JP2016031871A - Positive electrode active material for secondary battery and method for producing the same - Google Patents

Positive electrode active material for secondary battery and method for producing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material for a secondary battery, capable of exhibiting more excellent charge/discharge characteristics, and a method for producing the positive electrode active material for a secondary battery.SOLUTION: A positive electrode active material for a secondary battery comprises a zirconium-containing olivine type silicate compound loaded with graphene and carbon black, the zirconium-containing olivine type silicate compound being represented by the following formula (1): LiFeNiCoMnZrSiO...(1) (in the formula (1), a, b, c and d satisfy a+b+c+d=1-2x, and x represents a number satisfying 0<x<0.5).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、充放電容量の大きな正極材料を得ることのできる二次電池用正極活物質及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a secondary battery capable of obtaining a positive electrode material having a large charge / discharge capacity and a method for producing the same.

リチウムイオン電池は、非水電解質電池の1種であり、携帯電話、デジタルカメラ、ノートPC、ハイブリッド自動車、電気自動車等広い分野に利用されている。リチウムイオン電池は、正極材料としてリチウム金属酸化物を用い、負極材料としてグラファイト等の炭素材を用いるものが主流となっている。   Lithium ion batteries are a type of non-aqueous electrolyte battery and are used in a wide range of fields such as mobile phones, digital cameras, notebook PCs, hybrid cars, and electric cars. Lithium ion batteries mainly use lithium metal oxide as a positive electrode material and a carbon material such as graphite as a negative electrode material.

この正極材料としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、ケイ酸鉄リチウム(Li2FeSiO4)等が知られている。このうち、LiFePO4やLi2FeSiO4等は、オリビン構造を有し、高容量のリチウムイオン電池用正極材料として有用であり、特にLi2FeSiO4等のいわゆるオリビン型シリケート化合物は、優れた正極材料として注目を浴び続けている。 As this positive electrode material, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium iron silicate (Li 2 FeSiO 4 ) and the like are known. Among these, LiFePO 4 and Li 2 FeSiO 4 have an olivine structure and are useful as positive electrode materials for high-capacity lithium ion batteries. In particular, so-called olivine-type silicate compounds such as Li 2 FeSiO 4 are excellent positive electrodes. It continues to attract attention as a material.

こうしたオリビン型シリケート化合物は、層状遷移金属酸化物に比べると電子伝導性が低いため、従来より充放電特性を十分に高めるにあたっては、粒子の表面をカーボン等の導電性物質で被覆等する処理が施されている。例えば、特許文献1には、炭素粒子を活物質粒子表面に多数個付着させる方法が開示されており、また特許文献2には、正極材粒子と混合した有機物を熱分解する方法が開示されている。
一方、このような正極材粒子の表面を単にカーボンで被覆したのみでは、カーボン膜内外間におけるリチウム原子の移動量に制限が生じて充放電特性の向上が抑制されるおそれがあるところ、これを改善すべく、特許文献3には、有機化合物のプラズマ分解によってカーボンナノ構造体を正極材粒子に表面被覆する方法が開示されている。
Since such olivine-type silicate compounds have lower electronic conductivity than layered transition metal oxides, the treatment of covering the surface of particles with a conductive substance such as carbon is necessary in order to sufficiently improve charge / discharge characteristics. It has been subjected. For example, Patent Document 1 discloses a method of attaching a large number of carbon particles to the surface of active material particles, and Patent Document 2 discloses a method of pyrolyzing an organic substance mixed with positive electrode material particles. Yes.
On the other hand, if the surface of such positive electrode material particles is simply coated with carbon, there is a possibility that the amount of lithium atoms moving between the inside and outside of the carbon film may be limited, and the improvement of charge / discharge characteristics may be suppressed. In order to improve, Patent Document 3 discloses a method of coating the surface of a carbon nanostructure on positive electrode material particles by plasma decomposition of an organic compound.

特許第4151210号公報Japanese Patent No. 4151210 特許第5102425号公報Japanese Patent No. 5102425 特開2011−76931号公報JP 2011-76931 A

しかしながら、上記特許文献3に記載のようなプラズマ分解を用いた方法では、特殊な設備や技術を要するため、簡便な手段でありながら、上記特許文献1〜2に記載の方法を採用した場合よりも、優れた充放電特性を示す二次電池を実現し得る正極活物質が得られることが強く望まれている。   However, in the method using plasma decomposition as described in Patent Document 3, special equipment and technology are required, so that the method described in Patent Documents 1 and 2 is employed while being a simple means. However, it is strongly desired to obtain a positive electrode active material capable of realizing a secondary battery exhibiting excellent charge / discharge characteristics.

したがって、本発明の課題は、より優れた充放電特性を発現することのできる二次電池用正極活物質及びその製造方法を提供することにある。   Therefore, the subject of this invention is providing the positive electrode active material for secondary batteries which can express the more superior charging / discharging characteristic, and its manufacturing method.

そこで本発明者らは、種々検討したところ、ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物に特定の2種の導電性物質が担持されてなる二次電池用正極活物質であれば、大きな充放電容量を示す二次電池が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。   Accordingly, the present inventors have made various studies and find that a positive electrode active material for a secondary battery in which two specific conductive materials are supported on a zirconium-containing olivine-type silicate compound exhibits a large charge / discharge capacity. The present inventors have found that a secondary battery can be obtained and completed the present invention.

すなわち、本発明は、次式(1):Li2FeaNibCocMndZrxSiO4・・・(1)
(式(1)中、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xを満たし、xは、0<x<0.5を満たす数を示す)
で表されるジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物に、グラフェン及びカーボンブラックが担持されてなる二次電池用正極活物質を提供するものである。
また、本発明は、グラフェンオキサイド、リチウム化合物、ケイ酸化合物、ジルコニウム化合物、及び遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMnを示す)から選ばれる2種以上を複数回水熱反応に付した後、カーボンブラックを担持する上記二次電池用正極活物質の製造方法を提供するものである。
That is, the present invention has the formula (1): Li 2 Fe a Ni b Co c Mn d Zr x SiO 4 ··· (1)
(In the formula (1), a, b, c and d satisfy a + b + c + d = 1−2x, and x represents a number satisfying 0 <x <0.5)
The positive electrode active material for secondary batteries by which a graphene and carbon black are carry | supported by the zirconium containing olivine type | mold silicate compound represented by these is provided.
In addition, the present invention provides two or more waters selected from graphene oxide, lithium compounds, silicic acid compounds, zirconium compounds, and transition metal (M) salts (M represents Fe, Ni, Co, or Mn) multiple times. The present invention provides a method for producing the positive electrode active material for a secondary battery supporting carbon black after being subjected to a thermal reaction.

本発明によれば、簡便な手段を用いて二次電池用正極活物質を製造することができるとともに、得られる二次電池においても優れた充放電容量を発現させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to manufacture the positive electrode active material for secondary batteries using a simple means, the charge / discharge capacity which was excellent also in the obtained secondary battery can be expressed.

実施例1で得られた複合体XのSEM像を示す。The SEM image of the composite_body | complex obtained in Example 1 is shown. 実施例1で得られた複合体YのSEM像を示す。The SEM image of the composite_body | complex obtained in Example 1 is shown.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の二次電池用正極活物質は、次式(1):Li2FeaNibCocMndZrxSiO4・・・(1)
(式(1)中、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xを満たし、xは、0<x<0.5を満たす数を示す)
で表されるジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物に、グラフェン及びカーボンブラックが担持されてなる。このように、本発明の二次電池用正極活物質は、ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)の粒子と粒子の間隙に、これらグラフェンとカーボンブラックの異なる2種の導電性物質が効率的に配置して担持されてなるため、非常に均一性が高く、優れた電池物性を発現することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Positive electrode active material for a secondary battery of the present invention, the following equation (1): Li 2 Fe a Ni b Co c Mn d Zr x SiO 4 ··· (1)
(In the formula (1), a, b, c and d satisfy a + b + c + d = 1−2x, and x represents a number satisfying 0 <x <0.5)
Graphene and carbon black are supported on a zirconium-containing olivine type silicate compound represented by As described above, the positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention efficiently contains two kinds of conductive substances different in graphene and carbon black in the gap between the particles of the zirconium-containing olivine silicate compound (1). Since it is arranged and supported, it has very high uniformity and can exhibit excellent battery physical properties.

本発明で用いるジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1))は、次式(1):
Li2FeaNibCocMndZrxSiO4・・・(1)
(式(1)中、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xを満たし、xは、0<x<0.5を満たす数を示す)
で表される。
The zirconium-containing olivine-type silicate compound (zirconium-containing olivine-type silicate compound (1)) used in the present invention has the following formula (1):
Li 2 Fe a Ni b Co c Mn d Zr x SiO 4 (1)
(In the formula (1), a, b, c and d satisfy a + b + c + d = 1−2x, and x represents a number satisfying 0 <x <0.5)
It is represented by

式(1)中、xは0<x<0.5であって、Zrは必須である。また、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xであるので、a、b、c及びdのうち、少なくとも1つは0ではなく、すなわちFe、Ni、Co及びMnの遷移金属うち、少なくとも1種は必須である。従って、本発明で用いるジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)には、以下のような態様が含まれる。
Li2FeaZrxSiO4・・・(1a)
(式(1a)中、aは、a=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
Li2NibZrxSiO4・・・(1b)
(式(1b)中、bは、b=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
Li2CocZrxSiO4・・・(1c)
(式(1c)中、cは、c=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
Li2FeaNibZrxSiO4・・・(1d)
(式(1d)中、a及びbは、a+b=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
Li2FeaMndZrxSiO4・・・(1e)
(式(1e)中、a及びdは、a+d=1−2xであり、xは、式(1)と同義である)
In the formula (1), x is 0 <x <0.5, and Zr is essential. Moreover, since a, b, c and d are a + b + c + d = 1−2x, at least one of a, b, c and d is not 0, that is, among transition metals of Fe, Ni, Co and Mn. At least one of them is essential. Accordingly, the zirconium-containing olivine silicate compound (1) used in the present invention includes the following embodiments.
Li 2 Fe a Zr x SiO 4 (1a)
(In Formula (1a), a is a = 1-2x, and x is synonymous with Formula (1)).
Li 2 Ni b Zr x SiO 4 (1b)
(In formula (1b), b is b = 1-2x, and x is synonymous with formula (1)).
Li 2 Co c Zr x SiO 4 (1c)
(In formula (1c), c is c = 1−2x, and x is synonymous with formula (1)).
Li 2 Fe a Ni b Zr x SiO 4 (1d)
(In formula (1d), a and b are a + b = 1−2x, and x is synonymous with formula (1)).
Li 2 Fe a Mn d Zr x SiO 4 ··· (1e)
(In formula (1e), a and d are a + d = 1−2x, and x is synonymous with formula (1)).

これらジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)の具体例としては、例えば、Li2Fe0.96Zr0.02SiO4、Li2Mn0.9Zr0.05SiO4、Li2Co0.9Zr0.05SiO4、Li2Fe0.45Mn0.45Zr0.05SiO4、Li2Fe0.64Mn0.32Zr0.02SiO4等が挙げられる。なかでも、原料コスト及び放電容量の点から、式(1)中のaが0でない化合物、すなわち少なくともFeを含むシリケート化合物であるのが好ましく、具体的には式(1a)又は式(1e)のシリケート化合物であるのがより好ましい。 Specific examples of these zirconium-containing olivine type silicate compounds (1) include, for example, Li 2 Fe 0.96 Zr 0.02 SiO 4 , Li 2 Mn 0.9 Zr 0.05 SiO 4 , Li 2 Co 0.9 Zr 0.05 SiO 4 , Li 2 Fe 0.45 Mn Examples include 0.45 Zr 0.05 SiO 4 and Li 2 Fe 0.64 Mn 0.32 Zr 0.02 SiO 4 . Among these, from the viewpoint of raw material cost and discharge capacity, it is preferable that a in formula (1) is a compound in which a is not 0, that is, a silicate compound containing at least Fe, specifically, formula (1a) or formula (1e). The silicate compound is more preferable.

xの好ましい範囲は、0.001〜0.1であり、放電容量の点から、0.005〜0.08がより好ましく、0.01〜0.05がさらに好ましい。   The preferable range of x is 0.001 to 0.1, 0.005 to 0.08 is more preferable, and 0.01 to 0.05 is more preferable from the viewpoint of discharge capacity.

上記ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)に担持されるグラフェンは、ハニカム格子状に炭素原子がSP2結合した単層構造を有する、導電性に優れた材料であり、グラフェンオキサイドはその酸化物である。グラフェンオキサイドそのものは導電性を有さないものの、これを還元することによってグラフェンを得ることができる。また、グラフェンが疎水性であるのに対し、グラフェンオキサイドは表面官能基を有するために親水性であるので、水熱反応を介する上での取扱い性に優れる。そのため、本発明の二次電池用正極活物質を得るにあたり、かかるグラフェンオキサイドを用いて上記ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)にグラフェンを担持させるのが好ましい。 The graphene supported on the zirconium-containing olivine-type silicate compound (1) is a material having a single layer structure in which carbon atoms are SP 2 bonded in a honeycomb lattice shape and having excellent conductivity, and graphene oxide is an oxide thereof. is there. Although graphene oxide itself does not have conductivity, graphene can be obtained by reducing it. In addition, graphene is hydrophobic, whereas graphene oxide is hydrophilic because it has a surface functional group, and therefore, it is excellent in handleability through a hydrothermal reaction. Therefore, when obtaining the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention, it is preferable to support graphene on the zirconium-containing olivine silicate compound (1) using such graphene oxide.

グラフェンオキサイドは、層状、膜状、塊状等の形状を呈し得るが、本発明で用いるグラフェンオキサイドは、いずれの形状を呈していてもよい。かかるグラフェンオキサイドは、硝酸ナトリウムを含む濃硫酸中で過マンガン酸カリウムによって天然グラファイト等の原料黒鉛を酸化する方法であるハマーズ(Hummers)法や、ブロディー(Brodie)法、スタウデンマイヤー(Staudenmaier)法等により、製造することができる。   The graphene oxide can exhibit a shape such as a layer shape, a film shape, or a lump shape, but the graphene oxide used in the present invention may have any shape. Such graphene oxide is a method in which raw graphite such as natural graphite is oxidized with potassium permanganate in concentrated sulfuric acid containing sodium nitrate. It can be manufactured by law.

上記ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)に担持されるカーボンブラックとしては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等が挙げられる。なかでも、グラフェンとも相まって良好な導電性を付与する観点から、アセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましい。かかるカーボンブラックの平均粒径は、得られる電池物性の向上を効果的に図る観点から、好ましくは5〜100nmであり、より好ましくは10〜50nmである。なお、平均粒径とは、試料を溶媒によって均一分散させ、動的光散乱法の粒度分析計(ナノトラックUPA−EX150、日機装株式会社製)により測定される値を意味する。   Examples of the carbon black supported on the zirconium-containing olivine type silicate compound (1) include acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black. Among these, acetylene black and ketjen black are preferable from the viewpoint of providing good conductivity in combination with graphene. The average particle size of such carbon black is preferably 5 to 100 nm, more preferably 10 to 50 nm, from the viewpoint of effectively improving the physical properties of the battery obtained. The average particle size means a value measured by a dynamic light scattering particle size analyzer (Nanotrack UPA-EX150, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) after uniformly dispersing the sample with a solvent.

本発明の二次電池用正極活物質は、ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)に担持されたグラフェン及びカーボンブラックの合計量が、二次電池用正極活物質中に、好ましくは5〜15質量%であり、より好ましくは7〜12質量%である。また、グラフェンの量はカーボンブラックよりも多いのが好ましく、グラフェンとカーボンブラックの質量比(グラフェン:カーボンブラック)が、好ましくは51:49〜80:20であり、より好ましくは55:45〜70:30である。   In the positive electrode active material for secondary battery of the present invention, the total amount of graphene and carbon black supported on the zirconium-containing olivine silicate compound (1) is preferably 5 to 15 mass in the positive electrode active material for secondary battery. %, More preferably 7 to 12% by mass. The amount of graphene is preferably larger than that of carbon black, and the mass ratio of graphene to carbon black (graphene: carbon black) is preferably 51:49 to 80:20, more preferably 55:45 to 70. : 30.

本発明の二次電池用正極活物質は、具体的には、グラフェンオキサイド、リチウム化合物、ケイ酸化合物、ジルコニウム化合物、及び遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMnを示す)から選ばれる2種以上を複数回水熱反応に付してカーボンブラックを担持することにより得られる二次電池用正極活物質であるのが好ましい。   Specifically, the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention includes graphene oxide, a lithium compound, a silicate compound, a zirconium compound, and a transition metal (M) salt (M represents Fe, Ni, Co, or Mn). It is preferable that the positive electrode active material for a secondary battery is obtained by subjecting two or more selected from the above to hydrothermal reaction multiple times to support carbon black.

リチウム化合物としては、水酸化リチウム(例えばLiOH・H2O)、炭酸リチウム(Li2CO3)、硫酸リチウム、酢酸リチウムが挙げられるが、水酸化リチウムが特に好ましい。水酸化リチウムとしては、例えば、LiOH・H2O等の水和物を用いることができる。 Examples of the lithium compound include lithium hydroxide (for example, LiOH.H 2 O), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium sulfate, and lithium acetate, and lithium hydroxide is particularly preferable. As lithium hydroxide, for example, a hydrate such as LiOH.H 2 O can be used.

ケイ酸化合物としては、反応性のあるシリカ化合物であれば特に限定されず、オルトケイ酸テトラエチル、非晶質シリカ、Na4SiO4やNa4SiO4・nH2O(例えばNa4SiO4・H2O)が挙げられる。なかでも、加水分解を介して容易にSiO2へ変化させることができる観点から、オルトケイ酸テトラエチルを用いるのがより好ましい。 The silicic acid compound is not particularly limited as long as it is a reactive silica compound. Tetraethyl orthosilicate, amorphous silica, Na 4 SiO 4 or Na 4 SiO 4 .nH 2 O (for example, Na 4 SiO 4 .H 2 O). Of these, tetraethyl orthosilicate is more preferably used from the viewpoint that it can be easily changed to SiO 2 through hydrolysis.

ジルコニウム化合物としては、4価の化合物であればよく、例えば、ハロゲン化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、二酢酸酸化ジルコニウム、オクタン酸ジルコニウム、ラウリン酸酸化ジルコニウム等の有機酸塩が挙げられる。   The zirconium compound may be a tetravalent compound, and examples thereof include organic acid salts such as zirconium halide, zirconium sulfate, zirconium diacetate oxide, zirconium octoate, and zirconium laurate oxide.

遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMnを示す)としては、MSO4(式中、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される遷移金属硫酸塩又は(R)2M(式中、Rは有機酸残基を示し、MはFe、Ni、Co又はMnを示す)で表される有機酸遷移金属塩を用いるのが好ましい。遷移金属硫酸塩MSO4としては、FeSO4、NiSO4、CoSO4又はMnSO4が挙げられ、これらは1種単独でも2種以上を混合して用いてもよい。これらのうち、FeSO4、MnSO4がより好ましい。 As transition metal (M) salt (M represents Fe, Ni, Co or Mn), transition metal sulfate represented by MSO 4 (wherein M represents Fe, Ni, Co or Mn) or It is preferable to use an organic acid transition metal salt represented by (R) 2 M (wherein R represents an organic acid residue, and M represents Fe, Ni, Co, or Mn). Examples of the transition metal sulfate MSO 4 include FeSO 4 , NiSO 4 , CoSO 4, and MnSO 4 , and these may be used alone or in combination of two or more. Of these, FeSO 4 and MnSO 4 are more preferable.

有機酸遷移金属塩(R)2MのRで示される有機酸としては、炭素数1〜20の有機酸が好ましく、炭素数2〜12の有機酸がより好ましい。より具体的な有機酸としては、シュウ酸、フマル酸等のジカルボン酸、乳酸等のヒドロキシカルボン酸、酢酸等の脂肪酸が挙げられる。 The organic acid represented by an organic acid transition metal salt (R) of 2 M R, preferably an organic acid having 1 to 20 carbon atoms, more preferably an organic acid having 2 to 12 carbon atoms. More specific organic acids include dicarboxylic acids such as oxalic acid and fumaric acid, hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, and fatty acids such as acetic acid.

本発明の二次電池用正極活物質は、より具体的には、グラフェンオキサイド及びケイ酸化合物を含むスラリー水Xを水熱反応に付して得られる複合体X、リチウム化合物、ジルコニウム化合物、並びに遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMnを示す)を含むスラリー水Yを水熱反応に付して得られる複合体Yに、カーボンブラックを担持することにより得られる二次電池用正極活物質であるのがより好ましい。すなわち、予めグラフェンオキサイド及びケイ酸化合物を含むスラリー水Xを水熱反応に付して複合体Xを得た後、かかる複合体Xと、リチウム化合物、ジルコニウム化合物、及び遷移金属(M)塩を含むスラリー水Yを調製し、これを水熱反応に付すことにより複合体Yを得た後、カーボンブラックを担持するという、複数回水熱反応に付すことによって得られるものであるのが好ましい。
以下、本発明の二次電池用正極活物質につき、その製造方法として、より具体的に説明する。
More specifically, the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention is more specifically a composite X obtained by subjecting slurry water X containing graphene oxide and a silicate compound to a hydrothermal reaction, a lithium compound, a zirconium compound, and Two obtained by supporting carbon black on a composite Y obtained by subjecting slurry water Y containing a transition metal (M) salt (M represents Fe, Ni, Co or Mn) to a hydrothermal reaction. More preferably, it is a positive electrode active material for a secondary battery. That is, slurry water X containing graphene oxide and a silicate compound in advance is subjected to a hydrothermal reaction to obtain a composite X, and then the composite X is mixed with a lithium compound, a zirconium compound, and a transition metal (M) salt. It is preferable to obtain the composite water Y by preparing the slurry water Y to be contained, and subjecting it to a hydrothermal reaction, and then carrying the hydrothermal reaction a plurality of times to carry carbon black.
Hereinafter, the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention will be described more specifically as a production method thereof.

本発明の二次電池用正極活物質の製造方法は、グラフェンオキサイド、リチウム化合物、ケイ酸化合物、ジルコニウム化合物、及び遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMnを示す)から選ばれる2種以上を複数回水熱反応に付した後、カーボンブラックを担持する方法であり、本発明の二次電池用正極活物質は、上述のとおり、かかる方法により得られるものであるのが好ましい。さらに具体的には、発明の二次電池用正極活物質の製造方法は、ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)の粒子と粒子の間隙に、これらグラフェンとカーボンブラックの異なる種類の導電性物質を効率的に配置して担持させる観点から、グラフェンオキサイド及びケイ酸化合物を含むスラリー水Xを水熱反応に付して複合体Xを得る工程(I)、
得られた複合体X、リチウム化合物、ジルコニウム化合物、及び遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMを示す)を含むスラリー水Yを水熱反応に付して複合体Yを得る工程(II)、並びに
得られた複合体Yにカーボンブラックを担持する工程(III)
を含むのがより好ましい。
The method for producing a positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention comprises graphene oxide, a lithium compound, a silicate compound, a zirconium compound, and a transition metal (M) salt (M represents Fe, Ni, Co, or Mn). This is a method of supporting carbon black after subjecting two or more selected types to hydrothermal reaction a plurality of times, and the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention is obtained by such a method as described above. Is preferred. More specifically, according to the method for producing a positive electrode active material for a secondary battery of the invention, different types of conductive substances of graphene and carbon black are provided in the gaps between the particles of the zirconium-containing olivine silicate compound (1). From the viewpoint of efficiently arranging and supporting the slurry, the step (I) of obtaining the composite X by subjecting the slurry water X containing graphene oxide and the silicate compound to a hydrothermal reaction,
The obtained composite X, a lithium compound, a zirconium compound, and a transition metal (M) salt (M represents Fe, Ni, Co or M) are subjected to a hydrothermal reaction to subject the composite Y to a hydrothermal reaction. Step (II) for obtaining carbon black and step (III) for supporting carbon black on the obtained composite Y
It is more preferable to contain.

工程(I)で用いるスラリー水Xは、グラフェンオキサイド及びケイ酸化合物を含み、さらに水のほか、有機溶媒を含むのが好ましい。かかる有機溶媒としては、エタノール、エチレングリコール、グリセリンが挙げられる。なかでもエタノールが好ましい。かかる有機溶媒の量は、スラリー水Xに含まれる水及び有機溶媒の全量中、好ましくは5〜50質量%であり、より好ましくは10〜30質量%である。   The slurry water X used in step (I) preferably contains graphene oxide and a silicate compound, and further contains an organic solvent in addition to water. Such organic solvents include ethanol, ethylene glycol, and glycerin. Of these, ethanol is preferable. The amount of the organic solvent is preferably 5 to 50% by mass and more preferably 10 to 30% by mass in the total amount of water and organic solvent contained in the slurry water X.

スラリー水X中におけるグラフェンオキサイド及びケイ酸化合物の合計量は、水100質量部に対し、好ましくは5〜30質量部であり、より好ましくは7〜15質量部である。また、グラフェンオキサイドとケイ酸化合物との質量比(グラフェンオキサイド:ケイ酸化合物)は、好ましくは1:3〜1:12であり、より好ましくは1:6〜1:12である。   The total amount of graphene oxide and silicic acid compound in the slurry water X is preferably 5 to 30 parts by mass, more preferably 7 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water. The mass ratio of graphene oxide to silicate compound (graphene oxide: silicate compound) is preferably 1: 3 to 1:12, more preferably 1: 6 to 1:12.

工程(I)において、スラリー水Xを水熱反応に付することにより、グラフェンオキサイドの表面にケイ酸化合物由来のSiO2粒子を効率的かつ堅固に付着させることができる。かかる水熱反応の温度は、グラフェンオキサイドの表面にSiO2粒子を良好に付着させる観点から、好ましくは130〜200℃であり、より好ましくは140〜170℃である。また、水熱反応時間は、好ましくは1〜12時間であり、より好ましくは3〜9時間である。反応時の圧力は、好ましくは0.2〜1.5MPaであり、より好ましくは0.3〜0.7MPaである。 In the step (I), by subjecting the slurry water X to a hydrothermal reaction, the SiO 2 particles derived from the silicate compound can be efficiently and firmly attached to the surface of the graphene oxide. The temperature of the hydrothermal reaction is preferably 130 to 200 ° C, more preferably 140 to 170 ° C, from the viewpoint of satisfactorily attaching SiO 2 particles to the surface of graphene oxide. Moreover, hydrothermal reaction time becomes like this. Preferably it is 1 to 12 hours, More preferably, it is 3 to 9 hours. The pressure during the reaction is preferably 0.2 to 1.5 MPa, more preferably 0.3 to 0.7 MPa.

次いで、工程(II)では、工程(I)において得られた複合体X、リチウム化合物、ジルコニウム化合物、及び遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMを示す)を含むスラリー水Yを水熱反応に付して複合体Yを得る。複合体Xは、工程(I)において用いた水及び有機溶媒を含んだまま、用いるのが好ましい。スラリー水Yは、不純物の生成を効果的に抑制する観点から、さらに水酸化ナトリウムを含有するのが好ましい。
工程(II)において水酸化ナトリウムを用いる場合、具体的には、スラリー水Yにおけるリチウム化合物及び水酸化ナトリウムの合計量は、水100質量部に対し、好ましくは8〜40質量部であり、より好ましくは8〜38質量部であり、さらに好ましくは8〜36質量部である。また、リチウムとナトリウムのモル比(Li:Na)は、好ましくは1:2〜1:6であり、より好ましくは1:2〜1:4である。さらに、スラリー水Y中におけるケイ酸化合物と水酸化ナトリウムのモル比は、好ましくは1:3〜1:6であり、より好ましくは1:3〜1:5である。
Next, in step (II), a slurry containing the composite X obtained in step (I), a lithium compound, a zirconium compound, and a transition metal (M) salt (M represents Fe, Ni, Co, or M). Water Y is subjected to a hydrothermal reaction to obtain complex Y. The complex X is preferably used while containing the water and the organic solvent used in the step (I). The slurry water Y preferably further contains sodium hydroxide from the viewpoint of effectively suppressing the generation of impurities.
When using sodium hydroxide in the step (II), specifically, the total amount of the lithium compound and sodium hydroxide in the slurry water Y is preferably 8 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water. Preferably it is 8-38 mass parts, More preferably, it is 8-36 mass parts. The molar ratio of lithium to sodium (Li: Na) is preferably 1: 2 to 1: 6, more preferably 1: 2 to 1: 4. Furthermore, the molar ratio of the silicic acid compound and sodium hydroxide in the slurry water Y is preferably 1: 3 to 1: 6, more preferably 1: 3 to 1: 5.

なお、リチウム化合物として水酸化リチウムを用いる場合、上記合計量における水酸化リチウムの量は、水酸化リチウム(LiOH)量に換算した値となる。また、化学量論上、かかる水酸化リチウムのLi源としての量は、ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)におけるジルコニウム化合物及び遷移金属(M)塩の合計モル量を基準として、1.5〜4倍であるのが好ましく、2〜3.5倍であるのがより好ましい。   When lithium hydroxide is used as the lithium compound, the amount of lithium hydroxide in the total amount is a value converted to the amount of lithium hydroxide (LiOH). Further, in terms of stoichiometry, the amount of lithium hydroxide as a Li source is 1.5 to 5 based on the total molar amount of the zirconium compound and the transition metal (M) salt in the zirconium-containing olivine-type silicate compound (1). It is preferably 4 times, and more preferably 2 to 3.5 times.

スラリー水Yは、好ましくは最終的にpH9〜13.5に調整し、より好ましくはpH9.5〜13に調整する。これにより、副生成物ならびに粒子の成長を有効に抑制することができる。この際、必要に応じて、公知のpH調整剤を用いてもよい。   The slurry water Y is preferably finally adjusted to pH 9 to 13.5, more preferably adjusted to pH 9.5 to 13. Thereby, the growth of by-products and particles can be effectively suppressed. At this time, a known pH adjuster may be used as necessary.

工程(II)においては、スラリー水Yを水熱反応に付する。水熱の温度は、100℃以上であればよく、好ましくは130〜250℃であり、より好ましくは140〜230℃である。例えば、蒸気加熱式オートクレーブを用いる場合、オートクレーブ中で密封して蒸気で加熱するのみでよく、圧力は、130〜250℃で反応を行う場合、0.3〜1.5MPaとなり、140〜230℃で反応を行う場合、0.4〜1MPaとなる。反応時間は10分〜24時間が好ましく、さらに1〜12時間が好ましい。   In the step (II), the slurry water Y is subjected to a hydrothermal reaction. The hydrothermal temperature should just be 100 degreeC or more, Preferably it is 130-250 degreeC, More preferably, it is 140-230 degreeC. For example, when using a steam heating type autoclave, it is only necessary to seal in an autoclave and heat with steam. When the reaction is performed at 130 to 250 ° C, the pressure becomes 0.3 to 1.5 MPa, and 140 to 230 ° C. When the reaction is performed at 0.4 to 1 MPa. The reaction time is preferably 10 minutes to 24 hours, more preferably 1 to 12 hours.

水熱反応終了後、生成した複合体Yをろ過により採取し、次いで、効果的に不純物を除去する観点から、洗浄するのが好ましい。洗浄は、ケーキ洗浄機能を有したろ過装置を用いて水で行うのが好ましい。得られた結晶は、必要により乾燥する。乾燥手段は、噴霧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等が挙げられる。   After completion of the hydrothermal reaction, the produced complex Y is preferably collected by filtration, and then washed from the viewpoint of effectively removing impurities. Washing is preferably performed with water using a filtration device having a cake washing function. The obtained crystals are dried if necessary. Examples of the drying means include spray drying, vacuum drying, freeze drying and the like.

続いて、工程(III)において、得られた複合体Yにカーボンブラックを担持する。これにより、未だ導電性物質が付着していないジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)の表面やかかる化合物(1)の粒子の間隙に、効率的にカーボンブラックを配置させることが可能となる。   Subsequently, in the step (III), carbon black is supported on the obtained composite Y. This makes it possible to efficiently dispose carbon black on the surface of the zirconium-containing olivine-type silicate compound (1) to which no conductive substance has yet adhered, or on the gaps between the particles of the compound (1).

具体的には、工程(III)は、工程(II)において得られた複合体Y及びカーボンブラックを混合した後、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する工程であるのが好ましい。これにより、複合体Yとカーボンブラックとが均一に分散したまま堅固に凝集し、グラフェンとも相まってこれら導電性物質を効率的に配置することができ、より電気抵抗が低減された正極活物質を得ることができる。複合体Y中におけるグラフェンオキサイドとカーボンブラックの質量比(グラフェンオキサイド:カーボンブラック)は、好ましくは51:49〜70:30であり、より好ましくは55:45〜70:30である。   Specifically, the step (III) is preferably a step of mixing the composite Y obtained in the step (II) and carbon black and then mixing them while applying a compressive force and a shearing force. As a result, the composite Y and the carbon black are firmly agglomerated while being uniformly dispersed, and these conductive materials can be efficiently disposed in combination with the graphene, thereby obtaining a positive electrode active material with further reduced electric resistance. be able to. The mass ratio of graphene oxide to carbon black (graphene oxide: carbon black) in the composite Y is preferably 51:49 to 70:30, more preferably 55:45 to 70:30.

圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理は、周速度25〜40m/sで回転するインペラを備えた密閉容器内で行うのが好ましい。かかるインペラの周速度は、得られる正極活物質のタップ密度を高めて電池物性の向上を図る観点から、好ましくは27〜35m/sである。なお、インペラの周速度とは、回転式攪拌翼(インペラ)の最外端部の速度を意味し、下記式(I)により表すことができる。
インペラの周速度(m/s)=
インペラの半径(m)×2×π×回転数(rpm)÷60・・・(I)
圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理を行う時間は、インペラの周速度が遅いほど長くなるように、インペラの周速度によっても変動し得るが、好ましくは5〜90分間であり、より好ましくは10〜60分である。
The process of mixing while applying a compressive force and a shearing force is preferably carried out in a closed container equipped with an impeller that rotates at a peripheral speed of 25 to 40 m / s. The peripheral speed of the impeller is preferably 27 to 35 m / s from the viewpoint of improving the battery physical properties by increasing the tap density of the obtained positive electrode active material. In addition, the peripheral speed of an impeller means the speed of the outermost edge part of a rotary stirring blade (impeller), and can be represented by following formula (I).
Impeller peripheral speed (m / s) =
Impeller radius (m) × 2 × π × rotational speed (rpm) ÷ 60 (I)
The time for performing the mixing process while applying compressive force and shearing force may vary depending on the peripheral speed of the impeller so that the slower the peripheral speed of the impeller, the more preferably it is 5 to 90 minutes. Preferably it is 10 to 60 minutes.

圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理における、インペラの周速度及び/又は処理時間は、容器に投入する複合体Y及びカーボンブラックの量に応じて適宜調整する必要がある。そして、容器を稼動させることにより、インペラと容器内壁との間でこれら混合物に圧縮力及びせん断力が付加されつつ、これを混合する処理を行うことが可能となり、粒子の表面又は間隙において、グラフェンとともにカーボンブラックが緻密かつ均一に分散した正極活物質を得ることができる。
例えば、上記混合する処理を周速度25〜40m/sで回転するインペラを備える密閉容器内で、5〜90分間行う場合、容器に投入する複合体Y及びカーボンブラックの合計量は、有効容器(インペラを備える密閉容器のうち、複合体Y及びカーボンブラックを収容可能な部位に相当する容器)1cm3当たり、好ましくは0.1〜0.7gであり、より好ましくは0.15〜0.4gである。
The impeller peripheral speed and / or processing time in the process of mixing while applying a compressive force and a shearing force need to be adjusted as appropriate according to the amount of the composite Y and carbon black charged into the container. Then, by operating the container, it is possible to perform a process of mixing the mixture while applying a compressive force and a shearing force between the impeller and the inner wall of the container. In addition, a positive electrode active material in which carbon black is densely and uniformly dispersed can be obtained.
For example, when the mixing process is performed for 5 to 90 minutes in an airtight container equipped with an impeller rotating at a peripheral speed of 25 to 40 m / s, the total amount of the composite Y and carbon black charged into the container is an effective container ( Among sealed containers equipped with an impeller, a container corresponding to a part capable of accommodating the composite Y and carbon black) is preferably 0.1 to 0.7 g, more preferably 0.15 to 0.4 g, per 1 cm 3. It is.

工程(III)を経た後、焼成することにより、正極活物質とするのが好ましい。これによりグラフェンオキサイドを還元してグラフェンに変化させ、ジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物(1)にグラフェンとともにカーボンブラックを堅固に担持させることができる。かかる焼成は、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下にて行うのが好ましく、また焼成温度は、好ましくは700℃以下、より好ましくは300〜600℃であり、焼成時間は、好ましくは10分〜3時間、より好ましくは0.5〜1.5時間である。   After the step (III), the positive electrode active material is preferably obtained by firing. Thereby, graphene oxide can be reduced and converted into graphene, and the zirconium-containing olivine-type silicate compound (1) can firmly support carbon black together with graphene. Such firing is preferably performed under an inert gas atmosphere or under reducing conditions, and the firing temperature is preferably 700 ° C. or lower, more preferably 300 to 600 ° C., and the firing time is preferably 10 minutes to 3 hours, more preferably 0.5 to 1.5 hours.

得られた正極活物質は、放電容量の点で優れており、二次電池の正極材料として有用である。かかる正極活物質の平均粒子径は、好ましくは10〜300nmであり、より好ましくは20〜200nmである。本発明の正極活物質を適用できる二次電池としては、リチウムイオン二次電池であればよく、正極と負極と電解液とセパレータを必須構成とするものであれば特に限定されない。   The obtained positive electrode active material is excellent in terms of discharge capacity, and is useful as a positive electrode material for a secondary battery. The average particle size of the positive electrode active material is preferably 10 to 300 nm, and more preferably 20 to 200 nm. The secondary battery to which the positive electrode active material of the present invention can be applied may be a lithium ion secondary battery, and is not particularly limited as long as it has a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator as essential components.

ここで、負極については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。たとえば、リチウム金属、グラファイト又は非晶質炭素等の炭素材料等である。そしてリチウムを電気化学的に吸蔵・放出し得るインターカレート材料で形成された電極、特に炭素材料を用いることが好ましい。   Here, as long as lithium ions can be occluded at the time of charging and released at the time of discharging, the material structure is not particularly limited, and a known material structure can be used. For example, a carbon material such as lithium metal, graphite, or amorphous carbon. It is preferable to use an electrode formed of an intercalating material capable of electrochemically inserting and extracting lithium, particularly a carbon material.

電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常二次電池の電解液の用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。   The electrolytic solution is obtained by dissolving a supporting salt in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent that is usually used for an electrolyte solution of a secondary battery. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones, oxolanes, A compound or the like can be used.

支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF32及びLiN(SO3CF32、LiN(SO2252及びLiN(SO2CF3)(SO249)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。 The type of the supporting salt is not particularly limited, but an inorganic salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 , a derivative of the inorganic salt, LiSO 3 CF 3 , LiC (SO 3 CF 3 ) 2 and LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), and organic salt derivatives It is preferable that it is at least 1 type of these.

セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。   The separator plays a role of electrically insulating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolytic solution. For example, a porous synthetic resin film, particularly a polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene) porous film may be used.

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

[実施例1]
天然黒鉛(SP−270、日本黒鉛(株)製)の粉砕物を用いてハマーズ法により作製したグラフェンオキサイド 0.30g、オルトケイ酸テトラエチル 2.61g、エタノール 5.0g、及び水 32.5mLを混合し、スラリー水Xを調製した。
得られたスラリー水Xをオートクレーブに投入し、0.7MPaの圧力下、150℃で10時間水熱反応を行い、生成した複合体Xを含む混合液を得た。
複合体XのSEM像を図1に示す。
[Example 1]
Mixing 0.30 g of graphene oxide, 2.61 g of tetraethyl orthosilicate, 5.0 g of ethanol, and 32.5 mL of water, prepared by the Hammers method using a pulverized product of natural graphite (SP-270, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.) Slurry water X was prepared.
The obtained slurry water X was put into an autoclave and subjected to a hydrothermal reaction at 150 ° C. for 10 hours under a pressure of 0.7 MPa to obtain a mixed solution containing the produced complex X.
An SEM image of the complex X is shown in FIG.

次いで、水熱反応後に得られた混合液をそのまま用い、かかる混合液にLiOH・H2O 1.05g、Zr(SO42・4H2O 0.13g、MnSO4・5H2O 2.55g、FeSO4・7H2O 0.33g、及びNaOH 2.0gを添加して混合し、pH13のスラリー水Yを得た。かかるスラリー水における、水100質量部に対する水酸化リチウム及び水酸化ナトリウムの合計量は9質量部であり、モル比(Li:Na)は1:2であり、またオルトケイ酸テトラエチルと水酸化ナトリウムのモル比は1:4であった。さらに、ジルコニウム化合物及び遷移金属(M)塩の合計モル量を基準とする水酸化リチウムのLi源としての量は、2倍であった。
得られたスラリー水Yをオートクレーブに投入し、0.7MPaの圧力下、150℃で12時間水熱反応を行い、複合体Yを生成した。生成した複合体Yをろ過し、次いで質量比(結晶:水)が1:12となる量の水により洗浄した後、−50℃で12時間凍結乾燥した。
複合体YのSEM像を図2に示す。
Then, it uses the resulting mixture after the hydrothermal reaction, LiOH · H 2 O 1.05g in such mixture, Zr (SO 4) 2 · 4H 2 O 0.13g, MnSO 4 · 5H 2 O 2. 55 g of FeSO 4 .7H 2 O 0.33 g and NaOH 2.0 g were added and mixed to obtain slurry water Y having a pH of 13. In such slurry water, the total amount of lithium hydroxide and sodium hydroxide with respect to 100 parts by mass of water is 9 parts by mass, the molar ratio (Li: Na) is 1: 2, and tetraethyl orthosilicate and sodium hydroxide The molar ratio was 1: 4. Furthermore, the amount of lithium hydroxide as a Li source based on the total molar amount of the zirconium compound and the transition metal (M) salt was doubled.
The obtained slurry water Y was put into an autoclave, and a hydrothermal reaction was performed at 150 ° C. for 12 hours under a pressure of 0.7 MPa to produce a composite Y. The produced complex Y was filtered, washed with water in an amount such that the mass ratio (crystal: water) was 1:12, and then lyophilized at −50 ° C. for 12 hours.
The SEM image of the composite Y is shown in FIG.

続いて、得られた複合体Yに、カーボンブラック(カーボンECP、ライオン社製)を複合体Yとカーボンブラックの全量中に15質量%となる量で添加して混合し、混合物を得た。得られた混合物を微粒子複合化装置 ノビルタ(NOB−MINI、ホソカワミクロン社製、動力0.75kw)に投入し、処理温度を25〜35℃として、インペラの周速度を39m/s、処理時間を20分として混合し、焼成前の複合体粒子を得た。
次いで、窒素ガスをパージした電気炉を用い、得られた焼成前の複合体粒子を温度700℃で1時間焼成して、焼成後の複合体粒子(Li2Fe0.09Mn0.85Zr0.03SiO4/C、平均粒径50nm)を得た。得られた焼成後の複合体粒子中に担持されてなるグラフェン及びカーボンブラックの合計量は、12質量%であり、グラフェンとカーボンブラックの質量比(グラフェン:カーボンブラック)は、58.3:41.7であった。
Subsequently, carbon black (carbon ECP, manufactured by Lion Corporation) was added to the obtained composite Y in an amount of 15% by mass in the total amount of the composite Y and carbon black, and a mixture was obtained. The obtained mixture was put into a fine particle composite apparatus Nobilta (NOB-MINI, manufactured by Hosokawa Micron Corporation, power 0.75 kW), the processing temperature was set to 25 to 35 ° C., the impeller peripheral speed was 39 m / s, and the processing time was 20 Mixing as a minute, composite particles before firing were obtained.
Next, using an electric furnace purged with nitrogen gas, the obtained composite particles before firing were fired at a temperature of 700 ° C. for 1 hour, and the composite particles after firing (Li 2 Fe 0.09 Mn 0.85 Zr 0.03 SiO 4 / C, average particle size 50 nm). The total amount of graphene and carbon black supported in the obtained composite particles after firing is 12% by mass, and the mass ratio of graphene to carbon black (graphene: carbon black) is 58.3: 41. .7.

[比較例1]
LiOH・H2O 1.05g、Zr(SO42・4H2O 0.13g、MnSO4・5H2O 2.55g、FeSO4・7H2O 0.33g、Na4SiO4・nH2O 3.49g、及び水9.4mLを混合し、スラリー水Zを調製した。
得られたスラリー水Zをオートクレーブに投入し、0.7MPaの圧力下、150℃で12時間水熱反応を行い、複合体を生成した。生成した複合体をろ過し、次いで質量比(結晶:水)が1:12となる量の水により洗浄した後、−50℃で12時間凍結乾燥した。
次いで、得られた複合体に、実施例1と同様にしてカーボンブラックを添加して混合し、混合物を得た後、同様にして焼成して、焼成後の複合体粒子(Li2Fe0.09Mn0.85Zr0.03SiO4/C、平均粒径50nm)を得た。得られた焼成後の複合体粒子中に担持されてなるカーボンブラックの合計量は、12質量%であった。
[Comparative Example 1]
LiOH.H 2 O 1.05 g, Zr (SO 4 ) 2 .4H 2 O 0.13 g, MnSO 4 .5H 2 O 2.55 g, FeSO 4 .7H 2 O 0.33 g, Na 4 SiO 4 .nH 2 3.49 g of O and 9.4 mL of water were mixed to prepare slurry water Z.
The obtained slurry water Z was put into an autoclave and subjected to a hydrothermal reaction at 150 ° C. for 12 hours under a pressure of 0.7 MPa to produce a composite. The formed complex was filtered, washed with water in an amount such that the mass ratio (crystal: water) was 1:12, and then lyophilized at −50 ° C. for 12 hours.
Next, carbon black was added to and mixed with the obtained composite in the same manner as in Example 1 to obtain a mixture, and then fired in the same manner to obtain composite particles (Li 2 Fe 0.09 Mn after firing). 0.85 Zr 0.03 SiO 4 / C, average particle size 50 nm). The total amount of carbon black supported in the obtained composite particles after firing was 12% by mass.

[比較例2]
グラフェンオキサイドを用いなかった以外、実施例1と同様にしてスラリー水Xを調製し、水熱反応を行って複合体Xを含む混合液を得た。次いで、実施例1と同様にして、スラリー水Yを得た後、カーボンブラックを混合してノビルタにより混合処理を施し、焼成して焼成後の複合体粒子(Li2Fe0.09Mn0.85Zr0.03SiO4/C、平均粒径50nm)を得た。
[Comparative Example 2]
A slurry water X was prepared in the same manner as in Example 1 except that no graphene oxide was used, and a hydrothermal reaction was performed to obtain a mixed solution containing the complex X. Next, in the same manner as in Example 1, after obtaining the slurry water Y, the carbon black was mixed and mixed with Nobilta, fired and fired composite particles (Li 2 Fe 0.09 Mn 0.85 Zr 0.03 SiO 4 / C, average particle size 50 nm).

[試験例1]
実施例1及び比較例1〜2で得られた焼成後の複合体粒子を用い、リチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、実施例1及び比較例1〜2で得られた焼成後の複合体粒子、ケッチェンブラック(導電剤)、ポリフッ化ビニリデン(粘結剤)を重量比75:15:10の配合割合で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
[Test Example 1]
Using the fired composite particles obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, a positive electrode of a lithium ion secondary battery was produced. Specifically, the composite particles after firing obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-2, ketjen black (conductive agent), and polyvinylidene fluoride (binding agent) in a weight ratio of 75:15:10 are used. The mixture was mixed at a blending ratio, and N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto and kneaded sufficiently to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm using a coating machine, and vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours. Thereafter, it was punched into a disk shape of φ14 mm and pressed at 16 MPa for 2 minutes using a hand press to obtain a positive electrode.

次いで、上記の正極を用いてコイン型リチウムイオン二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンなどの高分子多孔フィルムなど、公知のものを用いた。これらの電池部品を露点が−50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型リチウム二次電池(CR−2032)を製造した。 Next, a coin-type lithium ion secondary battery was constructed using the positive electrode. A lithium foil punched to φ15 mm was used for the negative electrode. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / l in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used. As the separator, a known one such as a polymer porous film such as polypropylene was used. These battery components were assembled and housed in a conventional manner in an atmosphere with a dew point of −50 ° C. or lower to produce a coin-type lithium secondary battery (CR-2032).

製造したリチウムイオン電池を用いて定電流密度での充放電を1サイクル行った。このときの充電条件は電流0.1CA(33.3mA/g)、電圧4.5Vの定電流定電圧充電とし、放電条件は電流0.6CA、終止電圧1.5Vの定電流放電とした。温度は全て30℃とした。
結果を表1に示す。
One cycle of charge and discharge at a constant current density was performed using the manufactured lithium ion battery. The charging conditions at this time were constant current and constant voltage charging with a current of 0.1 CA (33.3 mA / g) and a voltage of 4.5 V, and the discharging conditions were constant current discharging with a current of 0.6 CA and a final voltage of 1.5 V. All temperatures were 30 ° C.
The results are shown in Table 1.

表1の結果より、本発明の二次電池用正極活物質を用いたリチウムイオン電池は、比較例のそれに比べて優れた電池特性を有することがわかる。   From the results in Table 1, it can be seen that the lithium ion battery using the positive electrode active material for the secondary battery of the present invention has battery characteristics superior to those of the comparative example.

Claims (10)

次式(1):Li2FeaNibCocMndZrxSiO4・・・(1)
(式(1)中、a、b、c及びdは、a+b+c+d=1−2xを満たし、xは、0<x<0.5を満たす数を示す)
で表されるジルコニウム含有オリビン型シリケート化合物に、グラフェン及びカーボンブラックが担持されてなる二次電池用正極活物質。
Following formula (1): Li 2 Fe a Ni b Co c Mn d Zr x SiO 4 ··· (1)
(In the formula (1), a, b, c and d satisfy a + b + c + d = 1−2x, and x represents a number satisfying 0 <x <0.5)
The positive electrode active material for secondary batteries by which a graphene and carbon black are carry | supported by the zirconium containing olivine type | mold silicate compound represented by these.
式(1)中のaが、0ではない請求項1に記載の二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1, wherein a in the formula (1) is not 0. グラフェン及びカーボンブラックの合計量が、5〜15質量%である請求項1又は2に記載の二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the total amount of graphene and carbon black is 5 to 15% by mass. グラフェンオキサイド、リチウム化合物、ケイ酸化合物、ジルコニウム化合物、及び遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMnを示す)から選ばれる2種以上を複数回水熱反応に付してカーボンブラックを担持することにより得られる請求項1〜3のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質。   Two or more kinds selected from graphene oxide, lithium compound, silicate compound, zirconium compound, and transition metal (M) salt (M represents Fe, Ni, Co, or Mn) are subjected to hydrothermal reaction multiple times. The positive electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 3, obtained by supporting carbon black. グラフェンオキサイド及びケイ酸化合物を含むスラリー水Xを水熱反応に付して得られる複合体X、リチウム化合物、ジルコニウム化合物、並びに遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMnを示す)を含むスラリー水Yを水熱反応に付して得られる複合体Yに、カーボンブラックを担持することにより得られる請求項1〜4のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質。   Complex X obtained by subjecting slurry water X containing graphene oxide and silicic acid compound to hydrothermal reaction, lithium compound, zirconium compound, and transition metal (M) salt (M is Fe, Ni, Co or Mn. The positive electrode active for secondary batteries of any one of Claims 1-4 obtained by carrying | supporting carbon black on the composite Y obtained by attaching | subjecting the slurry water Y containing this to hydrothermal reaction material. ケイ酸化合物が、オルトケイ酸テトラエチルである請求項1〜5のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the silicate compound is tetraethyl orthosilicate. グラフェンオキサイド、リチウム化合物、ケイ酸化合物、ジルコニウム化合物、及び遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMnを示す)から選ばれる2種以上を複数回水熱反応に付した後、カーボンブラックを担持する請求項1〜6のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。   After subjecting two or more kinds selected from graphene oxide, lithium compound, silicic acid compound, zirconium compound, and transition metal (M) salt (M represents Fe, Ni, Co or Mn) to hydrothermal reaction multiple times The manufacturing method of the positive electrode active material for secondary batteries of any one of Claims 1-6 which carry | supports carbon black. グラフェンオキサイド及びケイ酸化合物を含むスラリー水Xを水熱反応に付して複合体Xを得る工程(I)、
得られた複合体X、リチウム化合物、ジルコニウム化合物、及び遷移金属(M)塩(Mは、Fe、Ni、Co又はMを示す)を含むスラリー水Yを水熱反応に付して複合体Yを得る工程(II)、並びに
得られた複合体Yにカーボンブラックを担持する工程(III)
を含む請求項7に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。
A step (I) of obtaining a composite X by subjecting a slurry water X containing graphene oxide and a silicate compound to a hydrothermal reaction;
The obtained composite X, a lithium compound, a zirconium compound, and a transition metal (M) salt (M represents Fe, Ni, Co or M) are subjected to a hydrothermal reaction to subject the composite Y to a hydrothermal reaction. Step (II) for obtaining carbon black and step (III) for supporting carbon black on the obtained composite Y
The manufacturing method of the positive electrode active material for secondary batteries of Claim 7 containing this.
工程(III)が、得られた複合体Y及びカーボンブラックを混合した後、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する工程である請求項7又は8に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。   The step (III) is a step of mixing the obtained composite Y and carbon black and then mixing them while applying a compressive force and a shearing force. The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 7 or 8 Production method. ケイ酸化合物が、オルトケイ酸テトラエチルである請求項7〜9のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。   The method for producing a positive electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 7 to 9, wherein the silicate compound is tetraethyl orthosilicate.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017208210A (en) * 2016-05-18 2017-11-24 太平洋セメント株式会社 Positive electrode active material for magnesium ion battery and method of producing the same
CN109461927A (en) * 2017-12-21 2019-03-12 北京当升材料科技股份有限公司 A kind of compound nickel-cobalt-manganese multi positive electrode of high magnification and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013101978A (en) * 2011-06-03 2013-05-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Manufacture method of electrode
JP2014007090A (en) * 2012-06-26 2014-01-16 Taiheiyo Cement Corp Method for producing secondary battery positive electrode active material
JP2014096345A (en) * 2012-10-12 2014-05-22 Taiheiyo Cement Corp Method of producing positive electrode active material for secondary battery
JP2014191873A (en) * 2013-03-26 2014-10-06 Taiheiyo Cement Corp Method of manufacturing positive electrode material for secondary battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013101978A (en) * 2011-06-03 2013-05-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Manufacture method of electrode
JP2014007090A (en) * 2012-06-26 2014-01-16 Taiheiyo Cement Corp Method for producing secondary battery positive electrode active material
JP2014096345A (en) * 2012-10-12 2014-05-22 Taiheiyo Cement Corp Method of producing positive electrode active material for secondary battery
JP2014191873A (en) * 2013-03-26 2014-10-06 Taiheiyo Cement Corp Method of manufacturing positive electrode material for secondary battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017208210A (en) * 2016-05-18 2017-11-24 太平洋セメント株式会社 Positive electrode active material for magnesium ion battery and method of producing the same
CN109461927A (en) * 2017-12-21 2019-03-12 北京当升材料科技股份有限公司 A kind of compound nickel-cobalt-manganese multi positive electrode of high magnification and preparation method thereof

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