JP2016081866A - Lithium ferromanganese phosphate positive electrode active material and manufacturing method thereof - Google Patents

Lithium ferromanganese phosphate positive electrode active material and manufacturing method thereof Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ferromanganese phosphate positive electrode active material the surface of which is uniformly and efficiently covered with carbon, and which is capable of further improving the battery characteristics.SOLUTION: Provided is a lithium ferromanganese phosphate positive electrode active material, in which carbon is carried on a lithium ferromanganese phosphate compound represented by the following formula (A): LiFeMnMPO(in the formula, M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd, with a, b and c satisfying 0<a<0.5, 0.5<b<1, and 0≤c≤0.2, and satisfying 2a+2b+(valence of M)×c=2), and which is obtained by subjecting to a hydrothermal reaction a carbon source mixture including a lithium compound, a phosphate compound, an iron compound, a manganese compound, and polyvinylpyrrolidone or a carbon source mixture including polyvinylpyrrolidone and glucose.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ポリビニルピロリドンを含む炭素源を用いて得られるリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a lithium iron manganese phosphate positive electrode active material obtained using a carbon source containing polyvinylpyrrolidone and a method for producing the same.

携帯電子機器、ハイブリッド自動車、電気自動車等に用いられる二次電池の開発が行われており、特にリチウムイオン二次電池は広く知られている。こうしたなか、Li(Fe,Mn)PO4等のリチウム含有オリビン型リン酸金属塩は、資源的な制約に大きく左右されることがなく、しかも高い安全性を発揮することができるため、高出力で大容量のリチウム二次電池を得るのには最適な正極材料となる。しかしながら、これらの化合物は、結晶構造に由来して導電性を十分に高めるのが困難な性質を有しており、またリチウムイオンの拡散性にも改善の余地があるため、従来より種々の開発がなされている。 Secondary batteries used for portable electronic devices, hybrid cars, electric cars, and the like have been developed. In particular, lithium ion secondary batteries are widely known. Under these circumstances, lithium-containing olivine-type metal phosphates such as Li (Fe, Mn) PO 4 are not greatly affected by resource constraints, and can exhibit high safety, resulting in high output. Thus, it is an optimum positive electrode material for obtaining a large capacity lithium secondary battery. However, these compounds have the property that it is difficult to sufficiently increase the conductivity due to the crystal structure, and there is room for improvement in the diffusibility of lithium ions. Has been made.

例えば、特許文献1では、一次結晶粒子を超微粒子化して、オリビン型正極活物質内のリチウムイオン拡散距離の短縮化を図ることにより、得られる電池の性能向上を試みている。また、特許文献2では、正極活物質の粒子表面に伝導性炭質材料を均一に堆積させ、かかる粒子表面で規則的な電場分布を得ることにより、電池の高出力化を図っている。   For example, in Patent Document 1, an attempt is made to improve the performance of the obtained battery by making primary crystal particles ultrafine particles and shortening the lithium ion diffusion distance in the olivine-type positive electrode active material. In Patent Document 2, a conductive carbonaceous material is uniformly deposited on the particle surface of the positive electrode active material, and a regular electric field distribution is obtained on the particle surface to increase the output of the battery.

特開2010−251302号公報JP 2010-251302 A 特開2001−15111号公報JP 2001-15111 A

これらの正極活物質は、表面においてかかる正極活物質を構成する化合物が露出するのを抑制しつつ、炭素を効率的に被覆させることができれば、電池特性のさらなる向上を図ることができるものの、こうした被覆状態を的確に判断するのは困難であり、依然として改善の余地が残されている。   These positive electrode active materials can further improve battery characteristics if carbon can be efficiently coated while suppressing the exposure of the compound constituting the positive electrode active material on the surface. It is difficult to accurately determine the covering state, and there is still room for improvement.

したがって、本発明の課題は、表面に炭素が均一かつ効率的に被覆されてなり、電池特性のさらなる向上を図ることのできるリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium manganese iron phosphate positive electrode active material in which carbon is uniformly and efficiently coated on the surface and the battery characteristics can be further improved.

そこで本発明者らにより、特定の測定条件下でカールフィッシャー水分計を用いれば、炭素による活物質表面の被覆の程度を的確に推し量ることが可能であると判明し、さらに種々検討したところ、原料化合物とともにポリビニルピロリドン等を含む炭素源を用いて水熱反応に付することにより、表面に均一かつ効率的に炭素が被覆されてなる正極活物質が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。   Therefore, the present inventors have found that if a Karl Fischer moisture meter is used under specific measurement conditions, it is possible to accurately estimate the degree of coating of the active material surface with carbon. In order to complete the present invention, it is found that a positive electrode active material whose surface is uniformly and efficiently coated with carbon can be obtained by subjecting it to a hydrothermal reaction using a carbon source containing polyvinylpyrrolidone and the like together with the compound. It came.

すなわち、本発明は、下記式(A):
LiFeaMnbcPO4・・・(A)
(式中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b及びcは、0<a<0.5、0.5<b<1、及び0≦c≦0.2を満たし、かつ2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たす数を示す。)
で表されるリン酸マンガン鉄リチウム化合物に炭素が担持されてなり、リチウム化合物、リン酸化合物、鉄化合物、マンガン化合物、並びにポリビニルピロリドンを含む炭素源、或いはポリビニルピロリドン及びグルコースを含む炭素源を水熱反応に付して得られるリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質を提供するものである。
また、本発明は、リチウム化合物、及び水を混合して得られるスラリー水にリン酸化合物を滴下してリン酸三リチウム水溶液を得る工程(I)、
工程(I)で得られたリン酸三リチウム水溶液に、鉄化合物、マンガン化合物、並びにポリビニルピロリドンを含む炭素源、或いはポリビニルピロリドン及びグルコースを含む炭素源を添加して水分散液を得る工程(II)、及び
工程(II)で得られた水分散液を水熱反応に付する工程(III)
を備える上記リン酸マンガン鉄リチウム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 provides the following formula (A):
LiFe a Mn b M c PO 4 (A)
(In the formula, M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. A, b and c are 0 <a <0.5, 0 .5 <b <1, and 0 ≦ c ≦ 0.2, and 2a + 2b + (valence of M) × c = 2.
Carbon is supported on a lithium manganese iron phosphate compound represented by the formula: a lithium compound, a phosphate compound, an iron compound, a manganese compound, a carbon source containing polyvinylpyrrolidone, or a carbon source containing polyvinylpyrrolidone and glucose. The present invention provides a lithium manganese iron phosphate positive electrode active material obtained by a thermal reaction.
The present invention also includes a step (I) of obtaining a trilithium phosphate aqueous solution by dropping a phosphate compound into slurry water obtained by mixing a lithium compound and water.
A step of adding an iron compound, a manganese compound and a carbon source containing polyvinylpyrrolidone or a carbon source containing polyvinylpyrrolidone and glucose to the aqueous trilithium phosphate solution obtained in step (I) to obtain an aqueous dispersion (II ), And subjecting the aqueous dispersion obtained in step (II) to a hydrothermal reaction (III)
The manufacturing method of the said lithium iron manganese phosphate positive electrode active material provided with this is provided.

本発明のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質によれば、特定の測定条件下でのカールフィッシャー水分計の使用によっても確認できるとおり、表面にポリビニルピロリドンを含む炭素源に由来する炭素が均一かつ効率的に被覆されてなるため、電池特性を飛躍的に向上させることのできる正極材料として極めて有用である。   According to the lithium iron manganese phosphate positive electrode active material of the present invention, the carbon derived from the carbon source containing polyvinylpyrrolidone on the surface is uniform and efficient, as can be confirmed by using a Karl Fischer moisture meter under specific measurement conditions. Therefore, it is extremely useful as a positive electrode material capable of dramatically improving battery characteristics.

カールフィッシャー水分計を用いた測定方法により得られる、炭素による活物質表面の被覆の程度を推し量るためのプロファイルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the profile for estimating the extent of the coating | cover of the active material surface by carbon obtained by the measuring method using a Karl Fischer moisture meter.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質は、下記式(A):
LiFeaMnbcPO4・・・(A)
(式中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b及びcは、0<a<0.5、0.5<b<1、及び0≦c≦0.2を満たし、かつ2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たす数を示す。)
で表されるリン酸マンガン鉄リチウム化合物に炭素が担持されてなる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The lithium manganese iron phosphate positive electrode active material of the present invention has the following formula (A):
LiFe a Mn b M c PO 4 (A)
(In the formula, M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. A, b and c are 0 <a <0.5, 0 .5 <b <1, and 0 ≦ c ≦ 0.2, and 2a + 2b + (valence of M) × c = 2.
Carbon is supported on a lithium iron manganese phosphate compound represented by the formula:

上記式(A)で表されるリン酸マンガン鉄リチウム化合物は、少なくとも遷移金属であるマンガン(Mn)及び鉄(Fe)を含む。式(A)中、Mは、Mg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示し、好ましくはMg、又はZrである。aは、0<a<0.5であって、好ましくは0.1≦a≦0.3である。bは、0.5<b<1であって、好ましくは0.7≦b≦0.9である。cは、0≦c≦0.2を満たし、好ましくは0≦c≦0.1である。そして、これらa、b及びcは、2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たす数である。上記式(A)で表されるリン酸マンガン鉄リチウム化合物としては、具体的には、例えばLiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.75Fe0.15Mg0.1PO4、LiMn0.75Fe0.19Zr0.03PO4等が挙げられ、なかでもLiMn0.8Fe0.2PO4が好ましい。 The lithium manganese iron phosphate compound represented by the above formula (A) contains at least manganese (Mn) and iron (Fe) which are transition metals. In the formula (A), M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, and is preferably Mg or Zr. a is 0 <a <0.5, and preferably 0.1 ≦ a ≦ 0.3. b is 0.5 <b <1, and preferably 0.7 ≦ b ≦ 0.9. c satisfies 0 ≦ c ≦ 0.2, and preferably 0 ≦ c ≦ 0.1. These a, b and c are numbers satisfying 2a + 2b + (M valence) × c = 2. Specific examples of lithium iron manganese phosphate compounds represented by the above formula (A) include LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 , LiMn 0.75 Fe 0.15 Mg 0.1 PO 4 , LiMn 0.75 Fe 0.19 Zr 0.03 PO 4 and the like. Among them, LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 is preferable.

リン酸マンガン鉄リチウム化合物に担持されてなる炭素の量は、リチウム二次電池用正極活物質中に、好ましくは1〜15質量%であり、より好ましくは1.5〜10質量%であり、さらに好ましくは2〜7質量%である。リン酸マンガン鉄リチウム化合物に担持された炭素の量は、炭素・硫黄分析装置を用いた測定により、求めることができる。   The amount of carbon supported on the lithium manganese iron phosphate compound is preferably 1 to 15% by mass, more preferably 1.5 to 10% by mass in the positive electrode active material for a lithium secondary battery, More preferably, it is 2-7 mass%. The amount of carbon supported on the lithium manganese iron phosphate compound can be determined by measurement using a carbon / sulfur analyzer.

本発明のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質は、リチウム化合物、リン酸化合物、鉄化合物、マンガン化合物、並びにポリビニルピロリドンを含む炭素源、或いはポリビニルピロリドン及びグルコースを含む炭素源(以下、「ポリビニルピロリドン等を含む炭素源」ともいう)を水熱反応に付して得られる。このように、本発明のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質は、ポリビニルピロリドン等を含む炭素源をも用いて水熱反応に付して得られるものであることから、ポリビニルピロリドン等を含む炭素源を炭化してなる炭素がリン酸マンガン鉄リチウム化合物に堅固に担持されてなるものである。かかるポリビニルピロリドンは水等の溶剤への溶解性が高く、適度な粘性を示すことから、リン酸マンガン鉄リチウム化合物の原料化合物とともに良好な分散性を示すことができると考えられる。そのため、これらをともに水熱反応に付することで、炭素源に含まれるポリビニルピロリドンが炭化されながら、リン酸マンガン鉄リチウム化合物表面を均一に被覆することが可能となり、得られる電池における性能を有効に高めることができる有用な正極活物質を得ることができると推察される。   The lithium manganese iron phosphate positive electrode active material of the present invention includes a lithium compound, a phosphate compound, an iron compound, a manganese compound, a carbon source containing polyvinylpyrrolidone, or a carbon source containing polyvinylpyrrolidone and glucose (hereinafter referred to as “polyvinylpyrrolidone etc. It is also obtained by subjecting to a hydrothermal reaction. Thus, since the lithium iron manganese phosphate positive electrode active material of the present invention is obtained by subjecting a carbon source containing polyvinyl pyrrolidone or the like to a hydrothermal reaction, a carbon source containing polyvinyl pyrrolidone or the like. Carbon obtained by carbonizing is firmly supported on a lithium iron manganese phosphate compound. Such polyvinyl pyrrolidone has high solubility in solvents such as water and exhibits an appropriate viscosity, and therefore, it is considered that the polyvinyl pyrrolidone can exhibit good dispersibility together with the raw material compound of lithium iron manganese phosphate compound. Therefore, by subjecting them both to a hydrothermal reaction, the surface of the lithium manganese iron phosphate compound can be uniformly coated while the polyvinylpyrrolidone contained in the carbon source is carbonized, and the resulting battery performance is effective. It is speculated that a useful positive electrode active material that can be increased to a high level can be obtained.

すなわち、本発明のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質の製造方法は、リチウム化合物、及び水を混合して得られるスラリー水にリン酸化合物を滴下してリン酸三リチウム水溶液を得る工程(I)、
工程(I)で得られたリン酸三リチウム水溶液に、鉄化合物、マンガン化合物、並びにポリビニルピロリドンを含む炭素源、或いはポリビニルピロリドン及びグルコースを含む炭素源を添加して水分散液を得る工程(II)、及び
工程(II)で得られた水分散液を水熱反応に付する工程(III)
を備える。
That is, in the method for producing a lithium iron manganese phosphate positive electrode active material of the present invention, the lithium compound and water are added to the slurry water obtained by mixing the lithium compound and water to obtain a trilithium phosphate aqueous solution (I) ,
A step of adding an iron compound, a manganese compound and a carbon source containing polyvinylpyrrolidone or a carbon source containing polyvinylpyrrolidone and glucose to the aqueous trilithium phosphate solution obtained in step (I) to obtain an aqueous dispersion (II ), And subjecting the aqueous dispersion obtained in step (II) to a hydrothermal reaction (III)
Is provided.

工程(I)は、リチウム化合物、及び水を混合して得られるスラリー水にリン酸化合物を滴下してリン酸三リチウム水溶液を得る工程である。
用い得るリチウム化合物としては、リチウム酸化物又はリチウム水酸化物が挙げられる。具体的には、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウム、酸化リチウム、シュウ酸リチウム、酢酸リチウム等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、水酸化リチウムが好ましく、具体的には、例えば、LiOH・H2O等の水和物を用いることができる。
Step (I) is a step of obtaining a trilithium phosphate aqueous solution by dropping a phosphate compound into slurry water obtained by mixing a lithium compound and water.
Examples of the lithium compound that can be used include lithium oxide and lithium hydroxide. Specific examples include lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium sulfate, lithium nitrate, lithium oxide, lithium oxalate, and lithium acetate. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, lithium hydroxide is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics. Specifically, for example, a hydrate such as LiOH.H 2 O can be used.

用い得るリン酸化合物としては、リン酸、リン酸2水素アンモニウム、リン酸水素2アンモニウム等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、リン酸が好ましく、例えば70〜90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。   Examples of phosphoric acid compounds that can be used include phosphoric acid, ammonium dihydrogen phosphate, and diammonium hydrogen phosphate. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, phosphoric acid is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics, and it is preferably used as an aqueous solution having a concentration of 70 to 90% by mass, for example.

リチウム化合物と水とを混合して得られるスラリー水は、水100質量部に対し、20〜50質量部のリチウム化合物を含有するのが好ましく、25〜45質量部のリチウム化合物を含有するのがより好ましい。次いで、得られたスラリー水にリン酸化合物を滴下するときの撹拌速度は、好ましくは200〜700rpmであり、より好ましくは250〜600rpmである。また、スラリー水の撹拌時間は、好ましくは1〜24時間であり、より好ましくは5〜15時間であり、スラリー水の温度は、好ましくは20〜90℃であり、より好ましくは20〜70℃である。また、リン酸化合物を混合した後のリン酸三リチウム水溶液に対し、窒素をパージするのが好ましく、溶存酸素濃度を0.5mg/L以下にするのが好ましい。   The slurry water obtained by mixing the lithium compound and water preferably contains 20 to 50 parts by mass of lithium compound with respect to 100 parts by mass of water, and preferably contains 25 to 45 parts by mass of lithium compound. More preferred. Next, the stirring speed when the phosphoric acid compound is dropped into the obtained slurry water is preferably 200 to 700 rpm, more preferably 250 to 600 rpm. The stirring time of the slurry water is preferably 1 to 24 hours, more preferably 5 to 15 hours, and the temperature of the slurry water is preferably 20 to 90 ° C, more preferably 20 to 70 ° C. It is. Moreover, it is preferable to purge nitrogen with respect to the trilithium phosphate aqueous solution after mixing a phosphoric acid compound, and it is preferable to make dissolved oxygen concentration 0.5 mg / L or less.

工程(II)は、工程(I)で得られたリン酸三リチウム水溶液に、鉄化合物、マンガン化合物、並びにポリビニルピロリドンを含む炭素源、或いはポリビニルピロリドン及びグルコースを含む炭素源を添加して水分散液を得る工程である。   In step (II), the aqueous solution of trilithium phosphate obtained in step (I) is added with a carbon source containing an iron compound, a manganese compound, and polyvinyl pyrrolidone, or a carbon source containing polyvinyl pyrrolidone and glucose, and dispersed in water. This is a step of obtaining a liquid.

用い得る鉄化合物としては、酢酸鉄、硝酸鉄、硫酸鉄、及びこれらの水和物等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸鉄及びその水和物が好ましい。   Examples of iron compounds that can be used include iron acetate, iron nitrate, iron sulfate, and hydrates thereof. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, iron sulfate and hydrates thereof are preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.

用い得るマンガン化合物としては、酢酸マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン、及びこれらの水和物等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、硫酸マンガン及びその水和物が好ましい。   Examples of manganese compounds that can be used include manganese acetate, manganese nitrate, manganese sulfate, and hydrates thereof. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, manganese sulfate and hydrates thereof are preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.

これらマンガン化合物及び鉄化合物の使用モル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、好ましくは99:1〜51:49であり、より好ましくは95:5〜70:30であり、さらに好ましくは90:10〜75:25である。   The use molar ratio of these manganese compound and iron compound (manganese compound: iron compound) is preferably 99: 1 to 51:49, more preferably 95: 5 to 70:30, and still more preferably 90:10. ~ 75: 25.

さらに、必要に応じて、マンガン化合物及び鉄化合物以外の金属(M)化合物を用いてもよい。金属(M)化合物におけるMは、Mg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdであり、上記式(A)中のMと同義である。かかる金属(M)化合物として、ハロゲン化物、硫酸塩、有機酸塩、及びこれらの水和物等を用いることができる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、MがMg、又はZrである金属(M)化合物を用いるのが好ましい。
これら金属(M)化合物を用いる場合、鉄化合物、マンガン化合物、及び金属(M)化合物の合計添加量は、リチウム化合物1モルに対し、好ましくは0.99〜1.01モルであり、より好ましくは0.995〜1.005モルである。
Furthermore, you may use metal (M) compounds other than a manganese compound and an iron compound as needed. M in the metal (M) compound is Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, or Gd, and is synonymous with M in the above formula (A). As such metal (M) compounds, halides, sulfates, organic acid salts, hydrates thereof, and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Especially, it is preferable to use the metal (M) compound whose M is Mg or Zr from a viewpoint of improving a battery characteristic.
When these metal (M) compounds are used, the total amount of iron compound, manganese compound, and metal (M) compound is preferably 0.99 to 1.01 mol, more preferably 1 mol of lithium compound. Is 0.995 to 1.005 mol.

用いる炭素源としては、ポリビニルピロリドンを単独で含むものであってもよく、さらにグルコースを併用し、ポリビニルピロリドン及びグルコースの双方を含むものであってもよく、ポリビニルピロリドンとグルコースとを含む炭素源を用いるのがより好ましい。具体的には、かかる炭素源中におけるポリビニルピロリドンとグルコースの質量比(ポリビニルピロリドン:グルコース)は、堅固に炭素を担持させつつ効率的にリン酸マンガン鉄リチウム化合物の表面を被覆させる観点から、炭素換算量で好ましくは100:0〜10:90であり、より好ましくは85:15〜15:85であり、さらに好ましくは75:25〜25:75である。   The carbon source to be used may be one containing polyvinyl pyrrolidone alone, further using glucose together, and may contain both polyvinyl pyrrolidone and glucose. A carbon source containing polyvinyl pyrrolidone and glucose is used. More preferably it is used. Specifically, the mass ratio of polyvinylpyrrolidone and glucose (polyvinylpyrrolidone: glucose) in such a carbon source is carbon from the viewpoint of efficiently covering the surface of the lithium iron manganese phosphate compound while firmly supporting the carbon. The conversion amount is preferably 100: 0 to 10:90, more preferably 85:15 to 15:85, and still more preferably 75:25 to 25:75.

また、炭素源の添加量は、堅固に炭素を担持させつつ効率的にリン酸マンガン鉄リチウム化合物の表面を被覆させる観点から、鉄化合物及びマンガン化合物の合計量、或いはマンガン化合物及び鉄化合物以外の金属(M)化合物を用いる場合には、これら鉄化合物、マンガン化合物、及び金属(M)化合物の合計量100質量部に対し、好ましくは0.5〜15質量部であり、より好ましくは1〜10質量部であり、さらに好ましくは2〜7質量部である。   Moreover, the addition amount of the carbon source is the total amount of the iron compound and the manganese compound, or other than the manganese compound and the iron compound from the viewpoint of efficiently covering the surface of the lithium iron manganese phosphate compound while firmly supporting the carbon. When using a metal (M) compound, it is preferably 0.5 to 15 parts by mass, more preferably 1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of these iron compound, manganese compound, and metal (M) compound. 10 parts by mass, more preferably 2 to 7 parts by mass.

これら鉄化合物、マンガン化合物、及びポリビニルピロリドン等を含む炭素源、或いはマンガン化合物及び鉄化合物以外の金属(M)化合物の添加順序は、特に制限されない。また、これらの化合物を添加するとともに、必要に応じて酸化防止剤を添加してもよい。かかる酸化防止剤としては、亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)、ハイドロサルファイトナトリウム(Na224)、アンモニア水等を使用することができる。酸化防止剤の添加量は、過剰に添加されることでリン酸マンガン鉄リチウム化合物の生成が抑制されるのを防止する観点から、マンガン化合物、鉄化合物、及び金属(M)化合物合計1モルに対し、好ましくは0.01〜1モルであり、より好ましくは0.03〜0.5モルである。 There are no particular restrictions on the order of addition of these iron compounds, manganese compounds, and carbon sources including polyvinylpyrrolidone, or metal (M) compounds other than manganese compounds and iron compounds. Moreover, while adding these compounds, you may add antioxidant as needed. As such an antioxidant, sodium sulfite (Na 2 SO 3 ), hydrosulfite sodium (Na 2 S 2 O 4 ), aqueous ammonia and the like can be used. From the viewpoint of preventing the generation of lithium manganese iron phosphate compound from being excessively added, the amount of addition of the antioxidant is 1 mol in total for the manganese compound, the iron compound, and the metal (M) compound. On the other hand, it is preferably 0.01 to 1 mol, more preferably 0.03 to 0.5 mol.

なお、水分散液に用いる水の使用量は、鉄化合物やマンガン化合物及び金属(M)化合物の溶解性、撹拌の容易性、及び合成の効率等の観点から、水分散液中に含有されるリン酸イオン1モルに対し、好ましくは10〜30モルであり、より好ましくは12.5〜25モルである。   The amount of water used in the aqueous dispersion is contained in the aqueous dispersion from the viewpoints of the solubility of the iron compound, manganese compound and metal (M) compound, ease of stirring, and efficiency of synthesis. Preferably it is 10-30 mol with respect to 1 mol of phosphate ions, More preferably, it is 12.5-25 mol.

工程(III)は、工程(II)で得られた水分散液を水熱反応に付する工程である。かかる工程を経ることによって、上記リン酸マンガン鉄リチウム化合物に、ポリビニルピロリドン等を含む炭素源を炭化してなる炭素を有効に担持させることができる。水熱反応は、100℃以上であればよく、130〜250℃が好ましく、さらに140〜230℃が好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、130〜200℃で反応を行う場合この時の圧力は0.3〜1.5MPaとなり、140〜180℃で反応を行う場合の圧力は0.4〜1.0MPaとなる。水熱反応時間は10分〜3時間が好ましく、さらに10分〜1時間が好ましい。   Step (III) is a step of subjecting the aqueous dispersion obtained in step (II) to a hydrothermal reaction. By passing through this process, carbon obtained by carbonizing a carbon source containing polyvinylpyrrolidone or the like can be effectively carried on the lithium iron manganese phosphate compound. The hydrothermal reaction should just be 100 degreeC or more, 130-250 degreeC is preferable and 140-230 degreeC is more preferable. The hydrothermal reaction is preferably performed in a pressure vessel. When the reaction is performed at 130 to 200 ° C, the pressure at this time is 0.3 to 1.5 MPa, and the pressure when the reaction is performed at 140 to 180 ° C is 0. 4 to 1.0 MPa. The hydrothermal reaction time is preferably 10 minutes to 3 hours, more preferably 10 minutes to 1 hour.

その後、洗浄、ろ過、乾燥することによりリン酸鉄マンガンリチウム化合物を一次粒子として単離できる。なお、洗浄する際における水の使用量は、リン酸鉄マンガンリチウム化合物1質量部に対し、好ましくは5〜100質量部であり、より好ましくは5〜50質量部である。また、乾燥手段は、凍結乾燥、真空乾燥が用いられるが、凍結乾燥が好ましい。   Thereafter, the lithium iron manganese phosphate compound can be isolated as primary particles by washing, filtering and drying. In addition, the usage-amount of the water at the time of wash | cleaning becomes like this. Preferably it is 5-100 mass parts with respect to 1 mass part of lithium iron manganese phosphate compounds, More preferably, it is 5-50 mass parts. As the drying means, freeze drying or vacuum drying is used, and freeze drying is preferable.

本発明のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質の製造方法は、工程(III)を経た後、さらに還元雰囲気下又は不活性雰囲気下で焼成する工程(IV)を備えるのが好ましい。これにより、ポリビニルピロリドン等を含む炭素源を炭化させ、リン酸マンガン鉄リチウム化合物にかかる炭素を堅固に担持させてなるリチウム二次電池用正極活物質を得ることができる。焼成条件は、還元雰囲気又は不活性雰囲気中で、好ましくは400℃以上、より好ましくは400〜800℃で好ましくは10分〜3時間、より好ましくは0.5〜1.5時間とするのがよい。   The method for producing a lithium manganese iron phosphate positive electrode active material of the present invention preferably includes a step (IV) of firing in a reducing atmosphere or an inert atmosphere after passing through the step (III). Thereby, the positive electrode active material for lithium secondary batteries which carbonizes carbon source containing polyvinylpyrrolidone etc. and carries | supports carbon concerning a lithium manganese iron phosphate compound firmly can be obtained. The firing conditions are preferably 400 ° C. or higher, more preferably 400 to 800 ° C., preferably 10 minutes to 3 hours, more preferably 0.5 to 1.5 hours in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. Good.

リチウム二次電池用正極活物質は、本発明者らにより、特定の測定条件下でカールフィッシャー水分計を用いれば、炭素による活物質表面の被覆の程度を的確に推し量ることが可能であると判明した。かかる方法により、本発明のリチウム二次電池用正極活物質の表面に効率的に炭素が被覆されてなることが確認できる。   The positive electrode active material for lithium secondary batteries has been found by the present inventors to be able to accurately estimate the degree of coverage of the active material surface with carbon if a Karl Fischer moisture meter is used under specific measurement conditions. did. By this method, it can be confirmed that the surface of the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is efficiently coated with carbon.

カールフィッシャー水分計を用いた測定方法は、具体的には、正極活物質0.5gを測定試料として用い、気温20℃、相対湿度50%の大気下に2時間暴露して吸湿させ、窒素流量250mL/分、温度250℃の条件で、測定開始から20分経過時までの水分量を測定する。次いで、これらの測定結果を元に、例えば図1に示すような、縦軸を水分量、横軸を測定時間とするプロファイルを作製する。かかるプロファイルに基づいて読みだされる、測定開始から水分量の最大ピークαが出現するまでの時間Tが、炭素による活物質表面の被覆の程度を推し量る指標となる。かかる時間Tの値が小さいほど、表面におけるリン酸マンガン鉄リチウム化合物の露出が効果的に低減され、ポリビニルピロリドン等を含む炭素源を炭化してなる炭素が効率的に被覆されつつ、リン酸マンガン鉄リチウム化合物に堅固に担持されたものであることを意味する。   Specifically, the measurement method using a Karl Fischer moisture meter uses 0.5 g of the positive electrode active material as a measurement sample, is exposed to an atmosphere of 20 ° C. and 50% relative humidity for 2 hours to absorb moisture, and the nitrogen flow rate. Under the conditions of 250 mL / min and a temperature of 250 ° C., the moisture content from the start of measurement to the lapse of 20 minutes is measured. Next, based on these measurement results, for example, as shown in FIG. 1, a profile is created with the vertical axis representing the moisture content and the horizontal axis representing the measurement time. The time T from the start of measurement to the appearance of the maximum water content peak α, which is read based on such a profile, is an index for estimating the degree of coverage of the active material surface with carbon. The smaller the time T is, the more effectively the exposure of the lithium iron manganese phosphate compound on the surface is reduced, and the carbon obtained by carbonizing a carbon source containing polyvinylpyrrolidone or the like is efficiently coated while the manganese phosphate is coated. It means that it is firmly supported on an iron lithium compound.

本発明のリチウム二次電池用正極活物質を含むリチウム二次電池用正極を適用できるリチウム二次電池としては、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 lithium secondary battery to which the positive electrode for a lithium secondary battery including the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention can be applied is not particularly limited as long as the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, and the separator are 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、通常リチウムイオン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 lithium ion secondary battery. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones An oxolane 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]
LiOH・H2O 12.72gと水 90mLを混合してスラリー水を得た。次いで、得られたスラリー水を、25℃の温度に保持しながら2〜3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液 11.53gを35mL/分で滴下し、続いて12時間、速度400rpmで撹拌することによりリン酸三リチウム水溶液を得た。かかる水溶液は、リン1モルに対し、2.97モルのリチウムを含有していた。なお、得られた水溶液は、窒素パージし、溶存酸素濃度を0.5mg/Lとした。
[Example 1]
12.72 g of LiOH.H 2 O and 90 mL of water were mixed to obtain slurry water. Next, 11.53 g of 85% phosphoric acid aqueous solution was dropped at 35 mL / min while stirring the resulting slurry water at a temperature of 25 ° C. for 2 to 3 minutes, followed by stirring at a speed of 400 rpm for 12 hours. As a result, an aqueous trilithium phosphate solution was obtained. Such an aqueous solution contained 2.97 moles of lithium per mole of phosphorus. The obtained aqueous solution was purged with nitrogen to have a dissolved oxygen concentration of 0.5 mg / L.

次に、得られたリン酸三リチウムを含有する水溶液全量に対し、MnSO4・5H2O 19.29g、FeSO4・7H2O 4.17g(マンガン化合物:鉄化合物(モル比)=80:20)、ポリビニルピロリドン 0.32gとグルコース 0.56g(マンガン化合物及び鉄化合物の合計量100質量部に対して約3.8質量部、ポリビニルピロリドン:グルコース=50:50(炭素換算量))を含む炭素源を添加して、混合液を得た。
次いで、得られた混合液をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥してリン酸マンガン鉄リチウム(LiFe0.2Mn0.8PO4)を得た。
得られたリン酸マンガン鉄リチウムは、粉末X線回折測定により単一相であることを確認した。
Next, 19.29 g of MnSO 4 .5H 2 O and 4.17 g of FeSO 4 .7H 2 O (manganese compound: iron compound (molar ratio)) = 80: with respect to the total amount of the aqueous solution containing the obtained trilithium phosphate. 20), 0.32 g of polyvinylpyrrolidone and 0.56 g of glucose (about 3.8 parts by mass, polyvinylpyrrolidone: glucose = 50: 50 (carbon conversion amount) with respect to 100 parts by mass of the total amount of manganese compound and iron compound)) The carbon source containing was added and the liquid mixture was obtained.
Subsequently, the obtained mixed liquid was put into an autoclave, and a hydrothermal reaction was performed at 170 ° C. for 1 hour. The pressure in the autoclave was 0.8 MPa. The produced crystal was filtered, and then washed with 12 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the crystal. The washed crystal was lyophilized at −50 ° C. for 12 hours to obtain lithium manganese iron phosphate (LiFe 0.2 Mn 0.8 PO 4 ).
The obtained lithium iron manganese phosphate was confirmed to be a single phase by powder X-ray diffraction measurement.

そして、得られたリン酸マンガン鉄リチウムをアルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、表面に炭素が担持され、かつ均一に被覆されてなるリチウム二次電池用正極活物質(炭素量=2.0質量%)を得た。   Then, the obtained lithium iron manganese phosphate is fired at 700 ° C. for 1 hour in an argon hydrogen atmosphere (hydrogen concentration: 3%) for a lithium secondary battery in which carbon is supported on the surface and uniformly coated. A positive electrode active material (carbon content = 2.0 mass%) was obtained.

[実施例2]
炭素源として、ポリビニルピロリドン 0.16g、及びグルコース 0.84g(マンガン化合物及び鉄化合物の合計量100質量部に対して約4.3質量部、ポリビニルピロリドン:グルコース=25:75(炭素換算量))を用いた以外、実施例1と同様にして、表面に炭素が均一に被覆されてなるリチウム二次電池用正極活物質(炭素量=2.0質量%)を得た。
[Example 2]
As a carbon source, 0.16 g of polyvinylpyrrolidone and 0.84 g of glucose (about 4.3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of manganese compound and iron compound, polyvinylpyrrolidone: glucose = 25: 75 (carbon equivalent) ) Was used in the same manner as in Example 1 to obtain a positive electrode active material (carbon content = 2.0% by mass) for a lithium secondary battery in which carbon was uniformly coated on the surface.

[実施例3]
炭素源として、ポリビニルピロリドン 0.48g、及びグルコース 0.28g(マンガン化合物及び鉄化合物の合計量100質量部に対して約3.2質量部、ポリビニルピロリドン:グルコース=75:25(炭素換算量))を用いた以外、実施例1と同様にして、表面に炭素が均一に被覆されてなるリチウム二次電池用正極活物質(炭素量=2.0質量%)を得た。
[Example 3]
As a carbon source, 0.48 g of polyvinylpyrrolidone and 0.28 g of glucose (about 3.2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of manganese compound and iron compound, polyvinylpyrrolidone: glucose = 75: 25 (carbon equivalent) ) Was used in the same manner as in Example 1 to obtain a positive electrode active material (carbon content = 2.0% by mass) for a lithium secondary battery in which carbon was uniformly coated on the surface.

[実施例4]
炭素源として、ポリビニルピロリドン 0.64g(マンガン化合物及び鉄化合物の合計量100質量部に対して約2.7質量部)を用いた以外、実施例1と同様にして、表面に炭素が均一に被覆されてなるリチウム二次電池用正極活物質(炭素量=2.0質量%)を得た。
[Example 4]
Carbon was uniformly formed on the surface in the same manner as in Example 1 except that 0.64 g of polyvinylpyrrolidone (about 2.7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of manganese compound and iron compound) was used as the carbon source. A coated positive electrode active material for lithium secondary battery (carbon content = 2.0 mass%) was obtained.

[実施例5]
炭素源として、ポリビニルピロリドン 0.06g、及びグルコース 1.01g(マンガン化合物及び鉄化合物の合計量100質量部に対して約4.6質量部、ポリビニルピロリドン:グルコース=10:90(炭素換算量))を用いた以外、実施例1と同様にして、表面に炭素が均一に被覆されてなるリチウム二次電池用正極活物質(炭素量=2.0質量%)を得た。
[Example 5]
As a carbon source, 0.06 g of polyvinyl pyrrolidone and 1.01 g of glucose (about 4.6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of manganese compound and iron compound, polyvinyl pyrrolidone: glucose = 10: 90 (carbon equivalent) ) Was used in the same manner as in Example 1 to obtain a positive electrode active material (carbon content = 2.0% by mass) for a lithium secondary battery in which carbon was uniformly coated on the surface.

[比較例1]
炭素源として、グルコース単独で 0.56g(マンガン化合物及び鉄化合物の合計量100質量部に対して約2.4質量部)を用いた以外、実施例1と同様にして、表面に炭素が均一に被覆されてなるリチウム二次電池用正極活物質(炭素量=2.0質量%)を得た。
[Comparative Example 1]
As the carbon source, carbon was uniformly formed on the surface in the same manner as in Example 1 except that 0.56 g of glucose alone (about 2.4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of manganese compound and iron compound) was used. A positive electrode active material for lithium secondary batteries (carbon content = 2.0 mass%) was obtained.

[比較例2]
LiOH・H2O 12.72gと水 90mLを混合してスラリー水を得た。次いで、得られたスラリー水を、25℃の温度に保持しながら2〜3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液 11.53gを35mL/分で滴下し、続いて12時間、速度400rpmで撹拌することによりリン酸三リチウム水溶液を得た。かかる水溶液は、リン1モルに対し、2.97モルのリチウムを含有していた。
[Comparative Example 2]
12.72 g of LiOH.H 2 O and 90 mL of water were mixed to obtain slurry water. Next, 11.53 g of 85% phosphoric acid aqueous solution was dropped at 35 mL / min while stirring the resulting slurry water at a temperature of 25 ° C. for 2 to 3 minutes, followed by stirring at a speed of 400 rpm for 12 hours. As a result, an aqueous trilithium phosphate solution was obtained. Such an aqueous solution contained 2.97 moles of lithium per mole of phosphorus.

次に、得られたリン酸三リチウムを含有する水溶液全量に対し、MnSO4・5H2O 19.29g、FeSO4・7H2O 4.17gを添加して、混合液を得た。
次いで、得られた混合液をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥してリン酸マンガン鉄リチウム(LiFe0.2Mn0.8PO4)を得た。
得られたリン酸マンガン鉄リチウムは、粉末X線回折測定により単一相であることを確認した。
Then, to the aqueous solution the total amount containing phosphate tribasic lithium obtained, MnSO 4 · 5H 2 O 19.29g , was added to FeSO 4 · 7H 2 O 4.17g, to obtain a mixed solution.
Subsequently, the obtained mixed liquid was put into an autoclave, and a hydrothermal reaction was performed at 170 ° C. for 1 hour. The pressure in the autoclave was 0.8 MPa. The produced crystal was filtered, and then washed with 12 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the crystal. The washed crystal was lyophilized at −50 ° C. for 12 hours to obtain lithium manganese iron phosphate (LiFe 0.2 Mn 0.8 PO 4 ).
The obtained lithium iron manganese phosphate was confirmed to be a single phase by powder X-ray diffraction measurement.

そして、炭素源としてグルコース単独で 0.56gを用い、これを得られたリン酸マンガン鉄リチウム3gに添加し、80℃で3時間温風乾燥に付して複合混合物を得た後、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、表面に炭素が均一に被覆されてなるリチウム二次電池用正極活物質(炭素量=7.5質量%)を得た。   Then, using 0.56 g of glucose alone as a carbon source, adding this to 3 g of lithium iron manganese phosphate and subjecting it to hot air drying at 80 ° C. for 3 hours to obtain a composite mixture, Baking at 700 ° C. for 1 hour under an atmosphere (hydrogen concentration: 3%), a positive electrode active material for lithium secondary battery (carbon content = 7.5% by mass) obtained by uniformly coating the surface with carbon was obtained.

[試験例1:正極活物質の表面における炭素の被覆状態の評価]
カールフィッシャー水分計(MKC−610、京都電子工業(株)製)を用いて測定及び評価を行った。具体的には、実施例1〜5及び比較例1〜2で得られた正極活物質0.5gを測定試料とし、気温20℃、相対湿度50%の大気下に2時間暴露して吸湿させ、窒素流量250mL/分、温度250℃の条件で、測定開始から20分経過時までの水分量を測定した。次いで、これら各々の測定結果を元に、図1に示すようなプロファイルを作製し、測定開始から水分量の最大ピークαが出現するまでの時間Tを読みだし、比較例2を100とする相対値を求めた。
結果を表1に示す。
[Test Example 1: Evaluation of coating state of carbon on the surface of the positive electrode active material]
Measurement and evaluation were performed using a Karl Fischer moisture meter (MKC-610, manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.). Specifically, 0.5 g of the positive electrode active material obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 was used as a measurement sample, and the sample was exposed to air at an air temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 50% for 2 hours to absorb moisture. Under the conditions of a nitrogen flow rate of 250 mL / min and a temperature of 250 ° C., the moisture content was measured from the start of measurement until 20 minutes had passed. Next, based on each of these measurement results, a profile as shown in FIG. 1 is prepared, the time T from the start of measurement until the maximum peak α of moisture content appears, and relative example 2 is set to 100. The value was determined.
The results are shown in Table 1.

Figure 2016081866
Figure 2016081866

[試験例2:充放電特性の評価]
実施例1〜5及び比較例1〜2で得られた正極活物質を用い、リチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られた正極活物質、ケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデンを重量比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。
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。
[Test Example 2: Evaluation of charge / discharge characteristics]
Using the positive electrode active materials obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, positive electrodes for lithium ion secondary batteries were produced. Specifically, the obtained positive electrode active material, ketjen black, and polyvinylidene fluoride were mixed at a mixing ratio of 75:15:10 by weight, and N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto and kneaded sufficiently. A positive electrode slurry was prepared. 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.
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).

製造したリチウム二次電池を用い、放電容量測定装置(HJ−1001SD8、北斗電工製)にて0.1C放電容量(17mAh/g)と3C放電容量(510mAh/g)を測定し、0.1C放電容量に対する3C放電容量の割合({3C放電容量/0.1C放電容量}×100)(%)を求めた。
結果を表2に示す。
Using the manufactured lithium secondary battery, 0.1C discharge capacity (17 mAh / g) and 3C discharge capacity (510 mAh / g) were measured with a discharge capacity measuring device (HJ-1001SD8, manufactured by Hokuto Denko), and 0.1C The ratio of the 3C discharge capacity to the discharge capacity ({3C discharge capacity / 0.1C discharge capacity} × 100) (%) was determined.
The results are shown in Table 2.

Figure 2016081866
Figure 2016081866

上記結果によれば、実施例のリチウム二次電池用正極活物質は、比較例のリチウム二次電池用正極活物質に比して、時間Tの値が小さいことから、リン酸マンガン鉄リチウムの表面に効率的にポリビニルピロリドンを含む炭素源を炭化してなる炭素が被覆されなることがわかる上、得られるリチウム二次電池のレート特性も0.1C放電容量に対する3C放電容量の割合が高く、非常に良好であることがわかる。   According to the above results, the positive electrode active material for lithium secondary battery of the example has a smaller value of time T than the positive electrode active material for lithium secondary battery of the comparative example. It can be seen that the surface is efficiently coated with carbon obtained by carbonizing a carbon source containing polyvinylpyrrolidone, and the rate characteristics of the obtained lithium secondary battery also have a high ratio of 3C discharge capacity to 0.1C discharge capacity, It turns out to be very good.

Claims (7)

下記式(A):
LiFeaMnbcPO4・・・(A)
(式中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b及びcは、0<a<0.5、0.5<b<1、及び0≦c≦0.2を満たし、かつ2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たす数を示す。)
で表されるリン酸マンガン鉄リチウム化合物に炭素が担持されてなり、リチウム化合物、リン酸化合物、鉄化合物、マンガン化合物、並びにポリビニルピロリドンを含む炭素源、或いはポリビニルピロリドン及びグルコースを含む炭素源を水熱反応に付して得られるリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質。
The following formula (A):
LiFe a Mn b M c PO 4 (A)
(In the formula, M represents Mg, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd or Gd. A, b and c are 0 <a <0.5, 0 .5 <b <1, and 0 ≦ c ≦ 0.2, and 2a + 2b + (valence of M) × c = 2.
Carbon is supported on a lithium manganese iron phosphate compound represented by the formula: a lithium compound, a phosphate compound, an iron compound, a manganese compound, a carbon source containing polyvinylpyrrolidone, or a carbon source containing polyvinylpyrrolidone and glucose. A lithium iron manganese phosphate positive electrode active material obtained by a thermal reaction.
炭素源中におけるポリビニルピロリドンとグルコースの質量比(ポリビニルピロリドン:グルコース)が、炭素換算量で100:0〜10:90である請求項1に記載のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質。   2. The lithium manganese iron phosphate positive electrode active material according to claim 1, wherein a mass ratio of polyvinyl pyrrolidone to glucose (polyvinyl pyrrolidone: glucose) in the carbon source is 100: 0 to 10:90 in terms of carbon. リン酸マンガン鉄リチウム化合物に担持されてなる炭素の量が、リン酸マンガン鉄リチウム正極活物質中に0.5〜5質量%である請求項1又は2に記載のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質。   3. The manganese iron phosphate lithium positive electrode active according to claim 1, wherein the amount of carbon supported on the lithium manganese iron phosphate compound is 0.5 to 5 mass% in the lithium iron manganese phosphate positive electrode active material. material. 水熱反応に付した後、還元雰囲気下又は不活性雰囲気下で焼成することにより得られる請求項1〜3のいずれか1項に記載のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質。   The lithium manganese iron phosphate positive electrode active material according to any one of claims 1 to 3, obtained by subjecting to a hydrothermal reaction and then firing in a reducing atmosphere or an inert atmosphere. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質を含むリチウム二次電池用正極。   The positive electrode for lithium secondary batteries containing the manganese iron phosphate lithium positive electrode active material of any one of Claims 1-4. リチウム化合物、及び水を混合して得られるスラリー水にリン酸化合物を滴下してリン酸三リチウム水溶液を得る工程(I)、
工程(I)で得られたリン酸三リチウム水溶液に、鉄化合物、マンガン化合物、並びにポリビニルピロリドンを含む炭素源、或いはポリビニルピロリドン及びグルコースを含む炭素源を添加して水分散液を得る工程(II)、及び
工程(II)で得られた水分散液を水熱反応に付する工程(III)
を備える請求項1〜4に記載のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質の製造方法。
Step (I) of obtaining a trilithium phosphate aqueous solution by dropping a phosphate compound into slurry water obtained by mixing a lithium compound and water,
A step of adding an iron compound, a manganese compound and a carbon source containing polyvinylpyrrolidone or a carbon source containing polyvinylpyrrolidone and glucose to the aqueous trilithium phosphate solution obtained in step (I) to obtain an aqueous dispersion (II ), And subjecting the aqueous dispersion obtained in step (II) to a hydrothermal reaction (III)
The manufacturing method of lithium manganese iron phosphate positive electrode active material of Claims 1-4 provided with these.
工程(III)を経た後、さらに還元雰囲気下又は不活性雰囲気下で焼成する工程(IV)を備える請求項5に記載のリン酸マンガン鉄リチウム正極活物質の製造方法。   The method for producing a lithium manganese iron phosphate positive electrode active material according to claim 5, further comprising a step (IV) of firing in a reducing atmosphere or an inert atmosphere after the step (III).
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