JP2016170958A - Positive electrode active substance material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

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佳太郎 大槻
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte battery improved in cycle discharge when a positive electrode active substance exhibiting basic properties is used, and excellent in cycle retention rate.SOLUTION: A positive electrode active substance material for a lithium ion secondary battery includes a positive electrode active substance exhibiting basic properties and a coating layer coating the surface of the positive electrode active substance and including a compound represented by formula 1 (where, R1 and R2 represent hydrocarbon or oxygen, and n represents 1-30).SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、リチウムイオン二次電池用正極活物質材料、リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池に関する。   The present disclosure relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、従来用いられていたニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池と比較して、高出力、高容量であり、携帯機器の主要電源として現在広く用いられている。近年は携帯機器のみならず、電気自動車や産業機械のような大型機器用の電源としても着目され、より高い性能が求められると共に広く研究開発が行われている。   Lithium ion secondary batteries have higher output and higher capacity than conventional nickel cadmium batteries and nickel metal hydride batteries, and are currently widely used as main power sources for portable devices. In recent years, attention has been paid not only to portable devices, but also to power supplies for large-sized devices such as electric vehicles and industrial machines, and higher performance is required and research and development have been widely conducted.

近年求められるリチウムイオン二次電池の高容量化に対して、リチウムイオン二次電池をより広い電圧範囲で使用することが検討されている。   In order to increase the capacity of lithium ion secondary batteries that are required in recent years, it has been studied to use lithium ion secondary batteries in a wider voltage range.

しかしながら、使用電圧範囲の拡大に伴い高い電位に曝される正極において、正極活物質表面における電解液の分解反応が生じ易くなることにより、正極活物質自身、又は電解液の劣化が促進され、リチウムイオン二次電池の長寿命化が困難となっている。   However, in a positive electrode that is exposed to a high potential as the operating voltage range expands, the decomposition reaction of the electrolytic solution on the surface of the positive electrode active material is likely to occur, so that the deterioration of the positive electrode active material itself or the electrolytic solution is promoted. It is difficult to extend the life of ion secondary batteries.

そこで、正極活物質の表面を酸化物などの無機化合物で被覆することによって、リチウムイオン二次電池の様々な特性の向上を図る試みがなされている。   Therefore, attempts have been made to improve various characteristics of the lithium ion secondary battery by coating the surface of the positive electrode active material with an inorganic compound such as an oxide.

特許文献1には、コバルト酸リチウムの表面を酸化アルミニウムで被覆することにより、リチウムイオン二次電池のサイクル特性、熱安定性が改善されるとことが報告されている。   Patent Document 1 reports that the cycle characteristics and thermal stability of a lithium ion secondary battery are improved by coating the surface of lithium cobalt oxide with aluminum oxide.

また、特許文献2には、正極活物質の表面を、ポリアニオン構造部を備えるコート層で被覆することで、固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することが報告されている。   Patent Document 2 reports that the initial interface resistance with the solid electrolyte material is reduced by coating the surface of the positive electrode active material with a coat layer having a polyanion structure.

特開2001−143703号公報JP 2001-143703 A 特開2012−99323号公報JP 2012-99323 A

しかしながら、これらの技術に示される正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池のサイクル特性はいまだ不十分であり、更なる特性改善が求められている。   However, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material shown in these technologies are still insufficient, and further improvement of characteristics is required.

本発明における1つの目的は、上記問題を解決することであり、優れたサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質材料、リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池を提供することにある。   One object of the present invention is to solve the above problems, and provide a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics. There is.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質材料(以下「正極材料」と記載)は、塩基性を示す正極活物質と、前記正極活物質の表面を被覆し、式1で表される化合物(R1及びR2は炭化水素または酸素であり、nは1〜30を示す)を備える被覆層と、を有する。

Figure 2016170958
The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter referred to as “positive electrode material”) is a compound represented by Formula 1 that covers a basic positive electrode active material and the surface of the positive electrode active material. (Wherein R1 and R2 are hydrocarbons or oxygen, and n represents 1 to 30).
Figure 2016170958

上記正極材料を用いることにより、これを用いたリチウムイオン二次電池のサイクル特性が向上する。   By using the positive electrode material, the cycle characteristics of a lithium ion secondary battery using the positive electrode material are improved.

正極活物質表面に、式1で表される化合物を備える被覆層が存在することにより、塩基性を示す正極活物質表面における電解液との酸化分解反応を抑制することができる。   When the coating layer including the compound represented by Formula 1 is present on the surface of the positive electrode active material, the oxidative decomposition reaction with the electrolytic solution on the surface of the positive electrode active material exhibiting basicity can be suppressed.

また、被覆層は正極活物質と比較して電解液との親和性が高いため、正極活物質表面における電解液の分解反応が起こる際、被覆層と電解液が優先的に反応し安定化することにより電解液の劣化を抑制するためと考えられる。   In addition, since the coating layer has a higher affinity with the electrolytic solution than the positive electrode active material, when the decomposition reaction of the electrolytic solution on the surface of the positive electrode active material occurs, the coating layer and the electrolytic solution preferentially react and stabilize. This is considered to suppress the deterioration of the electrolytic solution.

本発明の正極材料は、前記正極活物質のD50で示される粒径Aが、5μm≦A≦25μmであり、前記被覆層の厚みBが1nm≦B≦100nmであり、前記正極活物質の粒径Aに対する被覆層の厚みBの比B/Aが、0.0008≦B/A≦0.02であることが好ましい。   In the positive electrode material of the present invention, the particle size A indicated by D50 of the positive electrode active material is 5 μm ≦ A ≦ 25 μm, the thickness B of the coating layer is 1 nm ≦ B ≦ 100 nm, and the particles of the positive electrode active material The ratio B / A of the thickness B of the coating layer to the diameter A is preferably 0.0008 ≦ B / A ≦ 0.02.

上記の関係を満たす正極活物質及び被覆層を有する正極材料を用いることで、これを用いたリチウムイオン二次電池のサイクル特性を更に向上することができる。   By using a positive electrode active material and a positive electrode material having a coating layer that satisfy the above relationship, cycle characteristics of a lithium ion secondary battery using the positive electrode material can be further improved.

これは、粒子径と被覆層の厚みに相間があり、上記範囲の場合、正極活物質表面における電解液の酸化分解反応を抑制する効果が特に高いためと考えられる。   This is presumably because there is a phase difference between the particle diameter and the thickness of the coating layer, and in the above range, the effect of suppressing the oxidative decomposition reaction of the electrolytic solution on the positive electrode active material surface is particularly high.

本発明の正極活物質は、一般式LiNi(1−y−z)Co(MはMg,Ca,Sr,Ba,Ti,Al,Cr,Mn,Fe,Ge,W,Cu,Znのうち少なくとも1種以上の元素であり、0.95≦x≦1.2、0<y≦1.0、0≦z≦0.5、0<y+z≦1.0)で表されるリチウム遷移金属酸化物からなることが好ましい。 The positive electrode active material of the present invention has a general formula Li x Ni (1-yz) Co y M z O 2 (M is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Cr, Mn, Fe, Ge, W , Cu, Zn at least one element, 0.95 ≦ x ≦ 1.2, 0 <y ≦ 1.0, 0 ≦ z ≦ 0.5, 0 <y + z ≦ 1.0) It is preferable to consist of the lithium transition metal oxide represented.

上記組成の正極活物質を用いることで、これを用いたリチウムイオン二次電池のサイクル特性を更に向上することができる。   By using the positive electrode active material having the above composition, cycle characteristics of a lithium ion secondary battery using the positive electrode active material can be further improved.

上記組成の正極活物質は、塩基性を示す正極活物質の中でもリチウムの脱挿入電圧が高く、充電状態において正極活物質がより高い電位に曝されることにより電解液の酸化分解反応が起こりやすい。そのため、前記被覆層が存在することにより、顕著な効果が得られると考えられる。   The positive electrode active material having the above composition has a high lithium desorption voltage among positive electrode active materials exhibiting basicity, and the oxidative decomposition reaction of the electrolytic solution easily occurs when the positive electrode active material is exposed to a higher potential in a charged state. . Therefore, it is considered that a remarkable effect can be obtained by the presence of the coating layer.

本発明によれば、優れたサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質材料、リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positive electrode active material material for lithium ion secondary batteries which has the outstanding cycling characteristics, the positive electrode for lithium ion secondary batteries, and a lithium ion secondary battery can be provided.

本発明形態に係るリチウムイオン二次電池の模式断面図である。It is a schematic cross section of the lithium ion secondary battery which concerns on this invention form.

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.

<リチウムイオン二次電池用正極活物質材料>
リチウムイオン二次電池用正極活物質材料(以下「正極材料」と言うことがある。)は、塩基性を示す正極活物質と、前記正極活物質の表面を被覆し、式1で表される化合物(R1及びR2は炭化水素または酸素であり、nは1〜30を示す)を備える被覆層とを含む。
<Positive electrode active material for lithium ion secondary battery>
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as “positive electrode material”) covers a basic positive electrode active material and the surface of the positive electrode active material, and is represented by Formula 1. And a coating layer comprising a compound (R1 and R2 are hydrocarbons or oxygen, and n is 1 to 30).

本実施形態における塩基性を示す正極活物質は、100mlの水に2molの正極活物質を添加してなる正極活物質含有水溶液を攪拌し、平衡に達したときの上記正極活物質含有水溶液のpH値が22℃において7より大きいことをいう。   The positive electrode active material showing basicity in the present embodiment is prepared by stirring a positive electrode active material-containing aqueous solution obtained by adding 2 mol of a positive electrode active material to 100 ml of water, and reaching the equilibrium pH of the positive electrode active material-containing aqueous solution. A value is greater than 7 at 22 ° C.

なお、平衡に達するまでの攪拌時間は、正極活物質によって異なるものであるが、例えば、5分〜15分程度である。また、pHの測定方法としては、pHメーター、リトマス試験紙等を用いることができる。   In addition, although the stirring time until it reaches | attains equilibrium changes with positive electrode active materials, it is about 5 to 15 minutes, for example. Moreover, as a measuring method of pH, a pH meter, a litmus paper, etc. can be used.

本実施形態における塩基性を示す正極活物質のpHは、上記測定方法におけるpHの値が22℃において8以上であることが好ましい。   In the present embodiment, the pH of the positive electrode active material exhibiting basicity is preferably 8 or more at 22 ° C. as the pH value in the measurement method.

pHは温度により変化するものであり、22℃における測定値が8以上であれば、通常本正極材料を用いてリチウムイオン二次電池を作製する条件下において、pHが中性又は酸性側に振れることがなく、本発明の効果が得やすくなる。   The pH varies depending on the temperature. If the measured value at 22 ° C. is 8 or more, the pH can be shifted to the neutral or acidic side under the conditions for producing a lithium ion secondary battery using this positive electrode material. This makes it easier to obtain the effects of the present invention.

本発明における正極活物質は、上記測定条件において塩基性を示すものならば特に限定はされないが、中でも、酸化物正極活物質が好ましい。酸化物正極活物質を用いることにより、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池とすることができる。   The positive electrode active material in the present invention is not particularly limited as long as it shows basicity under the above measurement conditions, but among them, an oxide positive electrode active material is preferable. By using the oxide positive electrode active material, a lithium ion secondary battery with high energy density can be obtained.

酸化物正極は、一般式LiNi(1−y−z)Co(MはMg,Ca,Sr,Ba,Ti,Al,Cr,Mn,Fe,Ge,W,Cu,Znのうち少なくとも1種以上の元素であり、0.95≦x≦1.2、0<y≦1.0、0≦z≦0.5、0<y+z≦1.0)で表される化合物を主成分とする正極活物質を挙げることができる。このような化合物としては、具体的にはLiCoO、LiNiO、LiNi0.8Co0.2、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiNi1/3Co1/3Mn1/3などが挙げられる。 The oxide positive electrode has a general formula Li x Ni (1-yz) Co y M z O 2 (M is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Cr, Mn, Fe, Ge, W, Cu, It is at least one element of Zn and is represented by 0.95 ≦ x ≦ 1.2, 0 <y ≦ 1.0, 0 ≦ z ≦ 0.5, 0 <y + z ≦ 1.0) A positive electrode active material mainly containing a compound can be given. Specific examples of such compounds include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiNi 1/3 Co 1 / 3 Mn 1/3 O 2 and the like.

また、他の酸化物正極として、一般式LiMn1−x(MはNi、Co、Mg,Ca,Sr,Ba,Ti,Al,Cr,Fe,Ge,W,Cu,Znから選ばれる1種類以上の元素であり、0≦x)で表される化合物を主成分とする正極活物質や、一般式X(Li(Li1/32/3)O)・Y(LiM’O)(Mは4価の金属元素から選択される少なくとも一種であり、M’は遷移金属元素から選択される少なくとも一種であり、0<X<1であり、0<Y<1であり、X+Y=1である。で表される化合物を用いてもよい。 Further, as another oxide positive electrode, the general formula LiMn 1-x M x O 4 (M is Ni, Co, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Cr, Fe, Ge, W, Cu, Zn) A positive electrode active material having a compound represented by 0 ≦ x) as a main component, or a general formula X (Li (Li 1/3 M 2/3 ) O 2 ) · Y ( LiM′O 2 ) (M is at least one selected from tetravalent metal elements, M ′ is at least one selected from transition metal elements, 0 <X <1, 0 <Y <1 And X + Y = 1, a compound represented by:

なお、本実施形態において、「主成分とする」とは、本発明の効果を発揮することができる程度に、正極活物質が上記一般式で表される化合物または組成物を含有することをいう。具体的には、正極活物質を構成する全ての材料に対する、上記一般式で表される化合物または組成物の割合が、50mol%以上であることをいう。中でも、本発明においては、上記割合が、60mol%以上であることが好ましく、70mol%以上であることがより好ましく、80mol%以上であることがさらに好ましく、90mol%以上であることが特に好ましい。また、本発明においては、正極活物質が上記一般式で表される化合物または組成物のみからなるものであっても良い。   In the present embodiment, “main component” means that the positive electrode active material contains the compound or composition represented by the above general formula to the extent that the effects of the present invention can be exhibited. . Specifically, the proportion of the compound or composition represented by the above general formula with respect to all the materials constituting the positive electrode active material is 50 mol% or more. Among these, in the present invention, the ratio is preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, further preferably 80 mol% or more, and particularly preferably 90 mol% or more. Moreover, in this invention, a positive electrode active material may consist only of a compound or composition represented by the said general formula.

本実施形態における正極活物質は、球状、多面体状など従来から広く知られている粒子形状のものを用いることができる。中でも球状または楕円球状であることが好ましい。これらの粒子形状を持つ活物質を用いると、被覆層の厚みを均一とすることができる。   As the positive electrode active material in the present embodiment, those having a conventionally known particle shape such as a spherical shape and a polyhedral shape can be used. Of these, spherical or elliptical spheres are preferable. When an active material having these particle shapes is used, the thickness of the coating layer can be made uniform.

本実施形態における被覆層は、前記正極活物質の表面を被覆し、式1で表される化合物(R1及びR2は炭化水素または酸素であり、nは1〜30を示す)を備える。   The coating layer in this embodiment coat | covers the surface of the said positive electrode active material, and is provided with the compound (R1 and R2 are hydrocarbons or oxygen, and n shows 1-30) represented by Formula 1.

本実施形態における被覆層は、前記正極活物質粒子の表面を部分的に被覆していてもよく、全体を被覆していてもよい。本発明においては、前記被覆層が正極活物質の表面を50%以上被覆していることが好ましく、70%以上被覆していることがより好ましい。   The coating layer in the present embodiment may partially cover the surface of the positive electrode active material particles, or may cover the entire surface. In the present invention, the coating layer preferably covers 50% or more of the surface of the positive electrode active material, more preferably 70% or more.

正極活物質粒子A1に対する、被覆層の被覆率C1は、本発明における正極活物質を用いて作製した電極の断面観察を行った際、活物質粒子の周囲長L1に対する被覆層の被覆長L2の割合、C=(L2/L1)*100として計算される値である。電極の断面において、活物質粒子A1−A100に対する被覆層の被覆率C1−C100の平均値であるCaveの値を本正極材料の被覆率とする。 The covering ratio C1 of the coating layer with respect to the positive electrode active material particle A1 is equal to the coating length L2 of the coating layer with respect to the peripheral length L1 of the active material particle when the cross section of the electrode produced using the positive electrode active material in the present invention is observed. The ratio is a value calculated as C = (L2 / L1) * 100. In the cross section of the electrode, the value of C ave , which is the average value of the coverage C1-C100 of the coating layer with respect to the active material particles A1-A100, is defined as the coverage of the present positive electrode material.

本実施形態における正極材料は、ある粒径のふるい目を通過した量の重量百分率(%)を縦軸に、粒径を対数目盛の横軸にしてプロットした粒径累積曲線において重量百分率50%にあたる粒度D50で示される正極活物質材料の粒径Aが5μm≦A≦25μmであり、被覆層の厚みBが1nm≦B≦100nmであり、前記正極活物質の粒径Aに対する被覆層の厚みBの比が、0.0008≦B/A≦0.02であることが好ましく、被覆層の厚みが5nm≦B≦60nmであり、前記正極活物質の粒径Aに対する被覆層の厚みBの比が、0.002≦B/A≦0.012であることがより好ましい。   The positive electrode material in the present embodiment has a weight percentage of 50% in a cumulative particle diameter curve plotted with the weight percentage (%) passing through a sieve having a certain particle diameter on the vertical axis and the particle diameter on the horizontal axis of the logarithmic scale. The particle size A of the positive electrode active material indicated by the particle size D50 is 5 μm ≦ A ≦ 25 μm, the thickness B of the coating layer is 1 nm ≦ B ≦ 100 nm, and the thickness of the coating layer with respect to the particle size A of the positive electrode active material The ratio of B is preferably 0.0008 ≦ B / A ≦ 0.02, the thickness of the coating layer is 5 nm ≦ B ≦ 60 nm, and the thickness B of the coating layer with respect to the particle size A of the positive electrode active material The ratio is more preferably 0.002 ≦ B / A ≦ 0.012.

正極活物質材料の粒度Aは、動的光散乱法、レーザー回折法、画像イメージング法などの既知の粒度分布測定手法と装置を用いて行うことができる。   The particle size A of the positive electrode active material can be determined using a known particle size distribution measuring method and apparatus such as a dynamic light scattering method, a laser diffraction method, and an image imaging method.

本実施形態における活物質粒子の粒径Aと被覆層の厚みBは、本発明における正極活物質を用いて作製した電極の断面観察を行った際、活物質粒子A1に対する被覆層の平均厚みをB1とした際、電極の断面において、活物質粒子A1−A100の平均粒子径Aaveを活部室粒子の粒子径とし、前記活物質粒子A1−A100に対する被覆層の厚みB1−B100の平均値であるBaveの値を被覆層の厚みとする。 The particle diameter A of the active material particles and the thickness B of the coating layer in the present embodiment are the average thickness of the coating layer with respect to the active material particles A1 when the cross section of the electrode produced using the positive electrode active material in the present invention is observed. In the cross section of the electrode, the average particle diameter A ave of the active material particles A1-A100 is defined as the particle diameter of the active part chamber particles, and the average value of the coating layer thickness B1-B100 with respect to the active material particles A1-A100 A certain value of B ave is defined as the thickness of the coating layer.

<正極材料の製造方法>
次に、正極材料の製造方法について説明する。本発明の正極材料の製造方法は、塩基性を示す活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成され、式1で表される化合物を備える被覆層とを有する正極活物質材料の製造方法であって、上記式1で表される化合物を合成する被覆化合物合成工程と、上記正極活物質材料の表面を、上記化合物を備える被覆層で被覆する被覆工程とを有することを特徴とするものである。
<Method for producing positive electrode material>
Next, a method for manufacturing the positive electrode material will be described. The method for producing a positive electrode material of the present invention includes a positive active material having a basic active material and a coating layer formed so as to cover the surface of the positive active material and comprising a compound represented by Formula 1. And a coating compound synthesis step for synthesizing the compound represented by Formula 1 and a coating step for coating the surface of the positive electrode active material with a coating layer containing the compound. It is what.

<被覆化合物合成工程>
まず、本発明における被覆化合物合成工程について説明する。本発明における被覆化合物合成工程は、式1で表される化合物を合成する工程である。
<Coating compound synthesis process>
First, the coating compound synthesis step in the present invention will be described. The coating compound synthesis step in the present invention is a step of synthesizing the compound represented by Formula 1.

本実施形態における被覆層に用いられる化合物は、例えば以下の化合物を用いた式2の化学反応から合成することができる。また、以下の化学反応以外にも、異なる原料化合物を用いてもよく、合成方法も特に限定されることはない。

Figure 2016170958
The compound used for the coating layer in this embodiment can be synthesized, for example, from the chemical reaction of Formula 2 using the following compound. In addition to the following chemical reactions, different raw material compounds may be used, and the synthesis method is not particularly limited.
Figure 2016170958

本実施形態における被覆層に用いられる化合物は、赤外分光法やラマン分光法、液体クロマトグラフィー質量分析法(LC−MS)、ガスクロマトグラフィー質量分析法(GC−MS)、核磁気共鳴(NMR)に代表される有機化合物を同定する一般的な解析手法を組み合わせることにより同定することができる。   The compound used for the coating layer in the present embodiment includes infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS), gas chromatography mass spectrometry (GC-MS), and nuclear magnetic resonance (NMR). It can be identified by combining general analysis techniques for identifying organic compounds represented by

本実施形態における被覆層に用いられる化合物は以下式3〜6で表される化合物を用いることが好ましい。

Figure 2016170958
Figure 2016170958
Figure 2016170958
Figure 2016170958
As a compound used for the coating layer in the present embodiment, it is preferable to use a compound represented by formulas 3 to 6 below.
Figure 2016170958
Figure 2016170958
Figure 2016170958
Figure 2016170958

本実施形態における被覆層に用いられる化合物は、繰り返し単位を表すnが1〜30であることが好ましい。   As for the compound used for the coating layer in this embodiment, it is preferable that n which represents a repeating unit is 1-30.

また、本実施形態における被覆層に用いられる化合物は、上記式3から式6に示される単一の構造が繰り返し結合したものでも、複数の式に示される構造が繰り返し結合したものでもよい。   In addition, the compound used for the coating layer in the present embodiment may be a compound in which the single structures represented by the above formulas 3 to 6 are repeatedly bonded, or may be a compound in which the structures represented by a plurality of formulas are repeatedly bonded.

本実施形態における被覆層に用いられる化合物は、n=1の場合、化合物の末端は水素又はフッ素から成ることが好ましく、両端は同じ元素でも異なる元素からなってもよい。
<被覆工程>
次に、本発明における被覆工程について説明する。本発明における被覆工程は、前記被覆化合物合成工程にて得られた式1で表される化合物を前記正極活物質材料の表面に被覆する工程である。
When n = 1, the compound used for the coating layer in this embodiment is preferably composed of hydrogen or fluorine at the ends, and both ends may be composed of the same element or different elements.
<Coating process>
Next, the coating process in the present invention will be described. The coating step in the present invention is a step of coating the surface of the positive electrode active material with the compound represented by Formula 1 obtained in the coating compound synthesis step.

被覆層の形成方法としては、式1で表される化合物を正極活物質粉末と混合することにより形成することができ、電極作製する際に混合することで正極活物質粉末の分散性が向上するため高い被覆率で被覆層を形成できるため好ましい。また、電極を作製する際に用いる分散媒と共に混合することがより好ましい。また、予め被覆層を形成した正極活物質粉末を用いて電極を作製してもよく、被覆層を形成しない正極活物質粉末を用いて作製した電極を式1で表される化合物を分散した溶液に浸漬することで被覆層を形成してもよい。   The coating layer can be formed by mixing the compound represented by Formula 1 with the positive electrode active material powder, and the dispersibility of the positive electrode active material powder is improved by mixing the compound when producing the electrode. Therefore, it is preferable because the coating layer can be formed with a high coverage. Moreover, it is more preferable to mix with the dispersion medium used when producing an electrode. In addition, an electrode may be prepared using a positive electrode active material powder having a coating layer formed in advance, or an electrode prepared using a positive electrode active material powder that does not form a coating layer is a solution in which a compound represented by Formula 1 is dispersed. You may form a coating layer by immersing in.

被覆層の形成には、ボールミル装置やビーズミル装置などに代表される既存の分散装置を用いることができる。   For the formation of the coating layer, an existing dispersing device typified by a ball mill device or a bead mill device can be used.

<リチウムイオン二次電池用正極>
続いて、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極(以下「正極」とも言う。)について、図1を参照して説明する。
<Positive electrode for lithium ion secondary battery>
Next, a positive electrode for a lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as “positive electrode”) according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態に係る正極10は、集電体12と、上記正極活物質とを含み集電体12上に設けられた正極活物質層14と、を備える。   The positive electrode 10 according to the present embodiment includes a current collector 12 and a positive electrode active material layer 14 provided on the current collector 12 including the positive electrode active material.

正極10の集電体12としては、例えば、アルミニウム箔等の金属箔を使用できる。集電体12上に設けられる正極活物質層14は、上記正極活物質、結着剤、及び必要に応じた量の導電材を含む層である。   As the current collector 12 of the positive electrode 10, for example, a metal foil such as an aluminum foil can be used. The positive electrode active material layer 14 provided on the current collector 12 is a layer containing the positive electrode active material, the binder, and a conductive material in an amount as necessary.

前記結着剤は、上記正極活物質を正極集電体12に結着することができれば特に限定されず、公知の結着剤を使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素樹脂が挙げられる。これらの導電助剤は、活物質や導電材等の構成材料同士を結着するのみならず、それらの構成材料と集電体との結着にも寄与している。更に、上記の他に、結着剤としては、例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等を用いてもよい。また、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加剤、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その水素添加等の熱可塑性エラストマー状高分子を用いてもよい。更に、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン(炭素数2〜12)共重合体を用いてもよい。また、導電性高分子を用いてもよい。   The binder is not particularly limited as long as the positive electrode active material can be bound to the positive electrode current collector 12, and a known binder can be used. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoro Fluorine such as ethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer Resin. These conductive aids not only bind constituent materials such as active materials and conductive materials, but also contribute to binding between the constituent materials and the current collector. In addition to the above, as the binder, for example, polystyrene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, cellulose, styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, or the like may be used. Also, styrene / butadiene / styrene block copolymer, its hydrogenation agent, styrene / ethylene / butadiene / styrene copolymer, styrene / isoprene / styrene block copolymer, thermoplastic elastomeric polymer such as hydrogenation, etc. It may be used. Further, syndiotactic 1,2-polybutadiene, ethylene / vinyl acetate copolymer, and propylene / α-olefin (having 2 to 12 carbon atoms) copolymer may be used. Further, a conductive polymer may be used.

前記導電材は、特に限定されず、公知の導電材を使用することができる。例えば、カーボンブラック類、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属粉、炭素材料及び金属粉の混合物、ITOのような導電性酸化物が挙げられる。   The conductive material is not particularly limited, and a known conductive material can be used. Examples thereof include carbon blacks, carbon materials, metal powders such as copper, nickel, stainless steel, and iron, mixtures of carbon materials and metal powders, and conductive oxides such as ITO.

<正極の製造方法>
上述した正極10は、例えば、上述の本正極材料、結着剤、及び、必要に応じた量の導電材をそれらの種類に応じた溶媒、例えばPVDFの場合はN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等の溶媒に添加してスラリーを作成し、このスラリーを集電体12の表面に塗布し、乾燥させることにより製造できる。
<Method for producing positive electrode>
The positive electrode 10 described above includes, for example, the present positive electrode material, a binder, and an amount of a conductive material as required according to the type of the solvent, such as N-methyl-2-pyrrolidone in the case of PVDF, A slurry can be prepared by adding to a solvent such as N, N-dimethylformamide, and the slurry can be applied to the surface of the current collector 12 and dried.

<リチウムイオン二次電池>
続いて、上述した本正極材料を含む電極を備えるリチウムイオン二次電池について図1を参照して簡単に説明する。
<Lithium ion secondary battery>
Next, a lithium ion secondary battery including an electrode including the above-described positive electrode material will be briefly described with reference to FIG.

リチウムイオン二次電池100は、主として、積層体30、積層体30を密閉した状態で収容する外装体50、及び積層体30に接続された一対のリード60,62を備えている。   The lithium ion secondary battery 100 mainly includes a stacked body 30, an exterior body 50 that accommodates the stacked body 30 in a sealed state, and a pair of leads 60 and 62 connected to the stacked body 30.

積層体30は、一対の正極10、負極20がセパレータ18を挟んで対向配置されたものである。正極10は、上述のとおりである。負極20は、負極集電体22上に負極活物質層24が設けられた物である。正極活物質層14及び負極活物質層24がセパレータ18の両側にそれぞれ接触している。正極集電体12及び負極集電体22の端部には、それぞれリード60,62が接続されており、リード60,62の端部は外装体50の外部にまで延びている。   The laminated body 30 is configured such that a pair of the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are opposed to each other with the separator 18 interposed therebetween. The positive electrode 10 is as described above. The negative electrode 20 is a product in which a negative electrode active material layer 24 is provided on a negative electrode current collector 22. The positive electrode active material layer 14 and the negative electrode active material layer 24 are in contact with both sides of the separator 18. Leads 60 and 62 are connected to the end portions of the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 22, respectively, and the end portions of the leads 60 and 62 extend to the outside of the exterior body 50.

負極集電体22としては、銅箔等を使用できる。また、負極活物質層24としては、負極活物質、バインダー、及び、必要に応じた量の導電材を含むものを使用できる。バインダー及び導電材については、正極で例示したものを利用できる。   As the negative electrode current collector 22, a copper foil or the like can be used. Moreover, as the negative electrode active material layer 24, the thing containing a negative electrode active material, a binder, and the quantity of electrically conductive material as needed can be used. As the binder and the conductive material, those exemplified for the positive electrode can be used.

負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出(インターカレート・デインターカレート、或いはドーピング・脱ドーピング)可能な黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、Al、Si、Sn等のリチウムと化合することのできる金属、SiO、SnO等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(LiTi12)等を含む粒子が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material include graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, and low-temperature calcined carbon that can occlude / release (intercalate / deintercalate, or dope / dedope) lithium ions. Carbon materials, metals that can be combined with lithium such as Al, Si, and Sn, amorphous compounds mainly composed of oxides such as SiO 2 and SnO 2 , lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), etc. The particle | grains containing are mentioned.

負極20の製造方法は、正極10の製造方法と同様にスラリーを調整して集電体に塗布すればよい。   The manufacturing method of the negative electrode 20 should just adjust slurry and apply | coat to a collector like the manufacturing method of the positive electrode 10. FIG.

電解質溶液は、正極活物質層14、負極活物質層24、及び、セパレータ18の内部に含有させるものである。電解質溶液としては、特に限定されず、例えば、本実施形態では、リチウム塩を含む電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いことにより、充電時の耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解質溶液(非水電解質溶液)であることが好ましい。電解質溶液としては、リチウム塩を非水溶媒(有機溶媒)に溶解したものが好適に使用される。リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiAsF、LiCFSO、LiCF、CFSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFCFCO)、LiBOB(リチウムビス(オキサラート)ボレート)等の塩が使用できる。なお、これらの塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The electrolyte solution is contained in the positive electrode active material layer 14, the negative electrode active material layer 24, and the separator 18. The electrolyte solution is not particularly limited. For example, in the present embodiment, an electrolyte solution containing a lithium salt (electrolyte aqueous solution, electrolyte solution using an organic solvent) can be used. However, the electrolyte aqueous solution is preferably an electrolyte solution (non-aqueous electrolyte solution) using an organic solvent because the electrochemical decomposition voltage is low, and the withstand voltage during charging is limited to a low level. As the electrolyte solution, a lithium salt dissolved in a non-aqueous solvent (organic solvent) is preferably used. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 , CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , Salts such as LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiN (CF 3 CF 2 CO) 2 , LiBOB (lithium bis (oxalate) borate) Can be used. In addition, these salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、等の非プロトン性高誘電率溶媒や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、等の酢酸エステル類あるいはプロピオン酸エステル類等の非プロトン性低粘度溶媒が挙げられる。これらの非プロトン性高誘電率溶媒と非プロトン性低粘度溶媒を適当な混合比で併用することが望ましい。更には、イミダゾリウム、アンモニウム、及びピリジニウム型のカチオンを用いたイオン性液体を使用することができる。対アニオンは特に限定されるものではないが、BF 、PF 、(CFSO等が挙げられる。イオン性液体は前述の有機溶媒と混合して使用することが可能である。
電解質溶液のリチウム塩の濃度は、電気伝導性の点から、0.5〜2.0Mが好ましい。なお、この電解質の温度25℃における導電率は0.01S/m以上であることが好ましく、電解質塩の種類あるいはその濃度により調整される。
Examples of the organic solvent include aprotic high dielectric constant solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and aprotic low viscosity such as acetic acid esters and propionic acid esters such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. A solvent is mentioned. It is desirable to use these aprotic high dielectric constant solvents and aprotic low viscosity solvents in combination at an appropriate mixing ratio. Furthermore, ionic liquids using imidazolium, ammonium, and pyridinium type cations can be used. The counter anion is not particularly limited, and examples thereof include BF 4 , PF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and the like. The ionic liquid can be used by mixing with the organic solvent described above.
The concentration of the lithium salt in the electrolyte solution is preferably 0.5 to 2.0 M from the viewpoint of electrical conductivity. The conductivity of the electrolyte at 25 ° C. is preferably 0.01 S / m or more, and is adjusted by the type of electrolyte salt or its concentration.

また、電解質溶液には、添加剤を添加してもよい。添加剤としては例えば1,3−ジオキソール−2−オンに代表されるビニレンカーボネート誘導体や3−ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸サルトンに代表されるエチレンサルフェート誘導体、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン等の添加剤を使用してもよい。なお、これらの添加剤は1種を単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。   Moreover, you may add an additive to electrolyte solution. Examples of additives include vinylene carbonate derivatives typified by 1,3-dioxol-2-one, ethylene sulfate derivatives typified by sultone 3-hydroxy-1-propanesulfonate, 4-fluoro-1,3-dioxolane- Additives such as 2-one may be used. In addition, these additives may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types.

なお、本実施形態において、電解質溶液は液状以外にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状電解質であってもよい。また、電解質溶液に代えて、固体電解質(固体高分子電解質又はイオン伝導性無機材料からなる電解質)が含有されていてもよい。   In the present embodiment, the electrolyte solution may be a gel electrolyte obtained by adding a gelling agent in addition to liquid. Further, instead of the electrolyte solution, a solid electrolyte (a solid polymer electrolyte or an electrolyte made of an ion conductive inorganic material) may be contained.

また、セパレータ18も、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。   The separator 18 may also be formed of an electrically insulating porous structure, for example, a single layer of a film made of polyethylene, polypropylene or polyolefin, a stretched film of a laminate or a mixture of the above resins, or cellulose. And a fiber nonwoven fabric made of at least one constituent material selected from the group consisting of polyester and polypropylene.

外装体50は、その内部に積層体30及び電解液を密封するものである。外装体50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。例えば、外装体50として、図1に示すように、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては例えばアルミ箔を、合成樹脂膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜54の材料としては融点の高い高分子例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜54の材料としてはポリエチレン、ポリプロピレン等が好ましい。   The exterior body 50 seals the laminated body 30 and the electrolytic solution therein. The outer package 50 is not particularly limited as long as it can prevent leakage of the electrolytic solution to the outside and entry of moisture and the like into the lithium ion secondary battery 100 from the outside. For example, as the outer package 50, as shown in FIG. 1, a metal laminate film in which a metal foil 52 is coated with a polymer film 54 from both sides can be used. For example, an aluminum foil can be used as the metal foil 52, and a film such as polypropylene can be used as the synthetic resin film 54. For example, the material of the outer polymer film 54 is preferably a polymer having a high melting point such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide, and the material of the inner polymer film 54 is preferably polyethylene or polypropylene.

リード60,62は、アルミ等の導電材料から形成されている。   The leads 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum.

<リチウムイオン二次電池の製造方法>
続いて、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法は、上述した活物質を含む正極10と、負極20と、正極と負極との間に介在するセパレータ18と、リチウム塩を含む非水電解質溶液と、を外装体50内に封入する工程を備える。
<Method for producing lithium ion secondary battery>
Then, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment is demonstrated. The manufacturing method of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes a positive electrode 10 containing the active material, a negative electrode 20, a separator 18 interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt. And a step of enclosing the outer body 50 in the exterior body 50.

例えば、上述した活物質を含む正極10と、上記負極20と、上記セパレータ18とを積層し、正極10及び負極20を、積層方向に対して垂直な方向から、プレス器具で加熱加圧し、正極10、セパレータ18、及び負極20を密着させる。そして、例えば、予め作製した袋状の外装体50に、上記積層体30を入れ、上記リチウム塩を含む非水電解質溶液を注入することにより、リチウムイオン二次電池を作製することができる。なお、外装体に上記リチウム塩を含む非水電解質溶液を注入するのではなく、積層体30を予め上記リチウム塩を含む非水電解質溶液に含浸させてもよい。   For example, the positive electrode 10 containing the active material described above, the negative electrode 20 and the separator 18 are stacked, and the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are heated and pressed with a press tool from a direction perpendicular to the stacking direction. 10, the separator 18 and the negative electrode 20 are brought into close contact with each other. Then, for example, a lithium ion secondary battery can be manufactured by placing the laminate 30 in a bag-shaped outer package 50 prepared in advance and injecting a non-aqueous electrolyte solution containing the lithium salt. Instead of injecting the non-aqueous electrolyte solution containing the lithium salt into the outer package, the laminate 30 may be impregnated in advance with the non-aqueous electrolyte solution containing the lithium salt.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibits the same function and effect. Are included in the technical scope.

以下、実施例及び比較例に基づいて、本正極材料をより具体的に説明する。   Hereinafter, the present positive electrode material will be described more specifically based on examples and comparative examples.

(実施例1)
<正極活物質のpH測定>
実施例1の正極活物質として用いるLiNi0.85Co0.10Al0.05(以下NCAと記載する)を100mlの水に2mol添加してなる正極活物質含有水溶液を調整し、10分間攪拌した後にpHメーターを用いて実施例1の正極活物質含有水溶液のpHを測定したところ、pH=11.2であった。
<被覆化合物の合成>
以下式2に示すように、ハロゲン化スルホン化合物と2−クロロプロピオン酸とエチレングリコールとを、ピリジン、クロロホルム中で反応させ、反応溶媒を分離することにより被覆化合物を得た。

Figure 2016170958
Example 1
<Measurement of pH of positive electrode active material>
A positive electrode active material-containing aqueous solution prepared by adding 2 mol of LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 (hereinafter referred to as NCA) used as the positive electrode active material of Example 1 to 100 ml of water was prepared. After stirring for a minute, the pH of the positive electrode active material-containing aqueous solution of Example 1 was measured using a pH meter, and pH was 11.2.
<Synthesis of coating compound>
As shown in the following formula 2, a halogenated sulfone compound, 2-chloropropionic acid and ethylene glycol were reacted in pyridine and chloroform, and the reaction solvent was separated to obtain a coating compound.
Figure 2016170958

得られた被覆化合物をLCMS,GCMS,NMRを用いて同定したところ目的の被覆化合物が得られたことを確認した。   When the obtained coating compound was identified using LCMS, GCMS, and NMR, it was confirmed that the desired coating compound was obtained.

<正極電極の作製>
正極活物質としてNCAを用い、上記の被覆化合物と正極活物質を95重量部:5重量部の割合で混合したものを正極活物質材料として用い、アセチレンブラック、PVDF(ポリふっ化ビニリデン)と共に、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)に添加することによって、正極用塗料を調製した。正極用塗料中の固形分である正極活物質材料、カーボンブラック及びPVDFの比率は、正極活物質材料:カーボンブラック:PVDF=90質量部:5質量部:5質量部に調整された。
<Preparation of positive electrode>
Using NCA as a positive electrode active material, a mixture of the above-mentioned coating compound and positive electrode active material in a ratio of 95 parts by weight: 5 parts by weight is used as a positive electrode active material, and together with acetylene black and PVDF (polyvinylidene fluoride), A coating for positive electrode was prepared by adding to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone). The ratio of the positive electrode active material, carbon black, and PVDF, which are solids in the positive electrode paint, was adjusted to positive electrode active material: carbon black: PVDF = 90 parts by mass: 5 parts by mass: 5 parts by mass.

正極用塗料を、厚みが20μmのアルミニウム箔に塗布した。塗布した正極用塗料を乾燥した後、圧延することにより、正極を得た。次に、Li箔を所定の大きさに切断して銅箔(厚み15μm)に貼り付けることにより、負極とした。正極及び負極を、それらの間にポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを挟んで積層し、積層体(素体)を得た。正極、負極には、それぞれ、外部引き出し端子としてアルミニウム箔(幅4mm、長さ40mm、厚み80μm)、ニッケル箔(幅4mm、長さ40mm、厚み80μm)を超音波溶接した。この外部引き出し端子には、前もって無水マレイン酸をグラフト化したポリプロピレン(PP)を巻き付け熱接着させた。これは外部端子と外装体とのシール性を向上させるためである。電池外装体はアルミニウムラミネート材料からなり、その構成は、PET(12)/Al(40)/PP(50)のものを用意した。PETはポリエチレンテレフタレート、PPはポリプロピレンである。かっこ内は各層の厚み(単位はμm)を表す。なおこの時PPが内側となるように製袋した。上の積層体を電池外装体に入れ、これに電解液である1MLiPF/EC+DEC(30:70体積比)を注入した後、電池外装体を真空ヒートシールし、実施例1の電極評価用ハーフセルを作製した。 The positive electrode coating material was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm. The applied positive electrode coating material was dried and then rolled to obtain a positive electrode. Next, the Li foil was cut into a predetermined size and attached to a copper foil (thickness: 15 μm) to obtain a negative electrode. The positive electrode and the negative electrode were laminated with a separator made of a polyethylene microporous film interposed therebetween to obtain a laminate (element body). The positive electrode and the negative electrode were ultrasonically welded with an aluminum foil (width 4 mm, length 40 mm, thickness 80 μm) and nickel foil (width 4 mm, length 40 mm, thickness 80 μm) as external lead terminals, respectively. Polypropylene (PP) previously grafted with maleic anhydride was wrapped around this external lead terminal and thermally bonded. This is to improve the sealing performance between the external terminal and the exterior body. The battery outer package was made of an aluminum laminate material, and the configuration was prepared as PET (12) / Al (40) / PP (50). PET is polyethylene terephthalate and PP is polypropylene. The value in parentheses represents the thickness of each layer (unit: μm). At this time, bags were made so that PP was inside. The upper laminate was put into a battery case, and 1 M LiPF 6 / EC + DEC (30:70 volume ratio) as an electrolyte was injected into the battery case. Then, the battery case was vacuum heat sealed, and the electrode evaluation half cell of Example 1 was used. Was made.

作製した本正極材料を用いた電極断面をSEMで観察したところ、正極活物質の表面に被覆層が存在することを確認した。また、作製した電極において複数点断面観察を行い、正極活物質粒子100点についてその粒径Aと被覆層の厚みBを確認したところ、正極活物質の平均粒径Aaveは10.7μm、被覆層の平均厚みBaveは20nmであり、B/A=0.0187であった。   When an electrode cross section using the produced positive electrode material was observed with an SEM, it was confirmed that a coating layer was present on the surface of the positive electrode active material. Further, when the prepared electrode was subjected to cross-sectional observation at a plurality of points and the particle diameter A and the thickness B of the coating layer were confirmed for 100 positive electrode active material particles, the average particle diameter Aave of the positive electrode active material was 10.7 μm, and the coating layer The average thickness Bave was 20 nm and B / A = 0.187.

<放電容量の測定>
実施例1のハーフセルを充電した後、放電することによって、実施例1のハーフセルの放電容量(単位:mAh/g)を測定した。この測定では、正極活物質であるLiNi0.85Cl0.10Al0.05の理論容量を190mAh/gとした。充電では、上限充電電圧は4.3V(VS.Li/Li)とした。充電は、正極の電圧が上限充電電圧に達し、かつ、充電電流が1/20Cまで減衰するまで、行った。放電では、下限放電電圧を、3.0V(VS.Li/Li)とした。放電レートは、0.1Cおよび1Cとし、0.1Cで初回充放電を行った後に1Cにて充放電を行った。1Cは、1時間の定電流放電によって放電終了となるような電流値である。
<Measurement of discharge capacity>
After charging the half cell of Example 1, the discharge capacity (unit: mAh / g) of the half cell of Example 1 was measured by discharging. In this measurement, the theoretical capacity of LiNi 0.85 Cl 0.10 Al 0.05 O 2 as the positive electrode active material was set to 190 mAh / g. In charging, the upper limit charging voltage was 4.3 V (VS. Li / Li + ). Charging was performed until the positive electrode voltage reached the upper limit charging voltage and the charging current was attenuated to 1 / 20C. In the discharge, the lower limit discharge voltage was set to 3.0 V (VS. Li / Li + ). The discharge rate was 0.1 C and 1 C, and after charging and discharging at 1 C, charging and discharging were performed at 1 C. 1C is a current value at which discharge is terminated by constant current discharge for one hour.

この測定結果から、放電レート1Cの1サイクル目における、活物質1グラム当たりの放電容量に対する、放電レート1Cの500サイクル目における、活物質1グラム当たりの放電容量の比(サイクル維持率)を求めた。測定温度は25℃で行った。表1に、実施例1のハーフセルの、放電維持率を示す。   From this measurement result, the ratio (cycle retention rate) of the discharge capacity per gram of active material at the 500th cycle of discharge rate 1C to the discharge capacity per gram of active material at the first cycle of discharge rate 1C is obtained. It was. The measurement temperature was 25 ° C. Table 1 shows the discharge maintenance ratio of the half cell of Example 1.

(実施例2〜30)
正極活物質として粒径の異なるNCA、又はNCAの代わりにLiCoO(以下LCOと記載)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3(以下NCMと記載)を用い、被覆化合物の添加量を変えたことを除いて、実施例1と同様の方法で実施例2〜30のハーフセルを作製した。また、実施例1と同様の方法にて上記活物質のpHを測定したところ、LCOは10.5、NCMは10.8であり、活物質が塩基性を示すことを確認した。
(Examples 2 to 30)
NCA having a different particle diameter as a positive electrode active material, or LiCoO 2 (hereinafter referred to as LCO), LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (hereinafter referred to as NCM) instead of NCA, Except having changed the addition amount, the half cell of Examples 2-30 was produced by the method similar to Example 1. FIG. Moreover, when the pH of the said active material was measured by the method similar to Example 1, LCO was 10.5 and NCM was 10.8, and it confirmed that an active material showed basicity.

(比較例1)
被覆化合物を混合しないことを除いて、実施例1と同様の方法で、比較例1のハーフセルを作製した。
(Comparative Example 1)
A half cell of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the coating compound was not mixed.

(比較例2)
被覆化合物を混合しないことを除いて、実施例20と同様の方法で、比較例2のハーフセルを作製した。
(Comparative Example 2)
A half cell of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 20 except that the coating compound was not mixed.

(比較例3)
被覆化合物を混合しないことを除いて、実施例26と同様の方法で、比較例3のハーフセルを作製した。
(Comparative Example 3)
A half cell of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 26 except that the coating compound was not mixed.

実施例1〜30及び比較例1〜3について、放電レート1Cにおける初回サイクルの放電容量と、放電レート1Cにおける500サイクル後の放電容量の比(サイクル維持率)をそれぞれ求めた。その結果を表1に示す。

Figure 2016170958
About Examples 1-30 and Comparative Examples 1-3, the ratio (cycle maintenance factor) of the discharge capacity of the first cycle at the discharge rate 1C and the discharge capacity after 500 cycles at the discharge rate 1C was determined. The results are shown in Table 1.
Figure 2016170958

実施例1〜30のサイクル維持率より、塩基性を示す正極活物質と、前記正極活物質の表面を被覆し、式1で表される化合物(R1及びR2は炭化水素または酸素であり、nは1〜30を示す)を備える被覆層を含むリチウムイオン二次電池用正極材料は、優れたサイクル維持率を呈することが分かった。一方、塩基性を示さない正極活物質では、被覆層の有無やその厚みに係らず、サイクル維持率に変化は見られなかった。またリチウムイオン二次電池用正極材料は、正極活物質材料の粒径Aが5μm≦A≦25μmであり、被覆層の厚みBが1nm≦B≦100nmであり、前記正極活物質の粒径Aに対する被覆層の厚みBの比が、0.0008≦B/A≦0.02である場合に優れたサイクル維持率を呈することが分かった。   From the cycle maintenance rate of Examples 1 to 30, the positive electrode active material showing basicity and the surface of the positive electrode active material were coated, and the compound represented by Formula 1 (R1 and R2 are hydrocarbons or oxygen, n It was found that a positive electrode material for a lithium ion secondary battery including a coating layer provided with 1 to 30 exhibits an excellent cycle retention rate. On the other hand, in the positive electrode active material that does not exhibit basicity, no change was observed in the cycle retention rate regardless of the presence or absence of the coating layer and its thickness. Further, in the positive electrode material for a lithium ion secondary battery, the particle size A of the positive electrode active material is 5 μm ≦ A ≦ 25 μm, the thickness B of the coating layer is 1 nm ≦ B ≦ 100 nm, and the particle size A of the positive electrode active material It was found that when the ratio of the thickness B of the coating layer to 0.0008 ≦ B / A ≦ 0.02, an excellent cycle retention ratio was exhibited.

Claims (5)

塩基性を示す正極活物質と、
前記正極活物質の表面を被覆し、式1で表される化合物(R1及びR2は炭化水素または酸素であり、nは1〜30を示す)を備える被覆層と、
を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質材料。
Figure 2016170958
A positive electrode active material exhibiting basicity;
Coating the surface of the positive electrode active material, and a coating layer comprising a compound represented by Formula 1 (R1 and R2 are hydrocarbons or oxygen, and n is 1 to 30);
A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.
Figure 2016170958
前記正極活物質のD50で示される粒径は、5um以上、25um以下であり、
前記被覆層の厚みが1nm以上、100nm以下であり、
前記正極活物質の粒径Aに対する被覆層の厚みBの比が、0.0008≦B/A≦0.02であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質材料。
The particle size indicated by D50 of the positive electrode active material is 5 μm or more and 25 μm or less,
The coating layer has a thickness of 1 nm or more and 100 nm or less,
2. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the ratio of the thickness B of the coating layer to the particle size A of the positive electrode active material is 0.0008 ≦ B / A ≦ 0.02. Material material.
前記正極活物質は、一般式LiNi(1−y−z)Co(MはMg,Ca,Sr,Ba,Ti,Al,Cr,Mn,Fe,Ge,W,Cu,Znのうち少なくとも1種以上の元素であり、0.95≦x≦1.2、0<y≦1.0、0≦z≦0.5、0<y+z≦1.0)で表されるリチウム遷移金属酸化物からなる
請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質材料。
The positive electrode active material has the general formula Li x Ni (1-yz) Co y M z O 2 (M is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Cr, Mn, Fe, Ge, W, Cu , Zn, and represented by the following: 0.95 ≦ x ≦ 1.2, 0 <y ≦ 1.0, 0 ≦ z ≦ 0.5, 0 <y + z ≦ 1.0) The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, comprising a lithium transition metal oxide.
請求項1から3に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質材料を含むリチウムイオン二次電池用正極。   The positive electrode for lithium ion secondary batteries containing the positive electrode active material material for lithium ion secondary batteries of Claim 1 to 3. 請求項4に記載の正極と負極活物質を有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータと非水電解質と、を備えてなるリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising: the positive electrode according to claim 4; a negative electrode having a negative electrode active material; a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and a nonaqueous electrolyte.
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