2014138123A JP 2014138123 A JP2014138123 A JP 2014138123A JP 2016015298 A JP2016015298 A JP 2016015298A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transition metal
lithium
active material
secondary battery
lithium secondary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP2014138123A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
弘将 村松
Hiromasa Muramatsu
弘将 村松
遠藤 大輔
Daisuke Endo
大輔 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GS Yuasa Corp
Original Assignee
GS Yuasa Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GS Yuasa Corp filed Critical GS Yuasa Corp
Priority to JP2014138123A priority Critical patent/JP2016015298A/en
Publication of JP2016015298A publication Critical patent/JP2016015298A/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery excellent in high rate discharge performance, and a lithium secondary battery using the positive electrode active material.SOLUTION: A positive electrode active material for a lithium secondary battery contains a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeOstructure. In the lithium transition metal composite oxide, transition metal (Me) includes Co, Ni and Mn, a molar ratio Mn/Me of Mn in the transition metal satisfies Mn/Me≥0.5, the half band width of a diffraction peak at 2θ=44±1° in an X-ray diffraction pattern taken by using a CuKα ray source is 0.265° or more, and a P element is contained.

Description

本発明は、新規なリチウム遷移金属複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極活物質、その正極活物質を含有するリチウム二次電池用電極、その電極を備えたリチウム二次電池及びその電池を集合した蓄電装置に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery containing a novel lithium transition metal composite oxide, an electrode for a lithium secondary battery containing the positive electrode active material, a lithium secondary battery including the electrode, and a battery thereof. The present invention relates to an assembled power storage device.

従来、リチウム二次電池用正極活物質として、α−NaFeO型結晶構造を有する「LiMeO型」活物質(Meは遷移金属)が検討され、LiCoOを用いたリチウム二次電池が広く実用化されていた。しかし、LiCoOの放電容量は120〜130mAh/g程度であった。前記Meとして、地球資源として豊富なMnを用いることが望まれてきた。しかし、MeとしてMnを含有させた「LiMeO型」活物質は、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5を超える場合には、充電をするとスピネル型へと構造変化が起こり、結晶構造が維持できないため、充放電サイクル性能が著しく劣るという問題があった。 Conventionally, as a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a “LiMeO 2 type” active material (Me is a transition metal) having an α-NaFeO 2 type crystal structure has been studied, and lithium secondary batteries using LiCoO 2 have been widely put into practical use. It was converted. However, the discharge capacity of LiCoO 2 was about 120 to 130 mAh / g. As Me, it has been desired to use abundant Mn as a global resource. However, the “LiMeO 2 type” active material containing Mn as Me, when the molar ratio of Mn to Me, Mn / Me exceeds 0.5, the structure changes to spinel type when charged, Since the structure could not be maintained, there was a problem that the charge / discharge cycle performance was extremely inferior.

そこで、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5以下であり、充放電サイクル性能の点でも優れる「LiMeO型」活物質が種々提案され、一部実用化されている。例えば、LiNi1/2Mn1/2やLiCo1/3Ni1/3Mn1/3は、150〜180mAh/gの放電容量を有する。 Accordingly, various “LiMeO 2 type” active materials having a Mn to Me molar ratio Mn / Me of 0.5 or less and excellent in charge / discharge cycle performance have been proposed and partially put into practical use. For example, LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 and LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 have a discharge capacity of 150 to 180 mAh / g.

近年、MeとしてNi,Co及びMnを含み、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5以上であり、充電をしてもα−NaFeO構造を維持できる活物質材料が提案された。 In recent years, there has been proposed an active material that contains Ni, Co, and Mn as Me, has a molar ratio of Mn to Me, Mn / Me of 0.5 or more, and can maintain an α-NaFeO 2 structure even when charged.

特許文献1及び2には、MeとしてNi,Co及びMnを含み、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5以上である活物質を用いた電池の製造方法として、4.3V(vs.Li/Li)を超え4.8V以下(vs.Li/Li)の正極電位範囲に出現する、電位変化が比較的平坦な領域に少なくとも至る充電を行う製造工程を設けることにより、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.3V(vs.Li/Li)以下又は4.4V(vs.Li/Li)未満である充電方法が採用された場合であっても、200mAh/g以上の放電容量が得られる電池を製造できることが記載されている。 Patent Documents 1 and 2 include 4.3 V (vs) as a battery manufacturing method using an active material containing Ni, Co, and Mn as Me and having a molar ratio Mn to Me of Mn / Me of 0.5 or more. .Li / Li +) of more than 4.8V below (appearing in the positive electrode potential range of vs.Li/Li +), by providing a manufacturing step of performing at least throughout charging potential change to a relatively flat region, using Even when a charging method is adopted in which the maximum potential of the positive electrode during charging is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less or less than 4.4 V (vs. Li / Li + ) It is described that a battery capable of obtaining a discharge capacity of 200 mAh / g or more can be manufactured.

このように、従来の「LiMeO型」正極活物質の場合とは異なり、MeとしてNi,Co及びMnを含み、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5以上である正極活物質では、少なくとも最初の充電において4.3Vを超える比較的高い電位、特に4.4V以上の電位に至って行うことにより、高い放電容量が得られるという特徴がある。
なお、この材料は、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meが1より大きく、例えばLi/Meが1.25〜1.6であるように原料を混合して合成されることから、「リチウム過剰型」活物質とも呼ばれ、合成後の組成はLi1+αMe1−α(α>0)と表記できる。ここで、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meをβとすると、β=(1+α)/(1−α)であるから、例えば、Li/Meが1.5のとき、α=0.2である。
Thus, unlike the case of the conventional “LiMeO 2 type” positive electrode active material, the positive electrode active material containing Ni, Co and Mn as Me, and the molar ratio of Mn to Me, Mn / Me is 0.5 or more. In at least the first charge, a relatively high potential exceeding 4.3 V, in particular, a potential of 4.4 V or higher is achieved, whereby a high discharge capacity can be obtained.
In this material, the raw materials are mixed so that the composition ratio Li / Me of lithium (Li) to the ratio of transition metal (Me) is greater than 1, for example, Li / Me is 1.25 to 1.6. Since it is synthesized, it is also called a “lithium-excess type” active material, and the composition after synthesis can be expressed as Li 1 + α Me 1-α O 2 (α> 0). Here, when the composition ratio Li / Me of lithium (Li) with respect to the ratio of the transition metal (Me) is β, β = (1 + α) / (1-α), and thus, for example, Li / Me is 1.5. In this case, α = 0.2.

リチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質をリン酸で処理することにより、リチウム二次電池の種々の特性を向上させることが知られている(例えば、特許文献3〜6参照)。   It is known to improve various properties of a lithium secondary battery by treating a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide with phosphoric acid (see, for example, Patent Documents 3 to 6).

特許文献3には、「化学式Li1+x-sMn1−x−y2-t(0<x<0.33、0<y<0.66、0<s<0.3、0<t<0.15であり、Mはマンガンを除く少なくとも1つの遷移金属である)で表される高リチウム含有遷移金属複合酸化物粒子を、第1の還元剤を含む水溶液に浸漬する第1ステップと、上記高リチウム含有遷移金属複合酸化物粒子に上記第1の還元剤を含む溶液が付着した状態で、200〜500℃の温度範囲で熱処理を行う第2ステップと、を有することを特徴とする正極活物質の製造方法。」(請求項6)の発明が記載され、この発明の目的として、「そこで本発明は、エネルギー密度が低下するのを抑制しつつ、負荷特性や充放電効率の向上、及び放電容量の増大等の電池諸特性を飛躍的に向上させることができる正極活物質、正極活物質の製造方法、及び、正極活物質を用いた電池を提供すること」(段落[0013])が示されている。
また、特許文献3には、「上記構成の如く第1の還元剤としてリン酸塩が用いられたときには、LiPOが正極活物質粒子の表面に残留物として生成されるが、このLiPOは水溶性ではないため、容易に取り除くことはできない。したがって、LiPOは正極活物質粒子の表面で保護層としての働きを発揮するということから、充放電を繰り返し行っても、正極活物質から遷移金属原子が溶出するのを抑制でき、その結果サイクル特性が向上する。但し、高リチウム含有遷移金属複合酸化物粒子の総量に対する第1の還元剤の量(以下、単に、第1の還元剤の量と称するときがある)が5質量%を超えると、LiPOの残存量が多くなり過ぎて、正極活物質の割合が低下することと、保護層が厚くなり過ぎる結果、放電容量が低下することがある。一方、第1の還元剤の量が1質量%未満であると、正極活物質粒子の表面近傍部でスピネル構造へ十分に変化しないため、負荷特性を十分に向上させることができない場合がある。したがって、リン酸塩を第1の還元剤として用いる場合には、第1の還元剤の量は1〜5質量%に規制するのが望ましい。」(段落[0024])と記載されている。
Patent Document 3 discloses that “chemical formula Li 1 + xs Mn 1- xy My O 2−t (0 <x <0.33, 0 <y <0.66, 0 <s <0.3, 0 <T <0.15, and M is at least one transition metal excluding manganese). First, a first lithium-containing transition metal composite oxide particle is immersed in an aqueous solution containing a first reducing agent. And a second step of performing a heat treatment in a temperature range of 200 to 500 ° C. in a state where the solution containing the first reducing agent is attached to the high lithium-containing transition metal composite oxide particles. The invention according to claim 6 is described. As an object of the present invention, “the present invention is directed to the load characteristics and charge / discharge efficiency while suppressing the decrease in energy density. Dramatically improve various battery characteristics such as improved battery capacity and increased discharge capacity “Providing a positive electrode active material, a method for producing the positive electrode active material, and a battery using the positive electrode active material” (paragraph [0013]).
Patent Document 3 states that “Li 3 PO 4 is produced as a residue on the surface of the positive electrode active material particles when phosphate is used as the first reducing agent as in the above configuration. Since 3 PO 4 is not water-soluble, it cannot be easily removed, so that Li 3 PO 4 exhibits a function as a protective layer on the surface of the positive electrode active material particles, so that even if charging and discharging are repeated. , It is possible to suppress the elution of transition metal atoms from the positive electrode active material, resulting in improved cycle characteristics, provided that the amount of the first reducing agent relative to the total amount of the high lithium-containing transition metal composite oxide particles (hereinafter simply referred to as (Sometimes referred to as the amount of the first reducing agent) exceeds 5% by mass, the remaining amount of Li 3 PO 4 becomes too large, the proportion of the positive electrode active material decreases, and the protective layer becomes thicker. Too much result On the other hand, if the amount of the first reducing agent is less than 1% by mass, it does not change sufficiently to the spinel structure in the vicinity of the surface of the positive electrode active material particles, so Therefore, when phosphate is used as the first reducing agent, the amount of the first reducing agent is preferably regulated to 1 to 5% by mass ”(paragraph [ 0024]).

特許文献4には、「層状構造を有し、下記組成式(1)で表される、活物質。
LiNiCoMnz1z2 (1)
[上記式(1)中、元素MはAl,Si,Zr,Ti,Fe,Mg,Nb,Ba及びVからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、1.9≦(a+b+c+d+y)≦2.1、1.0≦y≦1.3、0<a≦0.3、0≦b≦0.25、0.3≦c≦0.7、0≦d≦0.1、0.07≦z1≦0.15、0.01≦z2≦0.1、1.9≦(x+z1)≦2.1。]」(請求項1)の発明が記載され、この発明の目的として、「高容量でかつ高電位での充放電サイクル耐久性に優れた活物質、活物質の製造方法及びリチウムイオン二次電池を提供すること」(段落[0006])が示されている。
また、特許文献4には、「リチウム化合物(第二前駆体)を、リチウムイオン二次電池の正極表面に塗布して、リチウム化合物の層を形成する。リチウムイオン二次電池は、電解質塩としてLiPFを溶解させた非水電解質を備える。このリチウムイオン二次電池を1回以上充放電させる。この充放電工程により、上記組成式(2)で表されるリチウム化合物(第二前駆体)の結晶構造の内部に、LiPFに由来するP及びFが拡散する。その結果、層状構造を有し、下記組成式(1)で表される本実施形態の活物質が得られる。つまり、上記組成式(2)で表される第二前駆体の層を備えるリチウムイオン二次電池に対して1回以上充放電工程を実施することにより、下記組成式(1)で表される活物質の層(正極活物質層)を備えるリチウムイオン二次電池が完成する。
LiNiCoMnz1z2 (1)」(段落[0030])と記載されている。
Patent Document 4 discloses an “active material having a layered structure and represented by the following composition formula (1).
Li y Ni a Co b Mn c M d O x F z1 P z2 (1)
[In the above formula (1), the element M is at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Zr, Ti, Fe, Mg, Nb, Ba and V, and 1.9 ≦ (a + b + c + d + y) ≦ 2.1, 1.0 ≦ y ≦ 1.3, 0 <a ≦ 0.3, 0 ≦ b ≦ 0.25, 0.3 ≦ c ≦ 0.7, 0 ≦ d ≦ 0.1, 0. 07 ≦ z1 ≦ 0.15, 0.01 ≦ z2 ≦ 0.1, 1.9 ≦ (x + z1) ≦ 2.1. The invention according to claim 1 is described, and as an object of the present invention, “active material having high capacity and excellent charge / discharge cycle durability at high potential, method for producing active material, and lithium ion secondary battery” Is provided "(paragraph [0006]).
Patent Document 4 discloses that “a lithium compound (second precursor) is applied to the positive electrode surface of a lithium ion secondary battery to form a lithium compound layer. The lithium ion secondary battery is used as an electrolyte salt. A non-aqueous electrolyte in which LiPF 6 is dissolved is provided, and the lithium ion secondary battery is charged and discharged at least once, whereby the lithium compound (second precursor) represented by the composition formula (2) is obtained by this charging and discharging process. P and F derived from LiPF 6 are diffused inside the crystal structure, and as a result, the active material of this embodiment having a layered structure and represented by the following composition formula (1) is obtained. An active material represented by the following composition formula (1) is obtained by carrying out the charge / discharge process once or more for a lithium ion secondary battery including the layer of the second precursor represented by the composition formula (2). Layer (positive electrode active material layer) Lithium ion secondary battery is completed.
Li y Ni a Co b Mn c M d O x F z1 P z2 (1) "is described as (paragraph [0030]).

特許文献5には、「遷移金属として少なくともMnを含むリチウム遷移金属複合酸化物の表面に、金属フッ化物とリン酸リチウム化合物を有することを特徴とするリチウム二次電池用正極材料。」(請求項1)及び「前記リチウム遷移金属複合酸化物が、六方晶の層状構造を有し、組成式LiMnx1-x2(但し、0.3≦x≦0.6。MはLi,B,Mg,Al,Co,Niからなる群より選択される一つ以上の元素である)で表わされるリチウム遷移金属複合酸化物、或いは、立方晶のスピネル構造を有し、組成式LiMny1-y4(但し、1.5≦y≦1.9。NはLi,Mg,Al,Niからなる群より選択される一つ以上の元素である)で表わされるリチウム遷移金属複合酸化物、であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用正極材料。(請求項2)の発明が記載され、この発明の課題として、「導電性を低下させることなく、高温・高電圧下でも安定的にMn溶出を抑制できる表面被覆リチウムマンガン複合酸化物を正極材料として用い、高温サイクル特性に優れたリチウム二次電池を提供すること」(段落[0010])が示されている。 Patent Document 5 states that “a positive electrode material for a lithium secondary battery having a metal fluoride and a lithium phosphate compound on the surface of a lithium transition metal composite oxide containing at least Mn as a transition metal” (claimed). Item 1) and “The lithium transition metal composite oxide has a hexagonal layered structure and a composition formula LiMn x M 1-x O 2 (where 0.3 ≦ x ≦ 0.6. B, Mg, Al, Co, lithium-transition metal composite oxide represented by a one or more elements selected from the group consisting of Ni), or has a cubic spinel structure and the composition formula LiMn y N 1-y O 4 (wherein 1.5 ≦ y ≦ 1.9, N is one or more elements selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ni) The lithi according to claim 1, wherein A positive electrode material for a secondary battery.The invention of (Claim 2) is described, and an object of the present invention is “a surface coating that can stably suppress elution of Mn even at high temperature and high voltage without reducing conductivity” "Providing a lithium secondary battery excellent in high-temperature cycle characteristics using lithium manganese composite oxide as a positive electrode material" (paragraph [0010]) is shown.

特許文献6には、「組成式LiMnx1-x2(但し、0.1≦x≦0.6、MはLi,Mg,Al,Ti,Co,Ni,Moからなる群より選択される一つ以上の元素である)で表わされる層状構造を有するリチウムマンガン複合酸化物を有するリチウム二次電池用正極材料において、前記リチウムマンガン複合酸化物の表面に、リン酸化合物と、A(AはMg,Al,Ti,Cuからなる群より選択される一つ以上の元素である)を含む酸化物またはフッ化物とを含む被覆層を有し、前記被覆層におけるリンの原子濃度は、表層側が前記リチウムマンガン複合酸化物側よりも高いことを特徴とするリチウム二次電池用正極材料。」 (請求項1)の発明が記載され、この発明の目的として、「層状構造を有するリチウムマンガン複合酸化物の被覆に用いる化合物の役割を鑑み、被覆化合物の配置を最適化して、被覆の効果を向上させることを課題とした。さらに、充電状態で熱安定性に優れる表面被覆リチウムマンガン複合酸化物を正極材料として用い、安全性に優れたリチウム二次電池を提供すること」(段落[0006])が示されている。 Patent Document 6 states that “composition formula LiMn x M 1-x O 2 (where 0.1 ≦ x ≦ 0.6, M is selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ti, Co, Ni, Mo). In the positive electrode material for a lithium secondary battery having a lithium manganese composite oxide having a layered structure represented by a phosphoric acid compound and A (on the surface of the lithium manganese composite oxide) A is a coating layer containing an oxide or fluoride containing one or more elements selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, and Cu, and the atomic concentration of phosphorus in the coating layer is: The positive electrode material for a lithium secondary battery characterized in that the surface layer side is higher than the lithium manganese composite oxide side. "(Claim 1) The invention of (claim 1) is described, and as an object of this invention," lithium manganese having a layered structure " Complex oxide In view of the role of the compound used for coating, it was an object to optimize the arrangement of the coating compound to improve the coating effect, and to use a surface-coated lithium manganese composite oxide having excellent thermal stability in a charged state as a positive electrode material. To provide a lithium secondary battery excellent in safety ”(paragraph [0006]).

WO2012/091015WO2012 / 091015 WO2013/084923WO2013 / 084923 特開2011−96626号公報JP 2011-96626 A 特開2012−38564号公報JP 2012-38564 A 特開2010−232001号公報JP2010-23001A 特開2012−38534号公報JP 2012-38534 A

上記したMeとしてNi,Co及びMnを含み、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5以上である活物質の放電容量は、概して、従来の「LiMeO型」活物質よりも大きいものの、高率放電性能が劣ることが知られている。近年、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車といった自動車分野に使用されるリチウム二次電池には、放電容量が大きいだけではなく、高率放電性能が優れた正極活物質が求められている。なお、特許文献3及び4には、MeとしてNi,Co及びMnを含み、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5以上である活物質をリン酸処理することが記載されているが、特許文献3に記載された正極活物質は、本発明と比較して付着しているP元素がはるかに多い(3100〜15000ppmに換算される)ものであり、また、特許文献4に記載された活物質は、LiPFを溶解させた非水電解質を用いた充放電によりPを拡散させたものであり、このPは洗浄によって除去されるものである。特許文献5及び6に記載されたリン酸処理した活物質は、基本的に「LiMeO型」正極活物質であり、MeとしてNi,Co及びMnを含み、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5以上である活物質ではない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、MeとしてNi,Co及びMnを含み、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5以上である活物質であり、高率放電性能が優れたリチウム二次電池用正極活物質、及びその正極活物質を用いたリチウム二次電池を提供することを課題とする。
Although the above-mentioned Me contains Ni, Co and Mn, the discharge capacity of the active material in which the molar ratio of Mn to Me, Mn / Me is 0.5 or more, is generally larger than that of the conventional “LiMeO 2 type” active material. It is known that the high rate discharge performance is inferior. In recent years, lithium secondary batteries used in the automotive field such as electric vehicles, hybrid vehicles, and plug-in hybrid vehicles are required to have a positive electrode active material that not only has a large discharge capacity but also an excellent high-rate discharge performance. Patent Documents 3 and 4 describe that an active material containing Ni, Co, and Mn as Me and having a molar ratio of Mn to Me of Mn / Me of 0.5 or more is subjected to phosphoric acid treatment. The positive electrode active material described in Patent Document 3 has much more P element adhering than that of the present invention (converted to 3100-15000 ppm), and is described in Patent Document 4. The active material is obtained by diffusing P by charge / discharge using a non-aqueous electrolyte in which LiPF 6 is dissolved, and this P is removed by washing. The phosphoric acid-treated active material described in Patent Documents 5 and 6 is basically a “LiMeO 2 type” positive electrode active material, which contains Ni, Co and Mn as Me, and the molar ratio of Mn to Me, Mn / Me. Is not an active material having 0.5 or more.
The present invention has been made in view of the above problems, and is an active material containing Ni, Co and Mn as Me, and having a molar ratio of Mn to Me, Mn / Me of 0.5 or more, and high rate discharge performance. It is an object of the present invention to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery using the positive electrode active material.

本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(1)α−NaFeO構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、前記遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、前記遷移金属中のMnのモル比Mn/MeがMn/Me≧0.5であり、CuKα線源を用いたエックス線回折パターンにおける2θ=44±1°の回折ピークの半値幅が0.265°以上で、且つ、P元素を含有することを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
(2)前記P元素の量が2000ppm以下であることを特徴とする前記(1)のリチウム二次電池用正極活物質。
(3)前記リチウム遷移金属複合酸化物は、リン酸処理後の熱処理によりPを含有させたものであることを特徴とする前記(1)又は(2)のリチウム二次電池用正極活物質。
(4)前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きい、前記(1)〜(3)のいずれか1項のリチウム二次電池用正極活物質。
(5)前記(1)〜(4)のいずれか1項のリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用電極。
(6)前記(5)のリチウム二次電池用電極を備えたリチウム二次電池。
(7)前記(6)のリチウム二次電池を複数個集合して構成した蓄電装置。
In the present invention, in order to solve the above problems, the following means are adopted.
(1) A positive electrode active material for a lithium secondary battery including a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 structure, wherein the transition metal (Me) is Co, Ni, and The Mn molar ratio Mn / Me in the transition metal is Mn / Me ≧ 0.5, and the half width of the diffraction peak at 2θ = 44 ± 1 ° in the X-ray diffraction pattern using the CuKα radiation source is A positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is 0.265 ° or more and contains a P element.
(2) The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to (1), wherein the amount of the P element is 2000 ppm or less.
(3) The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to (1) or (2), wherein the lithium transition metal composite oxide contains P by heat treatment after phosphoric acid treatment.
(4) The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to (3), wherein a molar ratio Li / Me of lithium (Li) to the transition metal is greater than 1.
(5) The electrode for lithium secondary batteries containing the positive electrode active material for lithium secondary batteries of any one of said (1)-(4).
(6) A lithium secondary battery comprising the lithium secondary battery electrode of (5).
(7) A power storage device configured by assembling a plurality of the lithium secondary batteries of (6).

本発明によれば、新規なリチウム遷移金属複合酸化物を含有する正極活物質を用いることにより、高率放電性能、特に充放電サイクル後の高率放電性能が優れたリチウム二次電池を提供することができる。   According to the present invention, by using a positive electrode active material containing a novel lithium transition metal composite oxide, a lithium secondary battery excellent in high-rate discharge performance, particularly high-rate discharge performance after a charge / discharge cycle is provided. be able to.

本発明に係るリチウム二次電池の一実施形態を示す外観斜視図1 is an external perspective view showing an embodiment of a lithium secondary battery according to the present invention. 本発明に係るリチウム二次電池を複数個集合した蓄電装置を示す概略図Schematic showing a power storage device in which a plurality of lithium secondary batteries according to the present invention are assembled

本発明者らは、遷移金属(Me)としてNi,Co及びMnを含み、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5以上である活物質(リチウム遷移金属複合酸化物)をリン酸で処理後、熱処理した場合、酸のpH、酸による処理時間、熱処理温度が適正な範囲であれば、高率放電性能、特に充放電サイクル後の高率放電性能が向上することを見出して、本発明を完成させた。上記(1)のように、リチウム遷移金属複合酸化物のMn/Me比、半値幅、P元素の有無を確認することにより、上記効果を奏するものが得られることが分かる。
活物質をリン酸で処理することによって、化学的にLiを脱離させると、活物質の結晶性が変化し、また、細孔状態が変化する。そのため、活物質内の電解液の拡散が改善され、活物質の電気化学的特性が向上すると考えられる。
リン酸処理後の熱処理により、活物質上に、リン酸リチウムあるいはメタリン酸(HPOの様に高分子化したPの層が形成されていると考えられる。これらの化合物は洗浄では除去されず、分解除去には1000℃以上での加熱を要するから、電解液や添加剤由来のP(洗浄で除去される)とは区別できる。
The present inventors include phosphoric acid as an active material (lithium transition metal composite oxide) containing Ni, Co and Mn as transition metals (Me) and having a molar ratio of Mn to Me, Mn / Me of 0.5 or more. When the heat treatment is performed after the treatment, it is found that if the acid pH, the treatment time with the acid, and the heat treatment temperature are in an appropriate range, the high rate discharge performance, particularly the high rate discharge performance after the charge / discharge cycle is improved. Completed the invention. As shown in the above (1), it can be seen that by confirming the Mn / Me ratio, the half width, and the presence or absence of the P element of the lithium transition metal composite oxide, the lithium transition metal composite oxide having the above effect can be obtained.
When Li is chemically desorbed by treating the active material with phosphoric acid, the crystallinity of the active material changes and the pore state changes. Therefore, it is considered that the diffusion of the electrolytic solution in the active material is improved and the electrochemical characteristics of the active material are improved.
By heat treatment after the phosphoric acid treatment, it is considered that a polymerized P layer such as lithium phosphate or metaphosphoric acid (HPO 3 ) n is formed on the active material. Since these compounds are not removed by washing and require heating at 1000 ° C. or higher for decomposition and removal, they can be distinguished from P derived from an electrolytic solution and additives (removed by washing).

本発明に係るリチウム二次電池用活物質が含有するリチウム遷移金属複合酸化物の組成は、高い放電容量が得られる点から、遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、モル比Mn/Meが0.5以上である。モル比Mn/Meは0.6以上が好ましく、0.6〜0.75とすることがより好ましい。   The composition of the lithium transition metal composite oxide contained in the active material for lithium secondary battery according to the present invention is that the transition metal (Me) contains Co, Ni and Mn, and the molar ratio Mn / Me is 0.5 or more. The molar ratio Mn / Me is preferably 0.6 or more, and more preferably 0.6 to 0.75.

本発明においては、リチウム二次電池の初期効率及び高率放電性能を向上させるために、遷移金属元素Meに対するCoのモル比Co/Meは、0.05〜0.40とすることが好ましく、0.10〜0.30とすることがより好ましい。   In the present invention, in order to improve the initial efficiency and high rate discharge performance of the lithium secondary battery, the molar ratio Co / Me of Co to the transition metal element Me is preferably 0.05 to 0.40, It is more preferable to set it as 0.10-0.30.

本発明においては、充放電サイクル性能を良好とするために、前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きい。この特徴は、Li1+αMe1−α((1+α)/(1−α)>1)と表記することができる。 In the present invention, the molar ratio Li / Me of lithium (Li) to the transition metal is greater than 1 in order to improve charge / discharge cycle performance. This feature can be expressed as Li 1 + α Me 1-α O 2 ((1 + α) / (1-α)> 1).

なかでも、初期効率及び高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得るために、遷移金属元素Meに対するLiのモル比Li/Meは、1.2より大きく且つ1.6より小さくとすること、すなわち、組成式Li1+αMe1−αにおいて1.2<(1+α)/(1−α)<1.6とすることが好ましい。特に、放電容量が特に大きく、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができるという観点から、前記Li/Meが1.25〜1.5のものを選択することが好ましい。 In particular, in order to obtain a lithium secondary battery with excellent initial efficiency and high rate discharge performance, the molar ratio Li / Me of Li to the transition metal element Me should be larger than 1.2 and smaller than 1.6. That is, it is preferable that 1.2 <(1 + α) / (1-α) <1.6 in the composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 . In particular, from the viewpoint that a lithium secondary battery having a particularly large discharge capacity and excellent high-rate discharge performance can be obtained, it is preferable to select one having the Li / Me of 1.25 to 1.5.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、一般式Li1+α(CoNiMn1−α、但し、(1+α)/(1−α)>1、a+b+c=1、a>0、b>0、c>0で表わされるものであり、本質的に、Li、Co、Ni及びMnからなる複合酸化物であるが、放電容量を向上させるために、Naを1000ppm以上含ませることが好ましい。Naの含有量は、2000〜10000ppmがより好ましい。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention has a general formula Li 1 + α (Co a Ni b Mn c ) 1-α O 2 , provided that (1 + α) / (1-α)> 1, a + b + c = 1, a> 0, b> 0, c> 0, which is essentially a composite oxide composed of Li, Co, Ni, and Mn, but contains 1000 ppm or more of Na in order to improve the discharge capacity. It is preferable. As for content of Na, 2000-10000 ppm is more preferable.

Naを含有させるために、後述する炭酸塩前駆体を作製する工程において、炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を中和剤として使用し、洗浄工程でNaを残存させるか、及び、その後の焼成工程において炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を添加する方法を採用することができる。   In order to contain Na, in the step of preparing a carbonate precursor, which will be described later, a sodium compound such as sodium carbonate is used as a neutralizing agent, and Na is left in the washing step. A method of adding a sodium compound such as sodium can be employed.

また、本発明の効果を損なわない範囲で、Na以外のアルカリ金属、Mg,Ca等のアルカリ土類金属、Fe,Zn等の3d遷移金属に代表される遷移金属など少量の他の金属を含有することを排除するものではない。   In addition, a small amount of other metals such as alkali metals other than Na, alkaline earth metals such as Mg and Ca, transition metals typified by 3d transition metals such as Fe and Zn, and the like are included as long as the effects of the present invention are not impaired. It does not exclude doing.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、α−NaFeO構造を有している。合成後(充放電を行う前)の上記リチウム遷移金属複合酸化物は、空間群P312あるいはR3−mに帰属される。このうち、空間群P312に帰属されるものには、CuKα管球を用いたエックス線回折図上、2θ=21°付近に超格子ピーク(Li[Li1/3Mn2/3]O型の単斜晶に見られるピーク)が確認される。ところが、一度でも充電を行い、結晶中のLiが脱離すると結晶の対称性が変化することにより、上記超格子ピークが消滅して、上記リチウム遷移金属複合酸化物は空間群R3−mに帰属されるようになる。ここで、P312は、R3−mにおける3a、3b、6cサイトの原子位置を細分化した結晶構造モデルであり、R3−mにおける原子配置に秩序性が認められるときに該P312モデルが採用される。なお、「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。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention has an α-NaFeO 2 structure. The lithium transition metal composite oxide after synthesis (before charging and discharging) is attributed to the space group P3 1 12 or R3-m. Among these, those belonging to the space group P3 1 12 are superlattice peaks (Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 near 2θ = 21 ° on the X-ray diffraction diagram using the CuKα tube. The peak observed in the monoclinic type) is confirmed. However, when charging is performed once and Li in the crystal is desorbed, the symmetry of the crystal changes, whereby the superlattice peak disappears and the lithium transition metal composite oxide belongs to the space group R3-m. Will come to be. Here, P3 1 12 is a crystal structure model in which the atomic positions of the 3a, 3b, and 6c sites in R3-m are subdivided, and when ordering is recognized in the atomic arrangement in R3-m, the P3 1 12 model Is adopted. Note that “R3-m” should be represented by adding a bar “-” on “3” of “R3m”.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、CuKα線源を用いたエックス線回折パターンにおける2θ=44±1°の回折ピークの半値幅を0.265°以上とする。こうすることにより、正極活物質の高率放電性能を向上させることが可能となる。2θ=44±1°の回折ピークの半値幅の上限は限定されるものではないが、0.285程度までとすることができる。なお、2θ=44±1°の回折ピークは、空間群P312では(114)面、空間群R3−mでは(104)面にそれぞれ指数付けされる。 In the lithium transition metal composite oxide according to the present invention, the half width of the diffraction peak at 2θ = 44 ± 1 ° in the X-ray diffraction pattern using the CuKα radiation source is 0.265 ° or more. By doing so, it becomes possible to improve the high rate discharge performance of the positive electrode active material. The upper limit of the half width of the diffraction peak at 2θ = 44 ± 1 ° is not limited, but can be up to about 0.285. The diffraction peak at 2θ = 44 ± 1 ° is indexed on the (114) plane in the space group P3 1 12 and on the (104) plane in the space group R3-m.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、リン酸処理後に、結晶性について上記のような特定の条件を満たすことが必要であるが、それに加えて、P元素を含有することが必要である。これは、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP測定)においてP元素が検出されることにより確認できる。P元素の量は、後述するように、処理液のpH及び処理時間に連動している。また、実施例及び比較例に示されるように、リン酸処理によりP元素の量を同じにしても、その後の熱処理の有無、熱処理条件によっては、リチウム遷移金属複合酸化物の2θ=44±1°の回折ピークの半値幅が0.265°以上にならない場合がある。本発明に係る正極活物質においては、2θ=44±1°の回折ピークの半値幅が0.265°以上であり、かつ、P元素が検出される場合に、高率放電性能が向上する。P元素の含有量は、300ppm以上が好ましく、300〜2000ppmがより好ましい。   The lithium transition metal composite oxide according to the present invention is required to satisfy the specific conditions as described above for crystallinity after the phosphoric acid treatment, but in addition to that, it must contain a P element. . This can be confirmed by detecting the P element in high frequency inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP measurement). The amount of element P is linked to the pH of the treatment liquid and the treatment time, as will be described later. Further, as shown in Examples and Comparative Examples, even if the amount of P element is the same by phosphoric acid treatment, 2θ = 44 ± 1 of the lithium transition metal composite oxide depending on the presence or absence of the subsequent heat treatment and the heat treatment conditions. In some cases, the half-value width of the diffraction peak at 0 ° does not exceed 0.265 °. In the positive electrode active material according to the present invention, when the half-value width of the diffraction peak at 2θ = 44 ± 1 ° is 0.265 ° or more and the P element is detected, the high rate discharge performance is improved. The content of P element is preferably 300 ppm or more, and more preferably 300 to 2000 ppm.

さらに、リチウム遷移金属複合酸化物は、エックス線回折パターンを基にリートベルト法による結晶構造解析から求められる酸素位置パラメータが、放電末において0.262以下、充電末において0.267以上であることが好ましい。これにより、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができる。なお、酸素位置パラメータとは、空間群R3−mに帰属されるリチウム遷移金属複合酸化物のα―NaFeO型結晶構造について、Me(遷移金属)の空間座標を(0,0,0)、Li(リチウム)の空間座標を(0,0,1/2)、O(酸素)の空間座標を(0,0,z)と定義したときの、zの値をいう。即ち、酸素位置パラメータは、O(酸素)位置がMe(遷移金属)位置からどれだけ離れているかを示す相対的な指標となる(特許文献1及び2参照)。 Further, in the lithium transition metal composite oxide, the oxygen position parameter obtained from the crystal structure analysis by the Rietveld method based on the X-ray diffraction pattern may be 0.262 or less at the end of discharge and 0.267 or more at the end of charge. preferable. Thereby, a lithium secondary battery excellent in high rate discharge performance can be obtained. Note that the oxygen positional parameter is Me (transition metal) spatial coordinates (0, 0, 0) for the α-NaFeO 2 type crystal structure of the lithium transition metal composite oxide belonging to the space group R3-m, This is the value of z when the spatial coordinates of Li (lithium) are defined as (0, 0, 1/2) and the spatial coordinates of O (oxygen) are defined as (0, 0, z). In other words, the oxygen position parameter is a relative index indicating how far the O (oxygen) position is from the Me (transition metal) position (see Patent Documents 1 and 2).

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物及びその炭酸塩前駆体は、粒度分布測定における50%粒子径(D50)が5〜18μmであることが好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物を水酸化物前駆体から作製する場合はもっと小粒径に制御しないと優れた性能が得られないが、炭酸塩前駆体から作製することにより、粒度分布測定における50%粒子径(D50)が5〜18μm程度であっても、放電容量が大きい正極活物質が得られる。   The lithium transition metal composite oxide and its carbonate precursor according to the present invention preferably have a 50% particle diameter (D50) of 5 to 18 μm in the particle size distribution measurement. When producing a lithium transition metal composite oxide from a hydroxide precursor, excellent performance cannot be obtained unless the particle size is controlled to be smaller, but by producing from a carbonate precursor, 50% in the particle size distribution measurement. Even when the particle diameter (D50) is about 5 to 18 μm, a positive electrode active material having a large discharge capacity can be obtained.

本発明に係る正極活物質のBET比表面積は、初期効率、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得るために、1m/g以上が好ましく、2〜7m/gがより好ましい。
また、タップ密度は、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得るために、1.25g/cc以上が好ましく、1.7g/cc以上がより好ましい。
BET specific surface area of the positive electrode active material according to the present invention, the initial efficiency, in order to obtain a lithium secondary battery having excellent high rate discharge performance, preferably at least 1m 2 / g, 2~7m 2 / g is more preferable.
Further, the tap density is preferably 1.25 g / cc or more, and more preferably 1.7 g / cc or more in order to obtain a lithium secondary battery excellent in high rate discharge performance.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた微分細孔容積の最大値を示す細孔径が60nmまでの範囲内の細孔領域(60nmまでの細孔領域)にて0.055cc/g以上の細孔容積とすることが好ましい。これにより、初期効率及び高率放電性能が優れたリチウム二次電池を得ることができる。また、上記細孔容積を0.08cc/g以下とすることにより、高率放電性能が特に優れたリチウム二次電池を得ることができるから、上記細孔容積は0.055〜0.08cc/gであることが好ましい。   The lithium transition metal composite oxide according to the present invention has a pore region having a pore diameter within a range of up to 60 nm, which indicates the maximum value of the differential pore volume determined by the BJH method from the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method ( It is preferable that the pore volume be 0.055 cc / g or more in the pore region (up to 60 nm). Thereby, a lithium secondary battery excellent in initial efficiency and high rate discharge performance can be obtained. In addition, by setting the pore volume to 0.08 cc / g or less, a lithium secondary battery having particularly excellent high rate discharge performance can be obtained. Therefore, the pore volume is 0.055 to 0.08 cc / g. It is preferable that it is g.

次に、本発明のリチウム二次電池用活物質を製造する方法について説明する。
本発明のリチウム二次電池用活物質は、基本的に、活物質を構成する金属元素(Li,Mn,Co,Ni)を目的とする活物質(酸化物)の組成通りに含有する原料を調整し、これを焼成することによって得ることができる。但し、Li原料の量については、焼成中にLi原料の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。
目的とする組成の酸化物を作製するにあたり、Li,Co,Ni,Mnのそれぞれの塩を混合・焼成するいわゆる「固相法」や、あらかじめCo,Ni,Mnを一粒子中に存在させた共沈前駆体を作製しておき、これにLi塩を混合・焼成する「共沈法」が知られている。「固相法」による合成過程では、特にMnはCo,Niに対して均一に固溶しにくいため、各元素が一粒子中に均一に分布した試料を得ることは困難である。これまで文献などにおいては固相法によってNiやCoの一部にMnを固溶(LiNi1−xMnなど)しようという試みが多数なされているが、「共沈法」を選択する方が原子レベルで均一相を得ることが容易である。そこで、後述する実施例においては、「共沈法」を採用した。
Next, a method for producing the active material for a lithium secondary battery of the present invention will be described.
The active material for a lithium secondary battery of the present invention basically includes a raw material containing a metal element (Li, Mn, Co, Ni) constituting the active material according to the composition of the active material (oxide). It can be obtained by adjusting and baking this. However, with respect to the amount of the Li raw material, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li raw material during firing.
In producing an oxide having a desired composition, a so-called “solid phase method” in which salts of Li, Co, Ni, and Mn are mixed and fired, or Co, Ni, and Mn were previously present in one particle. A “coprecipitation method” is known in which a coprecipitation precursor is prepared, and a Li salt is mixed and fired therein. In the synthesis process by the “solid phase method”, especially Mn is difficult to uniformly dissolve in Co and Ni, so it is difficult to obtain a sample in which each element is uniformly distributed in one particle. In literatures and the like, many attempts have been made to dissolve Mn in a part of Ni or Co (LiNi 1-x Mn x O 2 etc.) by solid phase method, but the “coprecipitation method” is selected. It is easier to obtain a homogeneous phase at the atomic level. Therefore, the “coprecipitation method” is employed in the examples described later.

共沈前駆体を作製するにあたって、Co,Ni,MnのうちMnは酸化されやすく、Co,Ni,Mnが2価の状態で均一に分布した共沈前駆体を作製することが容易ではないため、Co,Ni,Mnの原子レベルでの均一な混合は不十分なものとなりやすい。特に本発明の組成範囲においては、Mn比率がCo,Ni比率に比べて高いので、水溶液中の溶存酸素を除去することが特に重要である。溶存酸素を除去する方法としては、酸素を含まないガスをバブリングする方法が挙げられる。酸素を含まないガスとしては、限定されるものではないが、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素(CO)等を用いることができる。なかでも、後述する実施例のように、共沈炭酸塩前駆体を作製する場合には、酸素を含まないガスとして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。 When preparing a coprecipitation precursor, Mn is easily oxidized among Co, Ni and Mn, and it is not easy to prepare a coprecipitation precursor in which Co, Ni and Mn are uniformly distributed in a divalent state. Uniform mixing at the atomic level of Co, Ni and Mn tends to be insufficient. In particular, in the composition range of the present invention, since the Mn ratio is higher than the Co and Ni ratios, it is particularly important to remove dissolved oxygen in the aqueous solution. Examples of the method for removing dissolved oxygen include a method of bubbling a gas not containing oxygen. The gas not containing oxygen is not limited, but nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide (CO 2 ), or the like can be used. Among these, when preparing a coprecipitated carbonate precursor as in the examples described later, it is preferable to employ carbon dioxide as a gas not containing oxygen because an environment in which carbonate is more easily generated is provided. .

溶液中でCo、Ni及びMnを含有する化合物を共沈させて前駆体を製造する工程におけるpHは限定されるものではないが、前記共沈前駆体を共沈炭酸塩前駆体として作製しようとする場合には、7.5〜11とすることができる。タップ密度を大きくするためには、pHを制御することが好ましい。pHを9.4以下とすることにより、タップ密度を1.25g/cc以上とすることができ、高率放電性能を向上させることができる。さらに、pHを8.0以下とすることにより、粒子成長速度を促進できるので、原料水溶液滴下終了後の撹拌継続時間を短縮できる。   Although the pH in the step of producing a precursor by co-precipitation of a compound containing Co, Ni and Mn in a solution is not limited, an attempt is made to prepare the co-precipitation precursor as a co-precipitation carbonate precursor. When it does, it can be set to 7.5-11. In order to increase the tap density, it is preferable to control the pH. By setting the pH to 9.4 or less, the tap density can be set to 1.25 g / cc or more, and the high rate discharge performance can be improved. Furthermore, since the particle growth rate can be accelerated by setting the pH to 8.0 or less, the stirring continuation time after completion of dropping of the raw material aqueous solution can be shortened.

前記共沈前駆体は、MnとNiとCoとが均一に混合された化合物であることが好ましい。本発明においては、放電容量が大きいリチウム二次電池用活物質を得るために、共沈前駆体を炭酸塩とすることが好ましい。また、錯化剤を用いた晶析反応等を用いることによって、より嵩密度の大きな前駆体を作製することもできる。その際、Li源と混合・焼成することでより高密度の活物質を得ることができるので電極面積あたりのエネルギー密度を向上させることができる。   The coprecipitation precursor is preferably a compound in which Mn, Ni, and Co are uniformly mixed. In the present invention, in order to obtain an active material for a lithium secondary battery having a large discharge capacity, the coprecipitation precursor is preferably a carbonate. In addition, a precursor having a larger bulk density can be produced by using a crystallization reaction using a complexing agent. At that time, a higher density active material can be obtained by mixing and firing with a Li source, so that the energy density per electrode area can be improved.

前記共沈前駆体の原料は、Mn化合物としては酸化マンガン、炭酸マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン等を、Ni化合物としては、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル等を、Co化合物としては、硫酸コバルト、硝酸コバルト、酢酸コバルト等を一例として挙げることができる。   The raw materials for the coprecipitation precursor include manganese oxide, manganese carbonate, manganese sulfate, manganese nitrate, manganese acetate, etc. as the Mn compound, and nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel sulfate, nickel nitrate, nickel acetate as the Ni compound. As examples of the Co compound, cobalt sulfate, cobalt nitrate, cobalt acetate, and the like can be given as examples.

本発明においては、アルカリ性を保った反応槽に前記共沈前駆体の原料水溶液を滴下供給して共沈炭酸塩前駆体を得る反応晶析法を採用する。ここで、中和剤として、リチウム化合物、ナトリウム化合物、カリウム化合物等を使用することができるが、炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウムと炭酸リチウム、又は、炭酸ナトリウムと炭酸カリウムの混合物を使用することが好ましい。Naを1000ppm以上残存させるために、炭酸ナトリウムと炭酸リチウムのモル比であるNa/Li、又は、炭酸ナトリウムと炭酸カリウムのモル比であるNa/Kは、1/1[M]以上とすることが好ましい。Na/Li又はNa/Kを1/1[M]以上とすることにより、引き続く洗浄工程でNaが除去されすぎて1000ppm未満となってしまう虞を低減できる。   In the present invention, a reaction crystallization method is employed in which a raw material aqueous solution of the coprecipitation precursor is supplied dropwise to a reaction tank maintaining alkalinity to obtain a coprecipitation carbonate precursor. Here, lithium compounds, sodium compounds, potassium compounds, and the like can be used as the neutralizing agent, but it is preferable to use sodium carbonate, sodium carbonate and lithium carbonate, or a mixture of sodium carbonate and potassium carbonate. In order to leave Na at least 1000 ppm, Na / Li, which is the molar ratio of sodium carbonate to lithium carbonate, or Na / K, which is the molar ratio of sodium carbonate to potassium carbonate, is 1/1 [M] or more. Is preferred. By setting Na / Li or Na / K to 1/1 [M] or more, it is possible to reduce the possibility that Na will be excessively removed in the subsequent washing step and become less than 1000 ppm.

前記原料水溶液の滴下速度は、生成する共沈前駆体の1粒子内における元素分布の均一性に大きく影響を与える。特にMnは、CoやNiと均一な元素分布を形成しにくいので注意が必要である。好ましい滴下速度については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、30ml/min以下が好ましい。放電容量を向上させるためには、滴下速度は10ml/min以下がより好ましく、5ml/min以下が最も好ましい。   The dropping speed of the raw material aqueous solution greatly affects the uniformity of element distribution in one particle of the coprecipitation precursor to be generated. In particular, Mn is difficult to form a uniform element distribution with Co and Ni, so care must be taken. The preferred dropping rate is influenced by the reaction vessel size, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but is preferably 30 ml / min or less. In order to improve the discharge capacity, the dropping rate is more preferably 10 ml / min or less, and most preferably 5 ml / min or less.

また、反応槽内に錯化剤が存在し、かつ一定の対流条件を適用した場合、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続けることにより、粒子の自転および攪拌槽内における公転が促進され、この過程で、粒子同士が衝突しつつ、粒子が段階的に同心円球状に成長する。即ち、共沈前駆体は、反応槽内に原料水溶液が滴下された際の金属錯体形成反応、及び、前記金属錯体が反応槽内の滞留中に生じる沈殿形成反応という2段階での反応を経て形成される。従って、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続ける時間を適切に選択することにより、目的とする粒子径を備えた共沈前駆体を得ることができる。   In addition, when a complexing agent is present in the reaction tank and a certain convection condition is applied, the particle rotation and revolution in the stirring tank are promoted by continuing the stirring after the dropwise addition of the raw material aqueous solution. In this process, the particles grow concentrically in stages while colliding with each other. That is, the coprecipitation precursor undergoes a reaction in two stages: a metal complex formation reaction when the raw material aqueous solution is dropped into the reaction tank, and a precipitation formation reaction that occurs while the metal complex is retained in the reaction tank. It is formed. Therefore, a coprecipitation precursor having a target particle size can be obtained by appropriately selecting a time for continuing stirring after the dropping of the raw material aqueous solution.

原料水溶液滴下終了後の好ましい攪拌継続時間については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、粒子を均一な球状粒子として成長させるために0.5h以上が好ましく、1h以上がより好ましい。また、粒子径が大きくなりすぎることで電池の低SOC領域における出力性能が充分でないものとなる虞を低減させるため、30h以下が好ましく、25h以下がより好ましく、20h以下が最も好ましい。   The preferable stirring duration after completion of dropping of the raw material aqueous solution is influenced by the size of the reaction vessel, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but 0.5 h or more is required to grow the particles as uniform spherical particles. Preferably, 1 h or more is more preferable. Further, in order to reduce the possibility that the output performance in the low SOC region of the battery is not sufficient due to the particle size becoming too large, 30 h or less is preferable, 25 h or less is more preferable, and 20 h or less is most preferable.

また、炭酸塩前駆体及びリチウム遷移金属複合酸化物の2次粒子の粒度分布における累積体積が50%となる粒子径であるD50を5〜18μmとするための好ましい攪拌継続時間は、制御するpHによって異なる。例えば、pHを7.5〜8.2に制御した場合には、撹拌継続時間は1〜15hが好ましく、pHを8.3〜9.4に制御した場合には、撹拌継続時間は3〜20hが好ましい。   In addition, the preferable stirring duration for setting D50, which is a particle diameter at which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles of the carbonate precursor and the lithium transition metal composite oxide is 50%, to 5 to 18 μm is controlled by pH It depends on. For example, when the pH is controlled to 7.5 to 8.2, the stirring duration is preferably 1 to 15 h, and when the pH is controlled to 8.3 to 9.4, the stirring duration is 3 to 3. 20h is preferred.

炭酸塩前駆体の粒子を、中和剤として炭酸ナトリウム等のナトリウム化合物を使用して作製した場合、その後の洗浄工程において粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去するが、本発明においては、Naが1000ppm以上残存するような条件で洗浄除去することが好ましい。例えば、作製した炭酸塩前駆体を吸引ろ過して取り出す際に、イオン交換水200mlによる洗浄回数を5回とするような条件を採用することができる。   When the carbonate precursor particles are prepared using a sodium compound such as sodium carbonate as a neutralizing agent, sodium ions adhering to the particles are washed away in the subsequent washing step. It is preferable to wash and remove under conditions such that Na remains at 1000 ppm or more. For example, when the produced carbonate precursor is removed by suction filtration, a condition that the number of washings with 200 ml of ion-exchanged water is 5 times can be employed.

炭酸塩前駆体は、80℃〜100℃未満で、空気雰囲気中、常圧下で乾燥させることが好ましい。100℃以上にて乾燥を行うことで短時間でより多くの水分を除去できるが、80℃にて長時間かけて乾燥させることで、より優れた電極特性を示す活物質とすることができる。その理由は必ずしも明らかではないが、炭酸塩前駆体は比表面積が50〜100m/gの多孔体であるため、水分を吸着しやすい構造となっている。そこで、低い温度で乾燥させることによって、前駆体の状態において細孔にある程度の吸着水が残っている状態とした方が、Li塩と混合して焼成する焼成工程において、細孔から除去される吸着水と入れ替わるように、その細孔に溶融したLiが入り込むことができ、これによって、100℃で乾燥を行った場合と比べて、より均一な組成の活物質が得られるためではないかと発明者は推察している。なお、100℃にて乾燥を行って得られた炭酸塩前駆体は黒茶色を呈するが、80℃にて乾燥を行って得られた炭酸塩前駆体は肌色を呈するので、前駆体の色によって区別ができる。 The carbonate precursor is preferably dried at 80 ° C. to less than 100 ° C. in an air atmosphere under normal pressure. By drying at 100 ° C. or higher, more water can be removed in a short time, but by drying at 80 ° C. for a long time, an active material having more excellent electrode characteristics can be obtained. Although the reason is not necessarily clear, since the carbonate precursor is a porous body having a specific surface area of 50 to 100 m 2 / g, it has a structure that easily adsorbs moisture. Therefore, by drying at a low temperature, a state in which a certain amount of adsorbed water remains in the pores in the state of the precursor is removed from the pores in the firing step of mixing with the Li salt and firing. The invention may be because molten Li can enter the pores so as to replace the adsorbed water, and thereby, an active material having a more uniform composition can be obtained compared with the case of drying at 100 ° C. Have guessed. In addition, although the carbonate precursor obtained by drying at 100 ° C. exhibits a black brown color, the carbonate precursor obtained by drying at 80 ° C. exhibits a skin color, so depending on the color of the precursor Can be distinguished.

そこで、上記知見された前駆体の差異を定量的に評価するため、それぞれの前駆体の色相を測定し、JIS Z 8721に準拠した日本塗料工業会が発行する塗料用標準色(JPMA Standard Paint Colors)2011年度F版と比較した。色相の測定には、コニカミノルタ社製カラーリーダーCR10を用いた。この測定方法によれば、明度を表すdL*の値は、白い方が大きくなり、黒い方が小さくなる。また、色相を表すda*の値は、赤色が強い方が大きくなり、緑色が強い方(赤色が弱い方)が小さくなる。また、色相を表すdb*の値は、黄色が強い方が大きくなり、青色が強い方(黄色が弱い方)が大きくなる。
100℃乾燥品の色相は、標準色F05−20Bと比べて、赤色方向に標準色F05−40Dに至る範囲内にあり、また、標準色FN−10と比べて、白色方向に標準色FN−25に至る範囲内にあることがわかった。中でも、標準色F05−20Bが呈する色相との色差が最も小さいものと認められた。
一方、80℃乾燥品の色相は、標準色F19−50Fと比べて、白色方向に標準色F19−70Fに至る範囲内にあり、また、標準色F09−80Dと比べて、黒色方向に標準色F09−60Hに至る範囲内にあることがわかった。中でも、標準色F19−50Fが呈する色相との色差が最も小さいものと認められた。
以上の知見から、炭酸塩前駆体の色相は、標準色F05−20Bに比べて、dL,da及びdbの全てにおいて+方向であるものが好ましく、dLが+5以上、daが+2以上、dbが+5以上であることがより好ましいといえる。
Therefore, in order to quantitatively evaluate the difference in the precursors found above, the hues of the respective precursors are measured, and standard colors for paints (JPMA Standard Paint Colors) issued by the Japan Paint Manufacturers Association in accordance with JIS Z 8721. ) Compared with the 2011 F version. For measuring the hue, a color reader CR10 manufactured by Konica Minolta Co., Ltd. was used. According to this measuring method, the value of dL * representing lightness is larger in white and smaller in black. Further, the value of da * representing the hue is larger when red is stronger and smaller when green is stronger (red is weaker). In addition, the value of db * representing the hue becomes larger when yellow is stronger and larger when blue is stronger (yellow is weaker).
The hue of the dried product at 100 ° C. is in the range reaching the standard color F05-40D in the red direction as compared with the standard color F05-20B, and the standard color FN− in the white direction as compared with the standard color FN-10. It was found to be in the range up to 25. Among these, it was recognized that the color difference from the hue exhibited by the standard color F05-20B was the smallest.
On the other hand, the hue of the dried product at 80 ° C. is within the range reaching the standard color F19-70F in the white direction compared to the standard color F19-50F, and the standard color in the black direction compared to the standard color F09-80D. It was found to be in the range up to F09-60H. Especially, it was recognized that the color difference with the hue which standard color F19-50F exhibits is the smallest.
From the above knowledge, the hue of the carbonate precursor is preferably positive in all of dL, da and db as compared with the standard color F05-20B, dL is +5 or more, da is +2 or more, and db is It can be said that +5 or more is more preferable.

本発明のリチウム二次電池用活物質は、前記炭酸塩前駆体とLi化合物とを混合した後、熱処理することで好適に作製することができる。Li化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等を用いることで好適に製造することができる。但し、Li化合物の量については、焼成中にLi化合物の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。   The active material for a lithium secondary battery of the present invention can be suitably prepared by mixing the carbonate precursor and the Li compound and then heat-treating them. As a Li compound, it can manufacture suitably by using lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, etc. However, with respect to the amount of the Li compound, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li compound during firing.

本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物中のNaの含有量を1000ppm以上とするために、炭酸塩前駆体に含まれるNaが1000ppm以下であっても、焼成工程においてLi化合物と共にNa化合物を、前記炭酸塩前駆体と混合することで活物質中に含まれるNa量を1000ppm以上とすることができる。Na化合物としては炭酸ナトリウムが好ましい。   In the present invention, in order to make the content of Na in the lithium transition metal composite oxide 1000 ppm or more, even if Na contained in the carbonate precursor is 1000 ppm or less, the Na compound is added together with the Li compound in the firing step. By mixing with the carbonate precursor, the amount of Na contained in the active material can be 1000 ppm or more. As the Na compound, sodium carbonate is preferable.

焼成温度は、活物質の可逆容量に影響を与える。
焼成温度が高すぎると、得られた活物質が酸素放出反応を伴って崩壊すると共に、主相の六方晶に加えて単斜晶のLi[Li1/3Mn2/3]O型に規定される相が、固溶相としてではなく、分相して観察される傾向がある。このような分相が多く含まれすぎると、活物質の可逆容量の減少を導くので好ましくない。このような材料では、エックス線回折図上35°付近及び45°付近に不純物ピークが観察される。従って、焼成温度は、活物質の酸素放出反応の影響する温度未満とすることが好ましい。活物質の酸素放出温度は、本発明に係る組成範囲においては、概ね1000℃以上であるが、活物質の組成によって酸素放出温度に若干の差があるので、あらかじめ活物質の酸素放出温度を確認しておくことが好ましい。特に試料に含まれるCo量が多いほど前駆体の酸素放出温度は低温側にシフトすることが確認されているので注意が必要である。活物質の酸素放出温度を確認する方法としては、焼成反応過程をシミュレートするために、共沈前駆体とリチウム化合物を混合したものを熱重量分析(DTA−TG測定)に供してもよいが、この方法では測定機器の試料室に用いている白金が揮発したLi成分により腐食されて機器を痛めるおそれがあるので、あらかじめ500℃程度の焼成温度を採用してある程度結晶化を進行させた組成物を熱重量分析に供するのが良い。
The firing temperature affects the reversible capacity of the active material.
When the firing temperature is too high, the obtained active material collapses with an oxygen releasing reaction, and in addition to the hexagonal crystal of the main phase, the monoclinic Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 type is obtained. The defined phase tends to be observed as a phase separation rather than as a solid solution phase. If too many such phase separations are contained, it is not preferable because it leads to a reduction in the reversible capacity of the active material. In such materials, impurity peaks are observed at around 35 ° and around 45 ° on the X-ray diffraction diagram. Therefore, the firing temperature is preferably less than the temperature at which the oxygen release reaction of the active material affects. The oxygen release temperature of the active material is approximately 1000 ° C. or higher in the composition range according to the present invention. However, there is a slight difference in the oxygen release temperature depending on the composition of the active material. It is preferable to keep it. In particular, it is confirmed that the oxygen release temperature of the precursor shifts to the lower temperature side as the amount of Co contained in the sample increases. As a method for confirming the oxygen release temperature of the active material, a mixture of a coprecipitation precursor and a lithium compound may be subjected to thermogravimetric analysis (DTA-TG measurement) in order to simulate the firing reaction process. In this method, the platinum used in the sample chamber of the measuring instrument may be corroded by the Li component volatilized, and the instrument may be damaged. Therefore, a composition in which crystallization is advanced to some extent by adopting a firing temperature of about 500 ° C. in advance. Goods should be subjected to thermogravimetric analysis.

一方、焼成温度が低すぎると、結晶化が十分に進まず、電極特性が低下する傾向がある。本発明においては、焼成温度は少なくとも800℃以上とすることが好ましい。十分に結晶化させることにより、結晶粒界の抵抗を軽減し、円滑なリチウムイオン輸送を促すことができる。
また、発明者らは、本発明活物質の回折ピークの半値幅を詳細に解析することで750℃までの温度で合成した試料においては格子内にひずみが残存しており、それ以上の温度で合成することでほとんどひずみを除去することができることを確認した。また、結晶子のサイズは合成温度が上昇するに比例して大きくなるものであった。よって、本発明活物質の組成においても、系内に格子のひずみがほとんどなく、かつ結晶子サイズが十分成長した粒子を志向することで良好な放電容量を得られるものであった。具体的には、格子定数に及ぼすひずみ量が2%以下、かつ結晶子サイズが50nm以上に成長しているような合成温度(焼成温度)及びLi/Me比組成を採用することが好ましいことがわかった。これらを電極として成型して充放電を行うことで膨張収縮による変化も見られるが、充放電過程においても結晶子サイズは30nm以上を保っていることが得られる効果として好ましい。
On the other hand, if the firing temperature is too low, crystallization does not proceed sufficiently and the electrode characteristics tend to deteriorate. In the present invention, the firing temperature is preferably at least 800 ° C. or higher. By sufficiently crystallizing, the resistance of the crystal grain boundary can be reduced and smooth lithium ion transport can be promoted.
In addition, the inventors have analyzed the half width of the diffraction peak of the active material of the present invention in detail, and in the sample synthesized at a temperature up to 750 ° C., strain remains in the lattice, and at a temperature higher than that, It was confirmed that almost all strains could be removed by synthesis. The crystallite size was increased in proportion to the increase in the synthesis temperature. Therefore, even in the composition of the active material of the present invention, a favorable discharge capacity can be obtained by aiming at a particle having almost no lattice distortion in the system and having a sufficiently grown crystallite size. Specifically, it is preferable to employ a synthesis temperature (firing temperature) and a Li / Me ratio composition in which the strain amount affecting the lattice constant is 2% or less and the crystallite size is grown to 50 nm or more. all right. Although changes due to expansion and contraction are observed by charging and discharging by molding these as electrodes, it is preferable as an effect that the crystallite size is maintained at 30 nm or more in the charging and discharging process.

上記のように、焼成温度は、活物質の酸素放出温度に関係するが、活物質から酸素が放出される焼成温度に至らずとも、900℃を超えると1次粒子が大きく成長することによる結晶化現象が見られる。これは、焼成後の活物質を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより確認できる。900℃を超える合成温度を経て合成した活物質は1次粒子が0.5μm以上に成長しており、充放電反応中における活物質中のLi移動に不利な状態となり、高率放電性能が低下する。1次粒子の大きさは0.5μm未満であることが好ましく、0.3μm以下であることがより好ましい。また、900℃を超える合成温度では、活物質の細孔容積が、60nmまでの細孔領域にて0.055cc/g未満となり、初期効率、高率放電性能が低下する。
したがって、初期効率、高率放電性能を向上させるために、1.2<モル比Li/Me<1.6の本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質とする場合、焼成温度は800〜900℃とすることが好ましい。
As described above, the firing temperature is related to the oxygen release temperature of the active material. However, even if the firing temperature does not reach the firing temperature at which oxygen is released from the active material, the crystal due to large growth of primary particles above 900 ° C. A phenomenological phenomenon is observed. This can be confirmed by observing the fired active material with a scanning electron microscope (SEM). The active material synthesized through a synthesis temperature exceeding 900 ° C. has primary particles grown to 0.5 μm or more, which is disadvantageous for Li + movement in the active material during the charge / discharge reaction, and has a high rate discharge performance. descend. The size of the primary particles is preferably less than 0.5 μm, and more preferably 0.3 μm or less. Further, at a synthesis temperature exceeding 900 ° C., the pore volume of the active material is less than 0.055 cc / g in the pore region up to 60 nm, and the initial efficiency and high rate discharge performance are lowered.
Therefore, in order to improve initial efficiency and high rate discharge performance, when the lithium transition metal composite oxide according to the present invention of 1.2 <molar ratio Li / Me <1.6 is used as the positive electrode active material, the firing temperature is It is preferable to set it as 800-900 degreeC.

本発明においては、以上のようにして作製したリチウム遷移金属複合酸化物に、リン酸処理を行い、リン酸処理後、熱処理を行う。酸のpH(水素イオン濃度)及び処理時間が適切な範囲であり、熱処理の温度範囲が適切であれば、リン酸処理を行ったリチウム遷移金属複合酸化物は、CuKα線源を用いたエックス線回折パターンにおける2θ=44°の回折ピークの半値幅が0.265°以上となり、且つ、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析においてP元素が検出され、リン酸処理を行わないものと比較して、正極活物質とした場合の高率放電性能が向上する。リン酸処理の水素イオン濃度は、0.05〜1.0Mが好ましく、酸処理時間は30〜10800秒が好ましい。リン酸処理後の熱処理温度は、200℃を超え、800℃未満が好ましく、250〜550℃がより好ましい。
以上のようにして、正極活物質として用いるリチウム遷移金属複合酸化物を製造した。
In the present invention, the lithium transition metal composite oxide produced as described above is subjected to phosphoric acid treatment, and after the phosphoric acid treatment, heat treatment is performed. If the pH of the acid (hydrogen ion concentration) and the treatment time are in an appropriate range, and the temperature range of the heat treatment is appropriate, the lithium transition metal composite oxide subjected to the phosphoric acid treatment is subjected to X-ray diffraction using a CuKα radiation source. Compared with the pattern in which the half width of the diffraction peak at 2θ = 44 ° in the pattern is 0.265 ° or more and P element is detected in the high frequency inductively coupled plasma optical emission spectrometry and the phosphoric acid treatment is not performed. The high rate discharge performance when used as a substance is improved. The hydrogen ion concentration in the phosphoric acid treatment is preferably 0.05 to 1.0 M, and the acid treatment time is preferably 30 to 10800 seconds. The heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment is more than 200 ° C, preferably less than 800 ° C, more preferably 250 to 550 ° C.
As described above, a lithium transition metal composite oxide used as a positive electrode active material was produced.

負極材料としては、限定されるものではなく、リチウムイオンを析出あるいは吸蔵することのできる形態のものであればどれを選択してもよい。例えば、Li[Li1/3Ti5/3]Oに代表されるスピネル型結晶構造を有するチタン酸リチウム等のチタン系材料、SiやSb,Sn系などの合金系材料リチウム金属、リチウム合金(リチウム−シリコン、リチウム−アルミニウム,リチウム−鉛,リチウム−スズ,リチウム−アルミニウム−スズ,リチウム−ガリウム,及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)、リチウム複合酸化物(リチウム−チタン)、酸化珪素の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えばグラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)等が挙げられる。 The negative electrode material is not limited, and any negative electrode material that can deposit or occlude lithium ions may be selected. For example, titanium-based materials such as lithium titanate having a spinel crystal structure represented by Li [Li 1/3 Ti 5/3 ] O 4 , alloy-based materials such as Si, Sb, and Sn-based lithium metal, lithium alloys (Lithium metal-containing alloys such as lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys), lithium composite oxide (lithium-titanium), silicon oxide In addition, an alloy capable of inserting and extracting lithium, a carbon material (for example, graphite, hard carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.) can be used.

正極活物質の粉体および負極材料の粉体は、平均粒子サイズ100μm以下であることが望ましい。特に、正極活物質の粉体は、非水電解質電池の高出力特性を向上する目的で10μm以下であることが望ましい。粉体を所定の形状で得るためには粉砕機や分級機が用いられる。例えば乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミルや篩等が用いられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、特に限定はなく、篩や風力分級機などが、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。   It is desirable that the positive electrode active material powder and the negative electrode material powder have an average particle size of 100 μm or less. In particular, the positive electrode active material powder is desirably 10 μm or less for the purpose of improving the high output characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. In order to obtain the powder in a predetermined shape, a pulverizer or a classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling air flow type jet mill or a sieve is used. At the time of pulverization, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as hexane may be used. There is no particular limitation on the classification method, and a sieve, an air classifier, or the like is used as needed for both dry and wet methods.

以上、正極及び負極の主要構成成分である正極活物質及び負極材料について詳述したが、前記正極及び負極には、前記主要構成成分の他に、導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等が、他の構成成分として含有されてもよい。   The positive electrode active material and the negative electrode material, which are the main components of the positive electrode and the negative electrode, have been described in detail above. In addition to the main components, the positive electrode and the negative electrode include a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler. Etc. may be contained as other constituents.

導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば限定されないが、通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛,鱗片状黒鉛,土状黒鉛等)、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、金属(銅,ニッケル,アルミニウム,銀,金等)粉、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料を1種またはそれらの混合物として含ませることができる。   The conductive agent is not limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance. Usually, natural graphite (such as scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite), artificial graphite, carbon black, acetylene black, Conductive materials such as ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) powder, metal fiber, and conductive ceramic material can be included as one kind or a mixture thereof. .

これらの中で、導電剤としては、電子伝導性及び塗工性の観点よりアセチレンブラックが望ましい。導電剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して0.1重量%〜50重量%が好ましく、特に0.5重量%〜30重量%が好ましい。特にアセチレンブラックを0.1〜0.5μmの超微粒子に粉砕して用いると必要炭素量を削減できるため望ましい。これらの混合方法は、物理的な混合であり、その理想とするところは均一混合である。そのため、V型混合機、S型混合機、擂かい機、ボールミル、遊星ボールミルといったような粉体混合機を乾式、あるいは湿式で混合することが可能である。   Among these, as the conductive agent, acetylene black is desirable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The addition amount of the conductive agent is preferably 0.1% by weight to 50% by weight, and particularly preferably 0.5% by weight to 30% by weight with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode. In particular, it is desirable to use acetylene black by pulverizing into ultrafine particles of 0.1 to 0.5 μm because the required carbon amount can be reduced. These mixing methods are physical mixing, and the ideal is uniform mixing. Therefore, powder mixers such as V-type mixers, S-type mixers, crackers, ball mills, and planetary ball mills can be mixed dry or wet.

前記結着剤としては、通常、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリフッ化ビニリデン(PVDF),ポリエチレン,ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM),スルホン化EPDM,スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。結着剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。   The binder is usually a thermoplastic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene. Polymers having rubber elasticity such as rubber (SBR) and fluororubber can be used as one kind or a mixture of two or more kinds. The addition amount of the binder is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 30% by weight, based on the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

フィラーとしては、電池性能に悪影響を及ぼさない材料であれば何でも良い。通常、ポリプロピレン,ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、無定形シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素等が用いられる。フィラーの添加量は、正極または負極の総重量に対して添加量は30重量%以下が好ましい。   As the filler, any material that does not adversely affect the battery performance may be used. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, amorphous silica, alumina, zeolite, glass, carbon and the like are used. The addition amount of the filler is preferably 30% by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

正極及び負極は、前記主要構成成分(正極においては正極活物質、負極においては負極材料)、およびその他の材料を混練し合剤とし、N−メチルピロリドン,トルエン等の有機溶媒又は水に混合させた後、得られた混合液をアルミニウム箔等の集電体の上に塗布し、または圧着して50℃〜250℃程度の温度で、2時間程度加熱処理することにより好適に作製される。前記塗布方法については、例えば、アプリケーターロールなどのローラーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレード方式、スピンコーティング、バーコータ等の手段を用いて任意の厚さ及び任意の形状に塗布することが望ましいが、これらに限定されるものではない。   The positive electrode and the negative electrode are prepared by mixing the main constituents (positive electrode active material in the positive electrode, negative electrode material in the negative electrode) and other materials into a mixture and mixing with an organic solvent such as N-methylpyrrolidone or toluene or water. After that, the obtained mixed solution is applied on a current collector such as an aluminum foil, or is pressure-bonded and heat-treated at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours. About the application method, for example, it is desirable to apply to any thickness and any shape using means such as roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, etc. It is not limited.

本発明に係るリチウム二次電池に用いる非水電解質は、限定されるものではなく、一般にリチウム電池等への使用が提案されているものが使用可能である。非水電解質に用いる非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフランまたはその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソランまたはその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   The nonaqueous electrolyte used for the lithium secondary battery according to the present invention is not limited, and those generally proposed for use in lithium batteries and the like can be used. Nonaqueous solvents used for the nonaqueous electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, Chain carbonates such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxy Ethers such as ethane, 1,4-dibutoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof Examples thereof include a conductor alone or a mixture of two or more thereof, but are not limited thereto.

非水電解質に用いる電解質塩としては、例えば、LiClO4,LiBF4,LiAsF6,LiPF6,LiSCN,LiBr,LiI,Li2SO4,Li210Cl10,NaClO4,NaI,NaSCN,NaBr,KClO4,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCF3SO3,LiN(CF3SO22,LiN(C25SO22,LiN(CF3SO2)(C49SO2),LiC(CF3SO23,LiC(C25SO23,(CH34NBF4,(CH34NBr,(C254NClO4,(C254NI,(C374NBr,(n−C494NClO4,(n−C494NI,(C254N−maleate,(C254N−benzoate,(C254N−phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。 Examples of the electrolyte salt used for the nonaqueous electrolyte include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr. , KClO 4 , KSCN, and other inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , ( CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (n-C 4 H 9) 4 NI, ( C 2 H 5) 4 N-mal ate, (C 2 H 5) 4 N-benzoate, (C 2 H 5) 4 N-phtalate, lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate, organic ion salts of lithium dodecyl benzene sulfonate, and the like. These These ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more.

さらに、LiPF6又はLiBF4と、LiN(C25SO22のようなパーフルオロアルキル基を有するリチウム塩とを混合して用いることにより、さらに電解質の粘度を下げることができるので、低温特性をさらに高めることができ、また、自己放電を抑制することができ、より望ましい。 Furthermore, by mixing and using LiPF 6 or LiBF 4 and a lithium salt having a perfluoroalkyl group such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , the viscosity of the electrolyte can be further reduced. The low temperature characteristics can be further improved, and self-discharge can be suppressed, which is more desirable.

また、非水電解質として常温溶融塩やイオン液体を用いてもよい。   Moreover, you may use normal temperature molten salt and an ionic liquid as a nonaqueous electrolyte.

非水電解質における電解質塩の濃度としては、高い電池特性を有する非水電解質電池を確実に得るために、0.1mol/l〜5mol/lが好ましく、さらに好ましくは、0.5mol/l〜2.5mol/lである。   The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / l to 5 mol / l, more preferably 0.5 mol / l to 2 in order to reliably obtain a non-aqueous electrolyte battery having high battery characteristics. .5 mol / l.

セパレータとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。非水電解質電池用セパレータを構成する材料としては、例えばポリエチレン,ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を挙げることができる。   As the separator, it is preferable to use a porous film or a non-woven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance alone or in combination. Examples of the material constituting the separator for a nonaqueous electrolyte battery include polyolefin resins typified by polyethylene and polypropylene, polyester resins typified by polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, and vinylidene fluoride-hexa. Fluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, fluorine Vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - tetrafluoroethylene - hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - ethylene - can be mentioned tetrafluoroethylene copolymer.

セパレータの空孔率は強度の観点から98体積%以下が好ましい。また、充放電特性の観点から空孔率は20体積%以上が好ましい。   The porosity of the separator is preferably 98% by volume or less from the viewpoint of strength. Further, the porosity is preferably 20% by volume or more from the viewpoint of charge / discharge characteristics.

また、セパレータは、例えばアクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタアクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーと電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。非水電解質を上記のようにゲル状態で用いると、漏液を防止する効果がある点で好ましい。   The separator may be a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, and an electrolyte. Use of the non-aqueous electrolyte in the gel state as described above is preferable in that it has an effect of preventing leakage.

さらに、セパレータは、上述したような多孔膜や不織布等とポリマーゲルを併用して用いると、電解質の保液性が向上するため望ましい。即ち、ポリエチレン微孔膜の表面及び微孔壁面に厚さ数μm以下の親溶媒性ポリマーを被覆したフィルムを形成し、前記フィルムの微孔内に電解質を保持させることで、前記親溶媒性ポリマーがゲル化する。   Furthermore, it is desirable that the separator be used in combination with the above-described porous film, non-woven fabric, or the like and a polymer gel because the liquid retention of the electrolyte is improved. That is, by forming a film in which the surface of the polyethylene microporous membrane and the microporous wall are coated with a solvophilic polymer having a thickness of several μm or less, and holding the electrolyte in the micropores of the film, Gels.

前記親溶媒性ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンの他、エチレンオキシド基やエステル基等を有するアクリレートモノマー、エポキシモノマー、イソシアナート基を有するモノマー等が架橋したポリマー等が挙げられる。該モノマーは、ラジカル開始剤を併用して加熱や紫外線(UV)を用いたり、電子線(EB)等の活性光線等を用いて架橋反応を行わせることが可能である。   Examples of the solvophilic polymer include polyvinylidene fluoride, an acrylate monomer having an ethylene oxide group or an ester group, an epoxy monomer, a polymer having a monomer having an isocyanate group, and the like crosslinked. The monomer can be subjected to a crosslinking reaction using a radical initiator in combination with heating or ultraviolet rays (UV), or using an actinic ray such as an electron beam (EB).

その他の電池の構成要素としては、端子、絶縁板、電池ケース等があるが、これらの部品は従来用いられてきたものをそのまま用いて差し支えない。   Other battery components include a terminal, an insulating plate, a battery case, and the like, but these components may be used as they are.

図1に、本発明に係るリチウム二次電池の一実施形態である矩形状のリチウム二次電池1の外観斜視図を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。図1に示すリチウム二次電池1は、電極群2が電池容器3に収納されている。電極群2は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、正極リード4’を介して正極端子4と電気的に接続され、負極は、負極リード5’を介して負極端子5と電気的に接続されている。   FIG. 1 shows an external perspective view of a rectangular lithium secondary battery 1 which is an embodiment of a lithium secondary battery according to the present invention. In the figure, the inside of the container is seen through. In the lithium secondary battery 1 shown in FIG. 1, an electrode group 2 is housed in a battery container 3. The electrode group 2 is formed by winding a positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a negative electrode active material via a separator. The positive electrode is electrically connected to the positive electrode terminal 4 via the positive electrode lead 4 ′, and the negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 5 via the negative electrode lead 5 ′.

本発明に係るリチウム二次電池の形状については特に限定されるものではなく、円筒型電池、角型電池(矩形状の電池)、扁平型電池等が一例として挙げられる。本発明は、上記のリチウム二次電池を複数個集合した蓄電装置としても実現することができる。蓄電装置の一実施形態を図2に示す。図2において、蓄電装置30は、複数の蓄電ユニット20を備えている。それぞれの蓄電ユニット20は、複数のリチウム二次電池1を備えている。前記蓄電装置30は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源として搭載することができる。   The shape of the lithium secondary battery according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery, a square battery (rectangular battery), a flat battery, and the like. The present invention can also be realized as a power storage device in which a plurality of the lithium secondary batteries are assembled. One embodiment of a power storage device is shown in FIG. In FIG. 2, the power storage device 30 includes a plurality of power storage units 20. Each power storage unit 20 includes a plurality of lithium secondary batteries 1. The power storage device 30 can be mounted as a power source for vehicles such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), and a plug-in hybrid vehicle (PHEV).

従来の正極活物質も、本発明の活物質も、正極電位が4.5V(vs.Li/Li)付近に至って充放電が可能である。しかしながら、使用する非水電解質の種類によっては、充電時の正極電位が高すぎると、非水電解質が酸化分解され電池性能の低下を引き起こす虞がある。したがって、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.3V(vs.Li/Li)以下となるような充電方法を採用しても、充分な放電容量が得られるリチウム二次電池が求められる場合がある。本発明の活物質を用いると、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.5V(vs.Li/Li)より低くなるような、例えば、4.4V(vs.Li/Li)以下や4.3V(vs.Li/Li)以下となるような充電方法を採用しても、約200mAh/g以上という従来の正極活物質の容量を超える放電電気量を取り出すことが可能である。 Both the conventional positive electrode active material and the active material of the present invention can be charged / discharged when the positive electrode potential reaches around 4.5 V (vs. Li / Li + ). However, depending on the type of nonaqueous electrolyte used, if the positive electrode potential during charging is too high, the nonaqueous electrolyte may be oxidized and decomposed, resulting in a decrease in battery performance. Therefore, in use, a lithium secondary battery capable of obtaining a sufficient discharge capacity even when a charging method is adopted in which the maximum potential of the positive electrode during charging is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less. May be required. When the active material of the present invention is used, for example, 4.4 V (vs. Li / Li) such that the maximum potential of the positive electrode during charging is lower than 4.5 V (vs. Li / Li + ) during use. + ) Or less and 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less, even if a charging method is adopted, it is possible to take out a discharge electric quantity exceeding the capacity of the conventional positive electrode active material of about 200 mAh / g or more. Is possible.

本発明に係る正極活物質が、高い放電容量を備えたものとするためには、リチウム遷移金属複合酸化物を構成する遷移金属元素が層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分に存在する割合が小さいものであることが好ましい。これは、焼成工程に供する前駆体において、前駆体コア粒子のCo,Ni,Mnといった遷移金属元素が十分に均一に分布していること、及び、活物質試料の結晶化を促すための適切な焼成工程の条件を選択することによって達成できる。焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、十分な放電容量が得られないものとなる。この理由については必ずしも明らかではないが、焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、得られるリチウム遷移金属複合酸化物は、層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分、即ちリチウムサイトに遷移金属元素の一部が存在するものとなる、いわゆるカチオンミキシングが起こることに由来するものと本発明者らは推察している。同様の推察は焼成工程における結晶化過程においても適用でき、活物質試料の結晶化が不十分であると層状岩塩型結晶構造におけるカチオンミキシングが起こりやすくなる。前記遷移金属元素の分布の均一性が高いものは、エックス線回折測定結果を空間群R3−mに帰属した場合の(003)面と(104)面の回折ピークの強度比が大きいものとなる傾向がある。本発明において、エックス線回折測定による前記(003)面と(104)面の回折ピークの強度比I(003)/I(104)は、放電末において1.0以上、充電末において1.75以上であることが好ましい。前駆体の合成条件や合成手順が不適切である場合、前記ピーク強度比はより小さい値となり、しばしば1未満の値となる。 In order for the positive electrode active material according to the present invention to have a high discharge capacity, the transition metal element constituting the lithium transition metal composite oxide is present in a portion other than the transition metal site of the layered rock salt type crystal structure. It is preferable that the ratio is small. This is because, in the precursor to be subjected to the firing step, the transition metal elements such as Co, Ni, and Mn in the precursor core particles are sufficiently uniformly distributed, and appropriate for promoting the crystallization of the active material sample. This can be achieved by selecting the conditions for the firing process. If the distribution of the transition metal in the precursor core particles subjected to the firing step is not uniform, a sufficient discharge capacity cannot be obtained. Although the reason for this is not necessarily clear, when the distribution of the transition metal in the precursor core particles to be subjected to the firing step is not uniform, the resulting lithium transition metal composite oxide has a layered rock salt type crystal structure other than the transition metal site. The present inventors speculate that this is due to the occurrence of so-called cation mixing, in which a part of the transition metal element is present at the lithium site. The same inference can be applied to the crystallization process in the firing step. If the crystallization of the active material sample is insufficient, cation mixing in the layered rock salt type crystal structure is likely to occur. When the transition metal element has a high uniformity of distribution, the intensity ratio of the diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane tends to be large when the X-ray diffraction measurement result belongs to the space group R3-m. There is. In the present invention, the intensity ratio I (003) / I (104) of diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane by X-ray diffraction measurement is 1.0 or more at the end of discharge and 1.75 or more at the end of charging. It is preferable that If the precursor synthesis conditions and procedure are inadequate, the peak intensity ratio will be smaller and often less than 1.

本明細書に記載した合成条件及び合成手順を採用することにより、上記のような高性能の正極活物質を得ることができる。とりわけ、充電上限電位を4.5V(vs.Li/Li)より低く設定した場合、例えば4.4V(vs.Li/Li)や4.3V(vs.Li/Li)より低く設定した場合でも高い放電容量を得ることができるリチウム二次電池用正極活物質とすることができる。 By adopting the synthesis conditions and synthesis procedures described in this specification, a high-performance positive electrode active material as described above can be obtained. In particular, when the charging upper limit potential is set lower than 4.5 V (vs. Li / Li + ), for example, it is set lower than 4.4 V (vs. Li / Li + ) or 4.3 V (vs. Li / Li + ). In this case, a positive electrode active material for a lithium secondary battery capable of obtaining a high discharge capacity can be obtained.

(実施例1)
<試料の合成>
硫酸コバルト7水和物14.08g、硫酸ニッケル6水和物21.00g及び硫酸マンガン5水和物65.27gを秤量し、これらの全量をイオン交換水200mlに溶解させ、Co:Ni:Mnのモル比が12.50:19.94:67.56となる2.0Mの硫酸塩水溶液を作製した。一方、2Lの反応槽に750mlのイオン交換水を注ぎ、COガスを30minバブリングさせることにより、イオン交換水中にCOを溶解させた。反応槽の温度を50℃(±2℃)に設定し、攪拌モーターを備えたパドル翼を用いて反応槽内を700rpmの回転速度で攪拌しながら、前記硫酸塩水溶液を3ml/minの速度で滴下した。ここで、滴下の開始から終了までの間、2.0Mの炭酸ナトリウム、及び0.4Mのアンモニアを含有する水溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に7.9(±0.05)を保つように制御した。滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに5h継続した。攪拌の停止後、12h以上静置した。
次に、吸引ろ過装置を用いて、反応槽内に生成した共沈炭酸塩の粒子を分離し、さらにイオン交換水を用いて粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去し、電気炉を用いて、空気雰囲気中、常圧下、100℃にて20h乾燥させた。その後、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、共沈炭酸塩前駆体を作製した。
Example 1
<Sample synthesis>
Cobalt sulfate heptahydrate (14.08 g), nickel sulfate hexahydrate (21.00 g) and manganese sulfate pentahydrate (65.27 g) were weighed, and all of these were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water, and Co: Ni: Mn A 2.0 M aqueous sulfate solution having a molar ratio of 12.50: 19.94: 67.56 was prepared. On the other hand, 750 ml of ion exchange water was poured into a 2 L reaction tank, and CO 2 gas was bubbled for 30 minutes to dissolve CO 2 in the ion exchange water. The temperature of the reaction vessel was set to 50 ° C. (± 2 ° C.), and the aqueous sulfate solution was stirred at a rate of 3 ml / min while stirring the inside of the reaction vessel at a rotational speed of 700 rpm using a paddle blade equipped with a stirring motor. It was dripped. Here, during the period from the start to the end of the dropwise addition, an aqueous solution containing 2.0 M sodium carbonate and 0.4 M ammonia is appropriately dropped, so that the pH in the reaction tank is always 7.9 (± 0. 05). After completion of the dropping, stirring in the reaction vessel was further continued for 5 hours. After the stirring was stopped, the mixture was allowed to stand for 12 hours or more.
Next, using a suction filtration device, the coprecipitated carbonate particles produced in the reaction vessel are separated, and sodium ions adhering to the particles are washed away using ion-exchanged water, and an electric furnace is used. Then, it was dried at 100 ° C. for 20 hours in an air atmosphere under normal pressure. Then, in order to arrange | equalize a particle size, it grind | pulverized for several minutes with the smoked automatic mortar. In this way, a coprecipitated carbonate precursor was produced.

前記共沈炭酸塩前駆体2.278gに、炭酸リチウムをLi:(Co,Ni,Mn)のモル比が1.44となるように加え、瑪瑙製自動乳鉢を用いてよく混合し、混合粉体を調製した。ペレット成型機を用いて、6MPaの圧力で成型し、直径25mmのペレットとした。ペレット成型に供した混合粉体の量は、想定する最終生成物の質量が2gとなるように換算して決定した。前記ペレット1個を全長約100mmのアルミナ製ボートに載置し、箱型電気炉(型番:AMF20)に設置し、空気雰囲気中、常圧下、常温から900℃の温度まで10時間かけて昇温し、昇温後温度で10h焼成した。前記箱型電気炉の内部寸法は、縦10cm、幅20cm、奥行き30cmであり、幅方向20cm間隔に電熱線が入っている。焼成後、ヒーターのスイッチを切り、アルミナ製ボートを炉内に置いたまま自然放冷した。この結果、炉の温度は5時間後には約200℃程度にまで低下するが、その後の降温速度はやや緩やかである。一昼夜経過後、炉の温度が100℃以下となっていることを確認してから、ペレットを取り出し、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、Naを2100ppm含み、D50が13μmである出発物質のリチウム遷移金属複合酸化物Li1.18Co0.10Ni0.17Mn0.55(Li/Me=1.44)を作製した。 Lithium carbonate is added to 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor so that the molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) is 1.44 and mixed well using a smoked automatic mortar. The body was prepared. Using a pellet molding machine, molding was performed at a pressure of 6 MPa to obtain pellets having a diameter of 25 mm. The amount of the mixed powder subjected to pellet molding was determined by conversion so that the mass of the assumed final product was 2 g. One pellet was placed on an alumina boat having a total length of about 100 mm, placed in a box-type electric furnace (model number: AMF20), and heated in an air atmosphere at normal pressure to a temperature of 900 ° C. over 10 hours. And calcined for 10 hours at the temperature after the temperature elevation. The box-type electric furnace has internal dimensions of 10 cm in length, 20 cm in width, and 30 cm in depth, and heating wires are inserted at intervals of 20 cm in the width direction. After firing, the heater was turned off and allowed to cool naturally with the alumina boat placed in the furnace. As a result, the temperature of the furnace decreases to about 200 ° C. after 5 hours, but the subsequent temperature decrease rate is somewhat moderate. After the passage of day and night, it was confirmed that the furnace temperature was 100 ° C. or lower, and then the pellets were taken out and pulverized for several minutes in a smoked automatic mortar in order to make the particle diameter uniform. Thus, the starting lithium transition metal composite oxide Li 1.18 Co 0.10 Ni 0.17 Mn 0.55 O 2 (Li / Me = 1.44) containing 2100 ppm of Na and having a D50 of 13 μm. ) Was produced.

<リチウム遷移金属複合酸化物へのリン酸処理>
300ml三角フラスコに85wt%のリン酸と、イオン交換水とを混合し、水素イオン濃度(リン酸濃度×3として計算)が0.1Mとなるリン酸水溶液を調整した。上記のリン酸水溶液をスターラーを用いて、25℃、400rpmで撹拌しているところに、上記のリチウム遷移金属複合酸化物5.0g投入した。リチウム遷移金属複合酸化物を投入してから、30sec後に吸引ろ過することによって、ろ紙上にリチウム遷移金属複合酸化物を回収した。
このリチウム遷移金属複合酸化物を乾燥機(ヤマト科学社製)を用いて、空気中、常圧、80℃で16から18h乾燥させることによって、リン酸処理したリチウム遷移金属複合酸化物を得た。
<Phosphoric acid treatment to lithium transition metal composite oxide>
A 300 ml Erlenmeyer flask was mixed with 85 wt% phosphoric acid and ion-exchanged water to prepare a phosphoric acid aqueous solution having a hydrogen ion concentration (calculated as phosphoric acid concentration × 3) of 0.1M. 5.0 g of the above lithium transition metal composite oxide was added to the above phosphoric acid aqueous solution stirred at 25 ° C. and 400 rpm using a stirrer. The lithium transition metal composite oxide was collected on the filter paper by suction filtration after 30 seconds from the introduction of the lithium transition metal composite oxide.
This lithium transition metal composite oxide was dried for 16 to 18 hours at 80 ° C. in air at normal pressure using a dryer (manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.) to obtain a lithium transition metal composite oxide treated with phosphoric acid. .

<リン酸処理したリチウム遷移金属複合酸化物への熱処理>
上記のリン酸処理したリチウム遷移金属複合酸化物5.0gをアルミナルツボのフタに加え、箱型電気炉(型番:AMF20)に設置し、空気中、昇温速度が5℃/min、熱処理温度が400℃、保持時間が4hの条件で熱処理することによって、リン酸処理し熱処理したリチウム遷移金属複合酸化物を得た。
このリチウム遷移金属複合酸化物は、Li/Me=1.40であった。
<Heat treatment of phosphoric acid-treated lithium transition metal composite oxide>
The above-mentioned phosphoric acid-treated lithium transition metal composite oxide (5.0 g) is added to an alumina crucible lid and placed in a box-type electric furnace (model number: AMF20). In the air, the heating rate is 5 ° C./min. Was subjected to a heat treatment under the conditions of 400 ° C. and a holding time of 4 hours to obtain a lithium transition metal composite oxide that had been subjected to a phosphoric acid treatment and a heat treatment.
This lithium transition metal complex oxide was Li / Me = 1.40.

(実施例2)
リン酸処理し熱処理したリチウム遷移金属複合酸化物5.0gに代えて、リン酸処理し熱処理したリチウム遷移金属複合酸化物とLiOH・HOを混合したもの5.0gを用いた他は、実施例1と同様にして、実施例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
LiOH・HOの混合量の決め方は、次のようにして行った。リン酸処理した活物質について後述するICP測定をし、活物質中のPの量を決定した。活物質中のPのモル数の3倍のモル数のLiOH・HOを混合量とした。
このリチウム遷移金属複合酸化物は、Li/Me=1.42であった。
(Example 2)
Instead of using 5.0 g of the lithium transition metal composite oxide treated with phosphoric acid and heat treated, 5.0 g of a mixture of the lithium transition metal composite oxide treated with phosphoric acid and heat treated and LiOH.H 2 O was used. In the same manner as in Example 1, a lithium transition metal composite oxide according to Example 2 was produced.
The method of determining the mixing amount of LiOH.H 2 O was performed as follows. The ICP measurement described later for the phosphoric acid-treated active material was performed to determine the amount of P in the active material. The mixed amount was LiOH.H 2 O having a mole number three times the mole number of P in the active material.
This lithium transition metal complex oxide was Li / Me = 1.42.

(実施例3)
リン酸水溶液にリチウム遷移金属複合酸化物を投入してから吸引ろ過するまでの時間(酸処理時間)を、30secから60secに変更した他は、実施例1と同様にして、実施例3に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
このリチウム遷移金属複合酸化物は、Li/Me=1.42であった。
(Example 3)
Example 3 is the same as Example 1 except that the time (acid treatment time) from introduction of the lithium transition metal composite oxide into the phosphoric acid aqueous solution until suction filtration is changed from 30 sec to 60 sec. A lithium transition metal composite oxide was prepared.
This lithium transition metal complex oxide was Li / Me = 1.42.

(実施例4)
リン酸処理し熱処理したリチウム遷移金属複合酸化物5.0gに代えて、リン酸処理しし熱処理したリチウム遷移金属複合酸化物とLiOH・HOをメノウ製乳鉢を用いて混合したもの5.0gを用いた他は、実施例3と同様にして、実施例4に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
このリチウム遷移金属複合酸化物は、Li/Me=1.45であった。
Example 4
4. A mixture of phosphoric acid-treated and heat-treated lithium transition metal composite oxide and LiOH.H 2 O in a mortar made of agate instead of 5.0 g of phosphoric acid-treated and heat-treated lithium transition metal composite oxide A lithium transition metal composite oxide according to Example 4 was produced in the same manner as Example 3 except that 0 g was used.
This lithium transition metal composite oxide was Li / Me = 1.45.

(実施例5)
リン酸水溶液にリチウム遷移金属複合酸化物を投入してから吸引ろ過するまでの時間(酸処理時間)を、30secから600secに変更した他は、実施例1と同様にして、実施例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
このリチウム遷移金属複合酸化物は、Li/Me=1.41であった。
(Example 5)
Example 5 is the same as Example 1 except that the time (acid treatment time) from the introduction of the lithium transition metal composite oxide into the phosphoric acid aqueous solution until the suction filtration is changed from 30 sec to 600 sec. A lithium transition metal composite oxide was prepared.
This lithium transition metal complex oxide was Li / Me = 1.41.

(実施例6)
リン酸水溶液にリチウム遷移金属複合酸化物を投入してから吸引ろ過するまでの時間(酸処理時間)を、30secから1800secに変更した他は、実施例1と同様にして、実施例6に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
このリチウム遷移金属複合酸化物は、Li/Me=1.42であった。
(Example 6)
Example 6 is the same as Example 1 except that the time (acid treatment time) from when the lithium transition metal composite oxide was added to the phosphoric acid aqueous solution until suction filtration was changed from 30 sec to 1800 sec. A lithium transition metal composite oxide was prepared.
This lithium transition metal complex oxide was Li / Me = 1.42.

(実施例7)
リン酸水溶液にリチウム遷移金属複合酸化物を投入してから吸引ろ過するまでの時間(酸処理時間)を、30secから3600secに変更した他は、実施例1と同様にして、実施例7に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
このリチウム遷移金属複合酸化物は、Li/Me=1.40であった。
(Example 7)
Example 7 is the same as Example 1 except that the time (acid treatment time) from when the lithium transition metal composite oxide was added to the phosphoric acid aqueous solution until suction filtration was changed from 30 sec to 3600 sec. A lithium transition metal composite oxide was prepared.
This lithium transition metal complex oxide was Li / Me = 1.40.

(実施例8)
リン酸水溶液にリチウム遷移金属複合酸化物を投入してから吸引ろ過するまでの時間(酸処理時間)を、30secから10800secに変更した他は、実施例1と同様にして、実施例8に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
このリチウム遷移金属複合酸化物は、Li/Me=1.38であった。
(Example 8)
Example 8 is the same as Example 1 except that the time (acid treatment time) from charging the lithium transition metal composite oxide into the phosphoric acid aqueous solution until suction filtration was changed from 30 sec to 10800 sec. A lithium transition metal composite oxide was prepared.
This lithium transition metal composite oxide was Li / Me = 1.38.

(比較例1)
リン酸処理しない他は、実施例1と同様にして、比較例1に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 1)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the phosphoric acid treatment was not performed.

(比較例2)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.05Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例1と同様にして、比較例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 2)
The lithium transition metal according to Comparative Example 2 was the same as Example 1 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.05 M and the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed. A composite oxide was produced.

(比較例3)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.05Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例3と同様にして、比較例3に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 3)
The lithium transition metal according to Comparative Example 3 was the same as Example 3 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.05 M and the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed. A composite oxide was produced.

(比較例4)
リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例1と同様にして、比較例4に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 4)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed.

(比較例5)
リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例3と同様にして、比較例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 5)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed.

(比較例6〜11)
リン酸水溶液にリチウム遷移金属複合酸化物を投入してから吸引ろ過するまでの時間(酸処理時間)を、30secから180、300、600、1800、3600及び10800secに変更した他は、比較例4と同様にして、比較例6〜11に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Examples 6-11)
Comparative Example 4 except that the time (acid treatment time) from the introduction of the lithium transition metal composite oxide into the phosphoric acid aqueous solution until the suction filtration was changed from 30 sec to 180, 300, 600, 1800, 3600 and 10800 sec. In the same manner, lithium transition metal composite oxides according to Comparative Examples 6 to 11 were produced.

(比較例12)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.2Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例1と同様にして、比較例12に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 12)
The lithium transition metal according to Comparative Example 12 was the same as Example 1 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.2 M and no heat treatment after the phosphoric acid treatment was performed. A composite oxide was produced.

(比較例13)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.2Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例3と同様にして、比較例13に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 13)
The lithium transition metal according to Comparative Example 13 was the same as Example 3 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.2 M and the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed. A composite oxide was produced.

(比較例14)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.3Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例1と同様にして、比較例14に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 14)
The lithium transition metal according to Comparative Example 14 was the same as Example 1 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.3 M and the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed. A composite oxide was produced.

(比較例15)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.3Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例3と同様にして、比較例15に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 15)
The lithium transition metal according to Comparative Example 15 was the same as Example 3 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.3 M and no heat treatment after the phosphoric acid treatment was performed. A composite oxide was produced.

(比較例16)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.5Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例1と同様にして、比較例16に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 16)
The lithium transition metal according to Comparative Example 16 was the same as Example 1 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.5 M and the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed. A composite oxide was produced.

(比較例17)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.5Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例3と同様にして、比較例17に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 17)
The lithium transition metal according to Comparative Example 17 was the same as Example 3 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.5 M and the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed. A composite oxide was produced.

(比較例18)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから1.0Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例1と同様にして、比較例18に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 18)
The lithium transition metal according to Comparative Example 18 was the same as Example 1 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 1.0 M and the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed. A composite oxide was produced.

(比較例19)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから1.0Mに変更し、リン酸処理後の熱処理をしない他は、実施例3と同様にして、比較例19に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 19)
The lithium transition metal according to Comparative Example 19 was the same as Example 3 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 1.0 M and the heat treatment after the phosphoric acid treatment was not performed. A composite oxide was produced.

(比較例20)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.05Mに変更し、リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例1と同様にして、比較例20に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 20)
Except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.05 M and the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 200 ° C., the same as in Example 1, A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 20 was produced.

(比較例21)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.05Mに変更し、リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例3と同様にして、比較例21に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 21)
Except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.05 M and the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 200 ° C., the same as in Example 3, A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 21 was produced.

(比較例22)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例1と同様にして、比較例22に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 22)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 22 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 200 ° C.

(比較例23)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例3と同様にして、比較例23に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 23)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 23 was produced in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 200 ° C.

(比較例24)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.2Mに変更し、リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例1と同様にして、比較例24に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 24)
In the same manner as in Example 1, except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.2 M, and the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 200 ° C. A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 24 was produced.

(比較例25)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.2Mに変更し、リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例3と同様にして、比較例25に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 25)
Except for changing the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment from 0.1 M to 0.2 M and changing the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment from 400 ° C. to 200 ° C., as in Example 3, A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 25 was produced.

(比較例26)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.3Mに変更し、リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例1と同様にして、比較例26に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 26)
Except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.3 M and the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 200 ° C., the same as in Example 1, A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 26 was produced.

(比較例27)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.3Mに変更し、リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例3と同様にして、比較例27に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 27)
Except for changing the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment from 0.1 M to 0.3 M and changing the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment from 400 ° C. to 200 ° C., as in Example 3, A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 27 was produced.

(比較例28)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.5Mに変更し、リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例1と同様にして、比較例28に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 28)
Except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.5 M and the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 200 ° C., the same as in Example 1, A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 28 was produced.

(比較例29)
リン酸処理におけるリン酸水溶液の水素イオン濃度を0.1Mから0.5Mに変更し、リン酸処理後の熱処理温度を400℃から200℃に変更した他は、実施例3と同様にして、比較例29に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 29)
In the same manner as in Example 3 except that the hydrogen ion concentration of the phosphoric acid aqueous solution in the phosphoric acid treatment was changed from 0.1 M to 0.5 M, and the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 200 ° C. A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 29 was produced.

(比較例30)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から150℃に変更した他は、実施例1と同様にして、比較例30に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 30)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 30 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 150 ° C.

(比較例31)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から150℃に変更した他は、実施例2と同様にして、比較例31に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 31)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 31 was produced in the same manner as in Example 2 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 150 ° C.

(比較例32)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から150℃に変更した他は、実施例3と同様にして、比較例32に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 32)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 32 was produced in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 150 ° C.

(比較例33)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から150℃に変更した他は、実施例4と同様にして、比較例33に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 33)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 33 was produced in the same manner as in Example 4 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 150 ° C.

(比較例34)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から800℃に変更した他は、実施例1と同様にして、比較例34に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 34)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 34 was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 800 ° C.

(比較例35)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から800℃に変更した他は、実施例2と同様にして、比較例35に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 35)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 35 was produced in the same manner as in Example 2 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 800 ° C.

(比較例36)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から800℃に変更した他は、実施例3と同様にして、比較例36に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 36)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 36 was produced in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 800 ° C.

(比較例37)
リン酸処理後の熱処理温度を400℃から800℃に変更した他は、実施例4と同様にして、比較例37に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 37)
A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 37 was produced in the same manner as in Example 4 except that the heat treatment temperature after the phosphoric acid treatment was changed from 400 ° C. to 800 ° C.

(比較例38)
リチウム遷移金属複合酸化物へのリン酸処理に代えて、以下の条件でホウ酸処理をし、ホウ酸処理後の熱処理をしない他は、実施例1と同様にして、比較例38に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
300ml三角フラスコにホウ酸粉末を1.2428g投入し、イオン交換水を加え、水素イオン濃度が0.1Mとなるホウ酸水溶液を調整した。上記のホウ酸水溶液をスターラーを用いて、25℃、400rpmで撹拌しているところに、上記のリチウム遷移金属複合酸化物5.0g投入した。リチウム遷移金属複合酸化物を投入してから、30sec後に吸引ろ過することによって、ろ紙上にリチウム遷移金属複合酸化物を回収した。
このリチウム遷移金属複合酸化物を空気中、常圧、80℃で16から18h乾燥させることによって、ホウ酸処理したリチウム遷移金属複合酸化物を得た。
(Comparative Example 38)
The lithium according to Comparative Example 38 was replaced with the boric acid treatment under the following conditions instead of the phosphoric acid treatment of the lithium transition metal composite oxide, and the heat treatment after the boric acid treatment was not performed. A transition metal composite oxide was produced.
To a 300 ml Erlenmeyer flask, 1.2428 g of boric acid powder was added, ion-exchanged water was added, and an aqueous boric acid solution having a hydrogen ion concentration of 0.1 M was prepared. 5.0 g of the above lithium transition metal composite oxide was added to the stirring solution of the aqueous boric acid solution at 25 ° C. and 400 rpm using a stirrer. The lithium transition metal composite oxide was collected on the filter paper by suction filtration after 30 seconds from the introduction of the lithium transition metal composite oxide.
The lithium transition metal composite oxide was dried in air at normal pressure and 80 ° C. for 16 to 18 hours to obtain a boric acid-treated lithium transition metal composite oxide.

(比較例39)
ホウ酸水溶液にリチウム遷移金属複合酸化物を投入してから吸引ろ過するまでの時間(酸処理時間)を、30secから60secに変更した他は、比較例38と同様にして、比較例39に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 39)
Comparative Example 39 is the same as Comparative Example 38 except that the time (acid treatment time) from when the lithium transition metal composite oxide was added to the boric acid aqueous solution until suction filtration was changed from 30 sec to 60 sec. A lithium transition metal composite oxide was prepared.

(比較例40)
硫酸水溶液の滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに継続する時間を5hから3hに変更したこと、焼成時のLi:(Co,Ni,Mn)のモル比を1.44から1.3に変更し、焼成温度を900℃から915℃に変更したこと、リン酸処理及びその後の熱処理を行わなかったことを除いて、実施例1と同様にして、比較例40に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 40)
After completion of the dropwise addition of the sulfuric acid aqueous solution, the time for further stirring in the reaction vessel was changed from 5 h to 3 h, and the molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) during firing was changed from 1.44 to 1.3. The lithium transition metal composite oxidation according to Comparative Example 40 was performed in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was changed from 900 ° C. to 915 ° C. and the phosphoric acid treatment and the subsequent heat treatment were not performed. A product was made.

<半値幅の測定>
全ての実施例および比較例に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、次の条件及び手順に沿ってエックス線回折測定を行い、半値幅を決定した。エックス線回折装置(Rigaku社製、型名:MiniFlex II)を用いて粉末エックス線回折測定を行った。線源はCuKα、加速電圧及び電流はそれぞれ30kV及び15mAとした。サンプリング幅は0.01deg、走査時間は14分(スキャンスピードは5.0)、発散スリット幅は0.625deg、受光スリット幅は開放、散乱スリットは8.0mmとする。得られたエックス線回折データについて、Kα2に由来するピークを除去せず、前記エックス線回折装置の付属ソフトである「PDXL」を用いて、エックス線回折図上2θ=44±1°に存在する回折ピークについて半値幅を決定した。
また、全てのリチウム遷移金属複合酸化物がα−NaFeO構造を有することをエックス線回折測定により確認した。
<Measurement of half width>
The lithium transition metal composite oxides according to all Examples and Comparative Examples were subjected to X-ray diffraction measurement in accordance with the following conditions and procedures, and the half width was determined. Powder X-ray diffraction measurement was performed using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku, model name: MiniFlex II). The radiation source was CuKα, and the acceleration voltage and current were 30 kV and 15 mA, respectively. The sampling width is 0.01 deg, the scanning time is 14 minutes (scanning speed is 5.0), the divergence slit width is 0.625 deg, the light receiving slit width is open, and the scattering slit is 8.0 mm. With respect to the obtained X-ray diffraction data, the peak derived from Kα2 is not removed, and “PDXL”, which is the software attached to the X-ray diffractometer, is used to determine the diffraction peak existing at 2θ = 44 ± 1 ° on the X-ray diffraction diagram. The full width at half maximum was determined.
Further, it was confirmed by X-ray diffraction measurement that all the lithium transition metal composite oxides have an α-NaFeO 2 structure.

<元素の定量>
全ての実施例および比較例に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、次の条件及び手順に沿って高周波誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP測定)を行い、P元素を検出し、P量を決定した。
30mlビーカー中にリチウム遷移金属複合酸化物を50mg投入し、5mol/lの塩酸水溶液10mlを加え、150℃のホットプレート上で15分間加熱し、溶解させた。この溶液をろ過し、イオン交換水で1000mlに希釈して測定用の試料溶液を調整した。
検量線作成用の標準溶液は、Li,Ni,Co,Mn及びPの各元素について、それぞれの標準液(ナカライテスク社製、1000ppm)をイオン交換水を用いて所定の濃度に希釈して調製した。
島津シーケンシャル形プラズマ発光分析装置(ICPS−8100,株式会社島津製作所製)を用い、上記の試料溶液及び標準溶液をそれぞれ20〜40ml用いて、Li,Ni,Co,Mn及びPの各元素を定量した。測定条件は、プラズマ出力1.2kW、キャリアガス流量1.0ml/min、測定回数3回とした。
<Quantification of elements>
Lithium transition metal composite oxides according to all examples and comparative examples were subjected to high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy analysis (ICP measurement) according to the following conditions and procedures to detect P element and determine the amount of P. .
50 mg of lithium transition metal composite oxide was put into a 30 ml beaker, 10 ml of 5 mol / l hydrochloric acid aqueous solution was added, and the mixture was heated on a hot plate at 150 ° C. for 15 minutes to be dissolved. This solution was filtered and diluted to 1000 ml with ion exchange water to prepare a sample solution for measurement.
A standard solution for preparing a calibration curve is prepared by diluting each standard solution (manufactured by Nacalai Tesque, 1000 ppm) to a predetermined concentration using ion-exchanged water for each element of Li, Ni, Co, Mn and P. did.
Using a Shimadzu sequential plasma emission spectrometer (ICPS-8100, manufactured by Shimadzu Corporation), 20 to 40 ml each of the above sample solution and standard solution were used to quantify each element of Li, Ni, Co, Mn, and P. did. The measurement conditions were a plasma output of 1.2 kW, a carrier gas flow rate of 1.0 ml / min, and a measurement count of 3 times.

<リチウム二次電池の作製及び評価>
全ての実施例および比較例に係るリチウム遷移金属複合酸化物をそれぞれリチウム二次電池用正極活物質として用いて、以下の手順でリチウム二次電池を作製し、電池特性を評価した。
<Production and evaluation of lithium secondary battery>
Using the lithium transition metal composite oxides according to all Examples and Comparative Examples as the positive electrode active materials for lithium secondary batteries, lithium secondary batteries were prepared according to the following procedure, and the battery characteristics were evaluated.

N−メチルピロリドンを分散媒とし、活物質、アセチレンブラック(AB)及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)が質量比90:4:6の割合で混練分散されている塗布用ペーストを作製した。該塗布ペーストを厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の片方の面に塗布し、正極板を作製した。なお、全ての実施例及び比較例に係るリチウム二次電池同士で試験条件が同一になるように、一定面積当たりに塗布されている活物質の質量及び塗布厚みを統一した。   Using N-methylpyrrolidone as a dispersion medium, an active material, acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVdF) were kneaded and dispersed at a mass ratio of 90: 4: 6. The coating paste was applied to one side of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm to produce a positive electrode plate. In addition, the mass and coating thickness of the active material applied per fixed area were standardized so that the test conditions were the same among the lithium secondary batteries according to all the examples and comparative examples.

正極の単独挙動を正確に観察する目的のため、対極、即ち負極には金属リチウムをニッケル箔集電体に密着させて用いた。ここで、リチウム二次電池の容量が負極によって制限されないよう、負極には十分な量の金属リチウムを配置した。   For the purpose of accurately observing the single behavior of the positive electrode, metallic lithium was used in close contact with the nickel foil current collector for the counter electrode, that is, the negative electrode. Here, a sufficient amount of metallic lithium was disposed on the negative electrode so that the capacity of the lithium secondary battery was not limited by the negative electrode.

電解液として、エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)/ジメチルカーボネート(DMC)が体積比6:7:7である混合溶媒に濃度が1mol/lとなるようにLiPFを溶解させた溶液を用いた。セパレータとして、ポリアクリレートで表面改質したポリプロピレン製の微孔膜を用いた。外装体には、ポリエチレンテレフタレート(15μm)/アルミニウム箔(50μm)/金属接着性ポリプロピレンフィルム(50μm)からなる金属樹脂複合フィルムを用い、正極端子及び負極端子の開放端部が外部露出するように電極を収納し、前記金属樹脂複合フィルムの内面同士が向かい合った融着代を注液孔となる部分を除いて気密封止し、前記電解液を注液後、注液孔を封止した。 As an electrolytic solution, LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) / dimethyl carbonate (DMC) had a volume ratio of 6: 7: 7 so that the concentration was 1 mol / l. The solution was used. As the separator, a polypropylene microporous film whose surface was modified with polyacrylate was used. A metal resin composite film made of polyethylene terephthalate (15 μm) / aluminum foil (50 μm) / metal-adhesive polypropylene film (50 μm) is used for the exterior body, and the electrodes are exposed so that the open ends of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are exposed to the outside. The metal resin composite film was hermetically sealed with the fusion allowance where the inner surfaces of the metal resin composite films faced each other except for the portion serving as the injection hole, and the injection hole was sealed after the electrolyte solution was injected.

以上の手順にて作製されたリチウム二次電池は、25℃の下、初期充放電工程に供した。充電は、電流0.1CA、電圧4.6Vの定電流定電圧充電とし、充電終止条件は電流値が1/6に減衰した時点とした。放電は、電流0.05CA、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。この充放電を2サイクル行った。ここで、充電後及び放電後にそれぞれ10分の休止過程を設けた。   The lithium secondary battery produced by the above procedure was subjected to an initial charge / discharge process at 25 ° C. Charging was performed at a constant current and a constant voltage with a current of 0.1 CA and a voltage of 4.6 V, and the charge termination condition was when the current value attenuated to 1/6. The discharge was a constant current discharge with a current of 0.05 CA and a final voltage of 2.0 V. This charge / discharge was performed for two cycles. Here, a pause process of 10 minutes was provided after charging and discharging, respectively.

次に、充電電圧を変更して、30サイクルの充放電試験を行った。電圧制御は全て正極電位に対して行った。この充放電試験の条件は、充電は、電流0.2CA、電圧4.3Vの定電流定電圧充電とし、充電終止条件は電流値が1/6に減衰した時点とした。放電は、電流0.5CA、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。この30サイクルの充放電試験における、30サイクル目の放電容量を30サイクル目0.5C放電容量として記録した。   Next, the charge voltage was changed and a 30-cycle charge / discharge test was performed. All voltage control was performed on the positive electrode potential. The charging / discharging test was performed at a constant current and constant voltage with a current of 0.2 CA and a voltage of 4.3 V, and the charge termination condition was when the current value was attenuated to 1/6. The discharge was a constant current discharge with a current of 0.5 CA and a final voltage of 2.0 V. In this 30-cycle charge / discharge test, the discharge capacity at the 30th cycle was recorded as the 0.5C discharge capacity at the 30th cycle.

全ての実施例および比較例に係るリチウム遷移金属複合酸化物の粉体物性および、それぞれをリチウム二次電池用正極活物質として用いたリチウム二次電池の試験結果を表1に示す。
表1における記載は、以下の事項を意味する。
「Li/Me酸処理前」:リン酸処理を行う前のリチウム遷移金属複合酸化物のLi/Meのモル比
「熱処理温度」:リン酸処理後に行う熱処理の温度。空欄は熱処理をしなかったもの。
「Li/Me酸処理後」:熱処理を行ったものは熱処理後、熱処理を行わなかったものはリン酸処理後のリチウム遷移金属複合酸化物のLi/Meのモル比。いずれも測定に先立って洗浄はしていない。
「P量」:高周波誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP測定)を行って、検出されたP元素の量
「FWHM(104)」:CuKα線源を用いたエックス線回折パターンにおける2θ=44±1°の回折ピークの半値幅
Table 1 shows the powder physical properties of lithium transition metal composite oxides according to all examples and comparative examples, and the test results of lithium secondary batteries using the lithium transition metal composite oxides as positive electrode active materials for lithium secondary batteries.
The description in Table 1 means the following matters.
“Before Li / Me acid treatment”: Li / Me molar ratio of lithium transition metal composite oxide before phosphoric acid treatment “Heat treatment temperature”: Temperature of heat treatment performed after phosphoric acid treatment. The blank is not heat-treated.
“After Li / Me acid treatment”: the heat treatment was performed after the heat treatment, and the heat treatment was not performed is the Li / Me molar ratio of the lithium transition metal composite oxide after the phosphoric acid treatment. Neither was washed prior to measurement.
“P amount”: the amount of P element detected by high-frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP measurement) “FWHM (104)”: 2θ = 44 ± 1 ° in an X-ray diffraction pattern using a CuKα radiation source FWHM of diffraction peak of

Figure 2016015298
Figure 2016015298

Figure 2016015298
Figure 2016015298

表1、2より、前記遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きく、前記遷移金属中のMnのモル比Mn/MeがMn/Me≧0.5であり、FWHM(104)(CuKα線源を用いたエックス線回折パターンにおける2θ=44±1°の回折ピークの半値幅)が0.265°以上で、且つ、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析においてP元素が検出されるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質は、30サイクル目0.5C放電容量が160mAh/g以上と高く、充放電サイクル後の高率放電性能が優れていることがわかる(実施例1〜8参照)。また、実施例2及び4のように、リン酸処理後の活物質中のPとLiOHを反応させて、LiPOのようなLiイオンの伝導性が高いP化合物に変化させることを意図して、酸処理後にLiOH・HOの混合を試みたが、結果から見るとLiOHを混合してもしなくても高率放電性能の向上は同程度であった。 From Tables 1 and 2, the transition metal (Me) contains Co, Ni and Mn, the molar ratio Li / Me of lithium (Li) to the transition metal is greater than 1, and the molar ratio Mn of Mn in the transition metal. / Me is Mn / Me ≧ 0.5, FWHM (104) (half-value width of diffraction peak of 2θ = 44 ± 1 ° in X-ray diffraction pattern using CuKα radiation source) is 0.265 ° or more, and The positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide in which element P is detected in high frequency inductively coupled plasma optical emission spectrometry has a high 0.5C discharge capacity at the 30th cycle of 160 mAh / g or more, and the high after charging / discharging cycle. It turns out that rate discharge performance is excellent (refer Examples 1-8). Further, as in Examples 2 and 4, the P in the active material after the phosphoric acid treatment is reacted with LiOH to change to a P compound having high Li ion conductivity such as Li 3 PO 4. Then, mixing of LiOH.H 2 O was attempted after the acid treatment, but from the result, the improvement in high-rate discharge performance was comparable regardless of whether or not LiOH was mixed.

これに対して、リン酸処理をしていない実施例と同一組成のリチウム遷移金属複合酸化物はFWHM(104)が0.265°未満であり、これを含む正極活物質は高率放電性能が低い(比較例1参照)。焼成温度を変更することにより、FWHM(104)が0.265°以上となる場合もあるが、リン酸処理をしない場合には、高率放電性能が低い(比較例40参照)。リン酸処理をした場合でも、熱処理をしないか、又は、熱処理温度が低すぎたり高すぎたりすると、リチウム遷移金属複合酸化物はFWHM(104)が0.265°未満となり、これを含む正極活物質は高率放電性能が向上しない(比較例2〜37参照)。
酸処理にホウ酸のような弱酸を用いた場合には、酸処理溶液が途中で中性またはアルカリ性に変化するため、酸処理が不十分となりLiがほとんど脱離しなかった。また、FWHM(104)が0.265°未満となり、これを含む正極活物質は高率放電性能が向上しない(比較例38及び39参照)。
なお、比較例40は、Li/Meの値が他の実施例や比較例と異なっているが、Li/Meの値はFWHM(104)にほとんど影響を与えない。
On the other hand, the lithium transition metal composite oxide having the same composition as that of the example not subjected to the phosphoric acid treatment has a FWHM (104) of less than 0.265 °, and the positive electrode active material containing this has a high rate discharge performance. Low (see Comparative Example 1). By changing the firing temperature, the FWHM (104) may be 0.265 ° or more, but when the phosphoric acid treatment is not performed, the high rate discharge performance is low (see Comparative Example 40). Even when the phosphoric acid treatment is performed, if the heat treatment is not performed, or if the heat treatment temperature is too low or too high, the lithium transition metal composite oxide has a FWHM (104) of less than 0.265 °, and the positive electrode The substance does not improve the high rate discharge performance (see Comparative Examples 2-37).
When a weak acid such as boric acid was used for the acid treatment, the acid treatment solution changed to neutral or alkaline during the treatment, so that the acid treatment was insufficient and Li was hardly eliminated. Further, the FWHM (104) is less than 0.265 °, and the positive electrode active material containing the FWHM (104) does not improve the high rate discharge performance (see Comparative Examples 38 and 39).
In Comparative Example 40, the value of Li / Me is different from those of other Examples and Comparative Examples, but the value of Li / Me has little influence on FWHM (104).

Figure 2016015298
Figure 2016015298

表3に、実施例1〜8のうち、酸処理時間以外の条件が同じである実施例1、3、5〜8について、30サイクル目0.5C放電時の平均放電電位と、初期充放電時のクーロン効率(以下「初回クーロン効率」ともいう)の値を示す。表1に示された実施例1〜8の結果からみて、P量が300ppmである実施例1〜4に比べて、P量が500〜1400ppmである実施例5〜8の方が、30サイクル目0.5C放電容量(mAh/g)の値が大きい。しかしながら、表3からわかるように、平均放電電位は、P量が増えるにつれて低下する傾向があることがわかる。このことは、P量が増えるにつれて電池のエネルギー密度が低下することを意味する。   In Table 3, among Examples 1 to 8, Examples 1, 3, and 5 to 8 having the same conditions other than the acid treatment time, the average discharge potential at the time of 0.5C discharge at the 30th cycle, and the initial charge and discharge The value of hourly coulomb efficiency (hereinafter also referred to as “initial coulomb efficiency”) is shown. From the results of Examples 1 to 8 shown in Table 1, compared with Examples 1 to 4 in which the P amount is 300 ppm, Examples 5 to 8 in which the P amount is 500 to 1400 ppm has 30 cycles. The value of 0.5C discharge capacity (mAh / g) is large. However, as can be seen from Table 3, the average discharge potential tends to decrease as the P amount increases. This means that the energy density of the battery decreases as the amount of P increases.

また、初回クーロン効率は、P量が増えるにつれて100%に近づくものの、P量が1400ppmである実施例8では100を超えた。クーロン効率が100を超えたことは、酸処理によって脱離するLi量が多くなり、且つ、負極に金属Liを用いたために、初回の充電によって放出されるリチウム量を超えるリチウムが初回の放電時に吸蔵されたことを意味する。なお、負極に、黒鉛等の、リチウムを含有しない負極活物質を用いたリチウム二次電池では、初回クーロン効率が100を超えることがないから、実施例8に係る正極活物質を用いても、表1に示したような大きな放電容量は得られない。   The initial coulomb efficiency approached 100% as the P content increased, but exceeded 100 in Example 8 where the P content was 1400 ppm. When the Coulomb efficiency exceeds 100, the amount of Li desorbed by acid treatment increases, and since the metal Li is used for the negative electrode, lithium exceeding the amount of lithium released by the first charge is discharged during the first discharge. It means being occluded. In the lithium secondary battery using a negative electrode active material that does not contain lithium, such as graphite, for the negative electrode, the initial Coulomb efficiency does not exceed 100. Therefore, even if the positive electrode active material according to Example 8 is used, A large discharge capacity as shown in Table 1 cannot be obtained.

これらの観点から。P量は2000ppm以下が好ましく、1000ppm以下がより好ましく、500ppm以下がさらに好ましく、300ppm以下が最も好ましい。   From these perspectives. The amount of P is preferably 2000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less, further preferably 500 ppm or less, and most preferably 300 ppm or less.

(符号の説明)
1 リチウム二次電池
2 電極群
3 電池容器
4 正極端子
4’ 正極リード
5 負極端子
5’ 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
(Explanation of symbols)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium secondary battery 2 Electrode group 3 Battery container 4 Positive electrode terminal 4 'Positive electrode lead 5 Negative electrode terminal 5' Negative electrode lead 20 Power storage unit 30 Power storage device

本発明の新規なリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質を用いることにより、高率放電性能が優れたリチウム二次電池を提供することができるので、このリチウム二次電池は、ハイブリッド自動車用、電気自動車用のリチウム二次電池として有用である。   By using the positive electrode active material containing the novel lithium transition metal composite oxide of the present invention, it is possible to provide a lithium secondary battery with excellent high-rate discharge performance. It is useful as a lithium secondary battery for electric vehicles.

Claims (7)

α−NaFeO構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物を含むリチウム二次電池用正極活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、前記遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、前記遷移金属中のMnのモル比Mn/MeがMn/Me≧0.5であり、CuKα線源を用いたエックス線回折パターンにおける2θ=44±1°の回折ピークの半値幅が0.265°以上で、且つ、P元素を含有することを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。 A positive electrode active material for a lithium secondary battery including a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 structure, wherein the transition metal (Me) includes Co, Ni, and Mn. The molar ratio of Mn in the transition metal Mn / Me is Mn / Me ≧ 0.5, and the half width of the diffraction peak at 2θ = 44 ± 1 ° in the X-ray diffraction pattern using the CuKα radiation source is 0.265. A positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is at least ° and contains a P element. 前記P元素の量が2000ppm以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用正極活物質。   2. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the amount of the P element is 2000 ppm or less. 前記リチウム遷移金属複合酸化物は、リン酸処理後の熱処理によりPを含有させたものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用正極活物質。   3. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium transition metal composite oxide contains P by heat treatment after phosphoric acid treatment. 4. 前記遷移金属に対するリチウム(Li)のモル比Li/Meが1より大きい、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a molar ratio Li / Me of lithium (Li) to the transition metal is greater than 1. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用電極。   The electrode for lithium secondary batteries containing the positive electrode active material for lithium secondary batteries of any one of Claims 1-4. 請求項5に記載のリチウム二次電池用電極を備えたリチウム二次電池。   A lithium secondary battery comprising the electrode for a lithium secondary battery according to claim 5. 請求項6に記載のリチウム二次電池を複数個集合して構成した蓄電装置。   A power storage device configured by assembling a plurality of lithium secondary batteries according to claim 6.
JP2014138123A 2014-07-03 2014-07-03 Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and power storage device Ceased JP2016015298A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014138123A JP2016015298A (en) 2014-07-03 2014-07-03 Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and power storage device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014138123A JP2016015298A (en) 2014-07-03 2014-07-03 Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and power storage device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016015298A true JP2016015298A (en) 2016-01-28

Family

ID=55231342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014138123A Ceased JP2016015298A (en) 2014-07-03 2014-07-03 Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and power storage device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016015298A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018097931A (en) * 2016-12-08 2018-06-21 株式会社Gsユアサ Nonaqueous electrolyte power storage device and method for manufacturing the same
CN110178249A (en) * 2016-12-08 2019-08-27 株式会社杰士汤浅国际 Nonaqueous electrolyte charge storage element and its manufacturing method
JP2019153462A (en) * 2018-03-02 2019-09-12 トヨタ自動車株式会社 Method for producing positive electrode active material particle, method for producing positive electrode paste, method for manufacturing positive electrode plate, and method for manufacturing lithium ion secondary battery
WO2019244955A1 (en) 2018-06-21 2019-12-26 株式会社Gsユアサ Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery, and method for use of non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2022022446A (en) * 2018-03-02 2022-02-03 トヨタ自動車株式会社 Method for producing positive electrode active material particle, method for producing positive electrode paste, method for manufacturing positive electrode plate, and method for manufacturing lithium ion secondary battery

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011096626A (en) * 2009-09-30 2011-05-12 Sanyo Electric Co Ltd Positive electrode active material, method of manufacturing the positive electrode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using positive electrode active material
JP2014112476A (en) * 2012-12-05 2014-06-19 Sony Corp Active material for secondary battery, electrode for secondary battery, secondary battery, battery pack, electric vehicle, power storage system, electric power tool, and electronic apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011096626A (en) * 2009-09-30 2011-05-12 Sanyo Electric Co Ltd Positive electrode active material, method of manufacturing the positive electrode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery using positive electrode active material
JP2014112476A (en) * 2012-12-05 2014-06-19 Sony Corp Active material for secondary battery, electrode for secondary battery, secondary battery, battery pack, electric vehicle, power storage system, electric power tool, and electronic apparatus

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018097931A (en) * 2016-12-08 2018-06-21 株式会社Gsユアサ Nonaqueous electrolyte power storage device and method for manufacturing the same
CN110178249A (en) * 2016-12-08 2019-08-27 株式会社杰士汤浅国际 Nonaqueous electrolyte charge storage element and its manufacturing method
CN110178249B (en) * 2016-12-08 2022-06-07 株式会社杰士汤浅国际 Nonaqueous electrolyte storage element and method for manufacturing same
JP2019153462A (en) * 2018-03-02 2019-09-12 トヨタ自動車株式会社 Method for producing positive electrode active material particle, method for producing positive electrode paste, method for manufacturing positive electrode plate, and method for manufacturing lithium ion secondary battery
JP2022022446A (en) * 2018-03-02 2022-02-03 トヨタ自動車株式会社 Method for producing positive electrode active material particle, method for producing positive electrode paste, method for manufacturing positive electrode plate, and method for manufacturing lithium ion secondary battery
JP7024505B2 (en) 2018-03-02 2022-02-24 トヨタ自動車株式会社 Method for manufacturing positive electrode active material particles, method for manufacturing positive electrode paste, method for manufacturing positive electrode plate, and method for manufacturing lithium ion secondary battery
CN114497503A (en) * 2018-03-02 2022-05-13 丰田自动车株式会社 Method for producing positive electrode active material particles, method for producing positive electrode paste, method for producing positive electrode plate, and method for producing lithium ion secondary battery
CN114497503B (en) * 2018-03-02 2023-10-03 丰田自动车株式会社 Method for producing positive electrode active material particles, method for producing positive electrode paste, method for producing positive electrode plate, and method for producing lithium ion secondary battery
WO2019244955A1 (en) 2018-06-21 2019-12-26 株式会社Gsユアサ Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery, and method for use of non-aqueous electrolyte secondary battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6094797B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the same, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery
JP6428996B2 (en) Mixed active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP6066306B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6497537B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery
JP6315404B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode active material, method for producing the positive electrode active material, non-aqueous electrolyte secondary battery electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6471693B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP6044809B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery active material, non-aqueous electrolyte secondary battery electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6090661B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, precursor of the positive electrode active material, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery
JP6175763B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the positive electrode active material, electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP6090662B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the same, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery
JP6083505B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the positive electrode active material, electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP2015118892A (en) Positive electrode active material for lithium secondary batteries, precursor of positive electrode active material for lithium secondary batteries, lithium secondary battery electrode, lithium secondary battery, and battery module
JP5946011B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery active material, non-aqueous electrolyte secondary battery electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5846446B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery
JP6583662B2 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2016167446A (en) Lithium secondary battery
JP6274536B2 (en) Method for producing mixed active material for lithium secondary battery, method for producing electrode for lithium secondary battery, and method for producing lithium secondary battery
JP2016015298A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and power storage device
JP6131760B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the same, electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery
JP6611074B2 (en) Mixed active material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP6460575B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP6474033B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP6394956B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170830

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170926

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171114

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180507

A045 Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment]

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045

Effective date: 20180921