JP2016207316A - Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material having a low output resistance even when used in a nonaqueous secondary battery of such use as performing charge and discharge at high rate, and capable of maintaining excellent battery characteristics of good cycle characteristics.SOLUTION: A positive electrode active material containing active material particles composed of a lithium transition metal oxide having a layer crystal structure, and constituted of a first region on the center side in the radial direction and substantially not containing an additive element, and a second region on the outside of the first region and containing an additive element, is provided. This active material particles contains at least one kind of additive element selected from silicon (Si), phosphor (P) and germanium (Ge). In the second region, the content ratio of the additive element increases gradually in a range of 0-5 mass%, from the radial inside toward outside, assuming that the total of transition metal element in the lithium metal transition oxide is 100 mass%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非水電解質二次電池用の正極活物質に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

リチウム二次電池に代表される非水電解液二次電池は、既存の電池に比べて軽量かつエネルギー密度が高いことから、従来よりパソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源、住宅用蓄電装置等として用いられている。特に近年では、非水電解液二次電池は、大容量でかつハイレートでの充放電を行う、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両の駆動用高出力電源として好ましく用いられている。   Non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium secondary batteries are lighter and have higher energy density than existing batteries. Therefore, so-called portable power sources such as personal computers and portable terminals, vehicle drive power sources, and housing It is used as a power storage device. Particularly in recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries are used for driving vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV) that charge and discharge at a high capacity and high rate. It is preferably used as a high output power source.

この種の非水電解液二次電池は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して対向配置され、非水電解質と共に電池ケースに収容されている。この正極活物質と負極活物質との間で電荷担体(リチウム二次電池の場合はリチウムイオン)を吸蔵・放出させることにより充放電が実現され得る。二次電池の電池性能は、正極および負極に備えられる活物質の各種特性によるところが大きく、電池の用途に応じて、適切な特性を実現する活物質の開発が進められている。   In this type of non-aqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a negative electrode active material are disposed to face each other via a separator, and are accommodated in a battery case together with a non-aqueous electrolyte. Charging and discharging can be realized by inserting and extracting charge carriers (lithium ions in the case of a lithium secondary battery) between the positive electrode active material and the negative electrode active material. The battery performance of the secondary battery largely depends on various characteristics of the active material provided in the positive electrode and the negative electrode, and development of an active material that realizes appropriate characteristics is being promoted depending on the use of the battery.

特開2008−016232号公報JP 2008-016232 A 国際公開第2007/114557号International Publication No. 2007/114557

例えば、特許文献1には、少なくともコバルトを含むリチウム遷移金属複合酸化物粒子の表面に、ニッケルおよび/またはマンガンを含むリチウム遷移金属複合酸化物よりなる被覆層を備え、この被覆層の少なくとも一部にケイ素を含む表面層を被着した正極活物質が開示されている。特許文献1には、この正極活物質を用いることにより、非水電解質二次電池の容量および充放電サイクル特性が改善されることが記載されている。しかしながら、この特許文献1の技術に開示された正極活物質をハイレートでの充放電を行う用途の非水電解質二次電池に使用した場合、十分な電池特性が得られ難いという欠点があった。また、サイクル特性もさほど良好でないという欠点があった。   For example, Patent Document 1 includes a coating layer made of a lithium transition metal composite oxide containing nickel and / or manganese on the surface of lithium transition metal composite oxide particles containing at least cobalt, and at least a part of the coating layer. Discloses a positive electrode active material having a surface layer containing silicon. Patent Document 1 describes that the use of this positive electrode active material improves the capacity and charge / discharge cycle characteristics of a non-aqueous electrolyte secondary battery. However, when the positive electrode active material disclosed in the technology of Patent Document 1 is used for a non-aqueous electrolyte secondary battery for charging / discharging at a high rate, there is a drawback that it is difficult to obtain sufficient battery characteristics. In addition, the cycle characteristics are not so good.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば、ハイレートでの充放電を行う用途の非水電解質二次電池に使用した場合であっても出力抵抗が低く、サイクル特性が良好な、優れた電池特性を維持し得る正極活物質を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the purpose thereof is, for example, a low output resistance even when used in a non-aqueous electrolyte secondary battery for use in charging / discharging at a high rate, and the cycle. An object of the present invention is to provide a positive electrode active material having good characteristics and capable of maintaining excellent battery characteristics.

上記目的を実現すべく、本発明により、非水電解質二次電池用の正極活物質が提供される。この正極活物質は、層状結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物からなる活物質粒子を含んでいる。この活物質粒子(一次粒子)は、ケイ素(Si)、リン(P)およびゲルマニウム(Ge)からなる群から選択される少なくとも1種の添加元素を含んでいる。そしてこの活物質粒子は、該活物質粒子の半径方向の中心側の領域であって、上記添加元素を実質的に含まない第1領域と、上記第1領域の外側の領域であって、上記添加元素を含む第2領域と、から構成されている。ここで、ここに開示される正極活物質は、上記第2領域において、上記添加元素の含有割合が、前記リチウム遷移金属酸化物における遷移金属元素の合計を100質量%としたとき、上記半径方向内側から外側に向かうにつれて、0質量%から5質量%以下の範囲で漸増していることにより特徴づけられる。   In order to achieve the above object, the present invention provides a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. This positive electrode active material includes active material particles made of a lithium transition metal oxide having a layered crystal structure. The active material particles (primary particles) contain at least one additive element selected from the group consisting of silicon (Si), phosphorus (P), and germanium (Ge). The active material particles are a region on the center side in the radial direction of the active material particles, a first region substantially not containing the additive element, and a region outside the first region, And a second region containing an additive element. Here, in the positive electrode active material disclosed herein, in the second region, when the content ratio of the additive element is 100% by mass of the total transition metal elements in the lithium transition metal oxide, the radial direction It is characterized by a gradual increase in the range from 0% to 5% by mass from the inside to the outside.

ここに開示される正極活物質によると、活物質粒子は、全体として層状の結晶構造を維持しつつ、添加元素を含んでいる。これにより、層状結晶構造の端部における層間距離が拡大され、電荷担体の受入性が向上される。また、添加元素は上記第2領域にのみ濃度および濃度分布態様を限定されて含まれるため、電池の内部抵抗を低減することができる。これらの特長により、ハイレート充放電特性およびサイクル特性が両立され二次電池を実現し得る、正極活物質が実現される。   According to the positive electrode active material disclosed herein, the active material particles contain an additive element while maintaining a layered crystal structure as a whole. This increases the interlayer distance at the end of the layered crystal structure and improves the acceptability of charge carriers. In addition, since the additive element is contained only in the second region with the concentration and concentration distribution mode being limited, the internal resistance of the battery can be reduced. With these features, a positive electrode active material that realizes a secondary battery with both high-rate charge / discharge characteristics and cycle characteristics is realized.

なお、本発明者らは、特許文献1に開示された正極活物質について、ケイ素を含む表面層によりリチウム複合酸化物粒子間の焼結が抑制されているものの、ハイレートでの充放電を行う電池に使用した場合、抵抗成分であるケイ素により表面層の抵抗が極めて高くなることを知見している。また、ハイレートでの充放電を繰り返し行った場合には、表面層と被覆層との結晶構造が異なるため、界面における結晶安定性が低下してサイクル特性が損なわれることを知見している。
また、特許文献2には、内部バルク部と外部バルク部とで遷移金属元素の種類の異なるリチウム遷移金属酸化物粒子において、外部バルク部と内部バルク部との境界面から活物質表面に向けて金属組成が連続的な濃度勾配で存在する正極活物質が開示されている。しかしながら、この特許文献2には、リチウム遷移金属酸化物粒子の全体を層状型の結晶構造とし、さらにその結晶構造を改変して電荷担体の受入性を改善するものではない。
これらの点において、本発明は、特許文献1および2に開示される技術と完全に区別することができる。
In addition, although the present inventors suppressed sintering between lithium composite oxide particles by the surface layer containing silicon about the positive electrode active material disclosed by patent document 1, the battery which charges / discharges at high rate It is known that the resistance of the surface layer is extremely increased by silicon as a resistance component. It has also been found that when charging and discharging at a high rate are repeated, the crystal structure of the surface layer and the coating layer are different, so that the crystal stability at the interface is lowered and the cycle characteristics are impaired.
Further, in Patent Document 2, in lithium transition metal oxide particles having different types of transition metal elements in the internal bulk portion and the external bulk portion, the boundary surface between the external bulk portion and the internal bulk portion is directed toward the active material surface. A positive electrode active material in which the metal composition exists in a continuous concentration gradient is disclosed. However, Patent Document 2 does not improve the acceptability of charge carriers by making the entire lithium transition metal oxide particles have a layered crystal structure and further modifying the crystal structure.
In these respects, the present invention can be completely distinguished from the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2.

一実施形態に係る正極活物質粒子の構成を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the structure of the positive electrode active material particle which concerns on one Embodiment. (A)層状型リチウム遷移金属酸化物の一般的な結晶構造を模式的に示した図であり、(B)ここに開示されるリチウム遷移金属酸化物の結晶構造を模式的に示した図である。(A) It is the figure which showed typically the general crystal structure of layer type lithium transition metal oxide, (B) The figure which showed typically the crystal structure of the lithium transition metal oxide disclosed here is there. 一実施形態に係る正極活物質粒子の表面からの深さ方向での添加元素の濃度分布を示す図である。It is a figure which shows concentration distribution of the additive element in the depth direction from the surface of the positive electrode active material particle which concerns on one Embodiment. 従来の正極活物質粒子の表面からの深さ方向での添加元素の濃度分布を示す図である。It is a figure which shows concentration distribution of the additive element in the depth direction from the surface of the conventional positive electrode active material particle.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の一実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない非水電解質二次電池の構成や動作等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, the configuration and operation of a non-aqueous electrolyte secondary battery that does not characterize the present invention) It can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part which show | plays the same effect | action, and the overlapping description may be abbreviate | omitted or simplified. The dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each figure does not necessarily reflect the actual dimensional relationship.

ここに開示される非水電解質二次電池用の正極活物質は、本質的に、層状の結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物からなる活物質粒子を含んでいる。活物質粒子を構成する層状の結晶構造のリチウム遷移金属酸化物は、主として、遷移金属とリチウムとの複合酸化物から構成されている。このリチウム遷移金属酸化物の組成は厳密には制限されない。例えば、非水電解質二次電池の正極活物質として汎用されるリチウム遷移金属酸化物において、いわゆる、ジグザグ層状のマンガン系リチウム複合酸化物または層状岩塩型のコバルト系リチウム複合酸化物やニッケル系リチウム複合酸化物等として認識される化合物であり得る。この酸化物は、典型的には、一般式:LiCoO,LiNiO,LiMnO,Li(Ni,Mn,Co)Oで表される化合物であり、さらには、代表的にはLiMnOで表される、いわゆるリチウムリッチ型(リチウム過剰型)の化合物であり得る。また、これらの化合物は、各遷移金属サイトの一部を他の1以上の遷移金属元素又は典型元素で置換したものであり得る。また、両者が固溶体を形成していても良い。リチウム遷移金属酸化物がこのような化学組成を有することで、この正極活物質は、例えば、高容量で、熱や電池化学反応に対する層状結晶構造の安定性が高いものとなり得る。 The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein essentially includes active material particles made of a lithium transition metal oxide having a layered crystal structure. The lithium transition metal oxide having a layered crystal structure constituting the active material particles is mainly composed of a composite oxide of a transition metal and lithium. The composition of the lithium transition metal oxide is not strictly limited. For example, in lithium transition metal oxides widely used as positive electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries, so-called zigzag layered manganese-based lithium composite oxides or layered rock-salt-type cobalt-based lithium composite oxides or nickel-based lithium composites It can be a compound recognized as an oxide or the like. This oxide is typically a compound represented by the general formula: LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , Li (Ni, Mn, Co) O 2 , and typically, Li 2 MnO. 3 may be a so-called lithium rich type (excess lithium type) compound. In addition, these compounds may be obtained by substituting a part of each transition metal site with one or more other transition metal elements or typical elements. Moreover, both may form a solid solution. When the lithium transition metal oxide has such a chemical composition, the positive electrode active material can have, for example, high capacity and high stability of the layered crystal structure against heat and battery chemical reaction.

ここに開示される活物質粒子は、図1に模式的に示されるように、この活物質粒子の半径方向の中心側の領域であって、添加元素を実質的に含まない第1領域と、該第1領域の外側の領域であって、添加元素を含む第2領域と、から構成されている。換言すると、活物質粒子は、その半径方向で、中心側の第1領域と、この第1領域よりも外側の第2領域とに分けたとき、第1領域は添加元素を実質的に含まず、より表層側の第2領域において添加元素を含んでいる。そして、典型的には、第2領域では、添加元素が含まれていること以外は、本質的に第1領域と同じ化学組成を有している(添加元素以外の金属元素は第1領域と同じ化学量論組成である)。
なお、本明細書において「半径方向」とは、活物質粒子の重心を通る方向を意味し、半径方向の「中心側」とは活物質粒子の重心により近い側を、「外側」とは活物質粒子の重心からより遠く表面に近い側を、それぞれ意味する。活物質粒子は球形に限定されることなく、楕円形状や凹凸表面を有する不定形状であっても良い。
また、添加元素を「実質的に含まない」とは、意図的に当該添加元素を含有しないことを意味する。例えば、当該添加元素の含有量は、3質量%以下、より限定的には2質量%以下、例えば1質量%以下であり得る。
As schematically shown in FIG. 1, the active material particles disclosed herein are regions on the center side in the radial direction of the active material particles, and the first region does not substantially contain an additive element; A region outside the first region, and a second region containing an additive element. In other words, when the active material particles are divided into a first region on the center side and a second region outside the first region in the radial direction, the first region does not substantially contain an additive element. In the second region on the surface layer side, an additive element is included. Typically, the second region has essentially the same chemical composition as the first region except that the additive element is included (the metal element other than the additive element is the same as the first region). The same stoichiometric composition).
In this specification, “radial direction” means a direction passing through the center of gravity of the active material particles, “center side” in the radial direction means a side closer to the center of gravity of the active material particles, and “outside” means active side. The side farther from the center of gravity of the substance particle and closer to the surface is meant. The active material particles are not limited to a spherical shape, and may be an elliptical shape or an indefinite shape having an uneven surface.
Further, “substantially does not contain” an additive element means that the additive element is not intentionally contained. For example, the content of the additive element may be 3% by mass or less, more specifically 2% by mass or less, for example, 1% by mass or less.

層状のリチウム遷移金属酸化物は、典型的には、酸素原子が最密充填した面が積層し、この最密充填の隙間の八面体サイトにリチウム(Li)と遷移金属元素とが規則配列することで、図2(A)に模式的に示されるように、リチウムのみからなる面(以下、単にリチウム層という場合がある。)と遷移金属元素からなる面(以下、単に遷移金属層という場合がある。)と、が交互に積層して結晶が構成されている。このリチウム層内においては、リチウムイオンは二次元的に比較的スムーズに移動することができる。そして、リチウムイオンが、リチウム層の端部から結晶構造外に放出されたり、外部から面内に挿入(吸蔵)されたりすることで、電池の充電および放電が行われる。   In a layered lithium transition metal oxide, typically, a surface in which oxygen atoms are closely packed is stacked, and lithium (Li) and a transition metal element are regularly arranged in octahedral sites of the close-packed gap. Thus, as schematically shown in FIG. 2A, a surface made of only lithium (hereinafter sometimes simply referred to as a lithium layer) and a surface composed of a transition metal element (hereinafter simply referred to as a transition metal layer). Are alternately stacked to form a crystal. In the lithium layer, lithium ions can move relatively smoothly in two dimensions. Then, the lithium ions are released from the end of the lithium layer to the outside of the crystal structure or inserted (occluded) into the surface from the outside, whereby the battery is charged and discharged.

ここで、遷移金属元素(M)は、下記の表1に示すように、周囲の6つの酸素原子(O)とMO6八面体を構造ユニットとして形成している。ここで本発明者らは、この遷移金属からなる層に、MO6八面体よりも酸素との結合距離の短いMO4四面体を構成する元素を導入することにより、酸素原子間距離、すなわち遷移金属層の厚みを薄くする作用が得られることを想到した。このことは、相対的にリチウム層の厚みを厚くするものであり、遷移金属層の層間距離を拡大するものとなり得る。したがって、このMO4四面体をリチウム遷移金属酸化物粒子の表面(すなわち、結晶構造の端部であり得る)に局所的に導入することにより、例えば、図2(B)に示されるように、当該表面(端部)のリチウム層の厚みを厚くすることができる。延いては、活物質粒子の表面からのリチウムイオンの吸蔵および放出をスムーズに低抵抗で実現することに繋がるものであり得る。特にリチウムイオンの受入特性が大幅に向上されることは、二次電池のハイレート特性の向上に大きく寄与する点で意義が高い。   Here, as shown in Table 1 below, the transition metal element (M) forms the surrounding six oxygen atoms (O) and the MO6 octahedron as a structural unit. Here, the present inventors have introduced an element constituting an MO4 tetrahedron having a shorter bond distance with oxygen than the MO6 octahedron into the layer made of transition metal, whereby the distance between oxygen atoms, that is, the transition metal layer. It was conceived that an effect of reducing the thickness of the film can be obtained. This relatively increases the thickness of the lithium layer and can increase the interlayer distance of the transition metal layer. Therefore, by introducing this MO4 tetrahedron locally on the surface of the lithium transition metal oxide particle (that may be the end of the crystal structure), for example, as shown in FIG. The thickness of the lithium layer on the surface (edge) can be increased. As a result, the insertion and extraction of lithium ions from the surface of the active material particles can be smoothly realized with low resistance. In particular, the significant improvement in lithium ion acceptance characteristics is significant in that it greatly contributes to the improvement of the high-rate characteristics of the secondary battery.

Figure 2016207316
Figure 2016207316

従って、本発明においては、上記の添加元素として、リチウム遷移金属酸化物の層状結晶構造の遷移金属層に固溶し得て、かつ、酸素原子と安定的にMO4四面体を構成し得る元素を採用するようにしている。発明者らの鋭意研究によると、安定的に上記のMO4四面体を形成するためには、4以上の価数をとり得る元素であって、さらには酸素イオンとのイオン半径比が2.42以上4.44以下であることが必要との知見が得られている。正極活物質の添加元素として安定的であり、上記条件を満たす元素としては、例えば、具体的には、ケイ素(Si)、リン(P)およびゲルマニウム(Ge)を考慮することができる。これらの元素は、いずれか一種の元素を単独で添加しても良いし、二種以上を組み合わせて添加するようにしても良い。   Therefore, in the present invention, as the additive element, an element that can be dissolved in a transition metal layer having a layered crystal structure of a lithium transition metal oxide and can stably form an MO4 tetrahedron with oxygen atoms. Adopted. According to the inventors' diligent research, in order to stably form the above-mentioned MO4 tetrahedron, it is an element that can take a valence of 4 or more, and further has an ionic radius ratio of 2.42 to oxygen ions. The knowledge that it is necessary to be 4.44 or less is obtained. As an element that is stable as an additive element of the positive electrode active material and satisfies the above conditions, specifically, for example, silicon (Si), phosphorus (P), and germanium (Ge) can be considered. Any one of these elements may be added alone, or two or more of these elements may be added in combination.

なお、遷移金属層にわずかでも添加元素が導入されることで上記効果を得ることができる。そして添加元素の割合が多くなるほどリチウム層の厚み厚くなり、電荷担体の受入性が向上される。しかしながら、添加元素の割合が遷移金属元素の合計を100質量%として5質量%を超過する部分が生じると、活物質粒子の構造(層状結晶構造をも包含する)が崩れやすくなる。層状結晶構造が乱れると、かかる添加元素は電池の抵抗成分として作用し、却って電池特性が悪化されるために好ましくない。また、リチウム層におけるリチウムイオンの移動はスムーズに行われ得る。したがって、ここに開示される発明においては、上記添加元素をリチウムイオンの受入特性に最も寄与し得る活物質粒子の表面において5質量%との最も高い割合(濃度)で含むようにしている。   In addition, the said effect can be acquired by introduce | transducing an additional element even a little in a transition metal layer. As the proportion of the additive element increases, the thickness of the lithium layer increases, and the acceptability of charge carriers is improved. However, when a portion in which the ratio of the additive element exceeds 5% by mass when the total of transition metal elements is 100% by mass, the structure of the active material particles (including the layered crystal structure) is liable to collapse. If the layered crystal structure is disturbed, such an additive element acts as a resistance component of the battery, and the battery characteristics are deteriorated. Moreover, the movement of lithium ions in the lithium layer can be performed smoothly. Therefore, in the invention disclosed herein, the additive element is included at the highest ratio (concentration) of 5% by mass on the surface of the active material particles that can contribute most to the lithium ion acceptance characteristics.

また、添加元素の含有割合が急激に変化すると、活物質粒子の構造の安定性が著しく低下する。例えば、半径方向で添加元素の含有割合が急激に変化したり、局所的に存在したりすると、繰り返しの充放電に伴い、上記添加元素を多く含む領域と少ない領域との界面で割れや剥離が生じ、活物質の容量劣化が起り易くなり得る。かかる観点から、添加元素の含有割合は、表面から中心(重心)側に向けて、連続的に徐々に漸減するようにしている。換言すると、上記添加元素は、第2領域において、半径方向で外側に向かうにつれて0質量%から5質量%以下の範囲で漸増するようにしている。   Further, when the content ratio of the additive element is rapidly changed, the stability of the structure of the active material particles is remarkably lowered. For example, if the content ratio of the additive element in the radial direction changes suddenly or exists locally, cracking or peeling occurs at the interface between the region containing a large amount of the additive element and the region containing a small amount of the additive element due to repeated charge and discharge. It may occur and the capacity degradation of the active material may easily occur. From this point of view, the content of the additive element is gradually and gradually decreased from the surface toward the center (center of gravity). In other words, the additive element gradually increases in the second region in the range of 0% by mass to 5% by mass or less in the radial direction.

なお、以上のような添加元素によるリチウム層の拡大は、活物質粒子の内部において実現されてもその寄与は少なく、過剰な添加元素の含有を引き起こし得る。このような観点から、必ずしもこれに限定されるものではないが、添加元素が含まれる第2領域の厚み(表面からの深さ)は、例えば700nm以下に限定することができ、好ましくは600nm以下、より好ましくは500nm以下とすることが適切である。   Note that the expansion of the lithium layer by the additive element as described above has little contribution even if it is realized inside the active material particles, and may cause the inclusion of an excessive additive element. From such a viewpoint, although not necessarily limited thereto, the thickness (depth from the surface) of the second region containing the additive element can be limited to, for example, 700 nm or less, and preferably 600 nm or less. More preferably, the thickness is 500 nm or less.

また、本明細書における添加元素の含有割合についての「漸増」とは、例えば、第2領域を図1に示すように表面からの深さで5等分に分割したとき、表面側からの各領域A〜Eにおける添加元素の含有量をそれぞれX(A)質量%〜X(E)質量%とし、第1領域における含有量をX(1)質量%としたとき、これらX(A)〜X(E),X(1)が、下記の式(1)および式(2)の条件を満たすことで確認することができる。
式(1):0=X(1)≦X(E)≦X(D)≦X(C)≦X(B)≦X(A),0<X(A)≦5
式(2):X(A)−X(B)≦2,X(B)−X(C)≦2,X(C)−X(D)≦2,X(D)−X(E)≦2,X(E)−X(1)≦2
Further, “gradual increase” with respect to the content ratio of the additive element in the present specification means that, for example, when the second region is divided into five equal parts by the depth from the surface as shown in FIG. When the content of the additive element in the regions A to E is X (A) mass% to X (E) mass%, and the content in the first region is X (1) mass%, these X (A) to X X (E) and X (1) can be confirmed by satisfying the conditions of the following formulas (1) and (2).
Formula (1): 0 = X (1) ≦ X (E) ≦ X (D) ≦ X (C) ≦ X (B) ≦ X (A), 0 <X (A) ≦ 5
Formula (2): X (A) −X (B) ≦ 2, X (B) −X (C) ≦ 2, X (C) −X (D) ≦ 2, X (D) −X (E) ≦ 2, X (E) −X (1) ≦ 2

式(1)を満足することで、活物質粒子の半径方向内側から外側に向かうにつれて、添加元素の含有量(濃度)が0質量%から5質量%以下の範囲で増加していることを確認することができる。また、式(2)を満足することで、隣り合う上記領域での濃度(含有量)差が2質量%以下となり、その増加の度合い(濃度分布)が連続して緩やかに(徐々に)変化していることを確認することができる。
このような活物質粒子の微小領域における添加元素の含有量は、公知の適切な分析手段を利用して測定することができる。かかる分析手段としては、例えば、X線光電子分光分析法(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)や、飛行時間型二次イオン質量分析法(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry:TOF−SIMS)等を利用することができる。なお、深さ方向で添加元素の含有量の推移を調べる場合は、適宜、公知のイオンビームエッチング(イオンミリング)等の手法を利用して、活物質粒子の表面を所定の厚みで削りながら目的の添加元素の含有量を測定すればよい。
By satisfying the formula (1), it is confirmed that the content (concentration) of the additive element is increased in the range of 0% by mass to 5% by mass from the inner side to the outer side in the radial direction of the active material particles. can do. Further, by satisfying the formula (2), the concentration (content) difference between the adjacent regions becomes 2% by mass or less, and the degree of increase (concentration distribution) changes gradually and gradually (gradually). You can confirm that you are doing.
The content of the additive element in such a fine region of the active material particles can be measured using a known appropriate analysis means. As such analysis means, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), time of flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) or the like is used. can do. In addition, when investigating the transition of the content of the additive element in the depth direction, it is possible to use a known technique such as ion beam etching (ion milling) while appropriately shaving the surface of the active material particles with a predetermined thickness. What is necessary is just to measure content of the additive element.

また、活物質粒子が全体として層状構造を維持しているかどうかは、X線回折(X-ray diffraction:XRD)分析や、適切な電子顕微鏡観察により確認することができる。例えば、X線回折により結晶構造の異なる異相が同定されないことや、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)観察により得られた電子線回折図形を解析して活物質粒子の表面に層状結晶構造が維持されているかどうか、また、TEMの高解像度の明視野像による結晶構造の観察等により把握することができる。   Further, whether or not the active material particles maintain the layered structure as a whole can be confirmed by X-ray diffraction (XRD) analysis or appropriate electron microscope observation. For example, heterogeneous phases with different crystal structures cannot be identified by X-ray diffraction, or an electron diffraction pattern obtained by observation with a transmission electron microscope (TEM) is analyzed to form a layered crystal structure on the surface of active material particles. Can be ascertained by observing the crystal structure with a high-resolution bright-field image of TEM or the like.

なお、上記の第1領域を構成するリチウム遷移金属酸化物は、必ずしもこれに制限されるものではないが、例えば、以下の一般式(I)で表すものとすることができる。
Li3−x(Mn1−(a+b+c)NiCo 3−δ (I)
ここで、式(I)中、MはMn,Ni,Co,Si,GeおよびP以外の任意の遷移金属元素および金属元素の少なくとも1種を示している。また、x,a,b,c,δは、次の関係を満たすことが好ましい。すなわち、1≦x≦1.5,0≦a<1,0≦b<1,0≦c≦0.2,a+b+c<1および0≦δ≦1.5である。これらa,b,c,δは、相互の元素の割合によりその値が変動し得るため一概には言えないものの、おおよその目安として、例えば以下を満たすことがより好ましい。
The lithium transition metal oxide constituting the first region is not necessarily limited to this, but can be represented by, for example, the following general formula (I).
Li 3-x (Mn 1- ( a + b + c) Ni a Co b M 1 c) x O 3-δ (I)
Here, in the formula (I), M represents at least one of any transition metal element and metal element other than Mn, Ni, Co, Si, Ge, and P. Moreover, it is preferable that x, a, b, c, and δ satisfy the following relationship. That is, 1 ≦ x ≦ 1.5, 0 ≦ a <1, 0 ≦ b <1, 0 ≦ c ≦ 0.2, a + b + c <1 and 0 ≦ δ ≦ 1.5. These values a, b, c, and δ cannot be unequivocally described because their values may vary depending on the ratio of the mutual elements. However, as an approximate guideline, for example, it is more preferable to satisfy the following.

すなわち、上記xは、層状のリチウム遷移金属酸化物を構成する複合酸化物における金属元素の含有量、延いては(1−x)としてLiの割合を示し、他の構成元素の種類、置換割合の他、環境条件等により1〜1.5程度の値をとり得る。上記aはNi含有量を示し、0.05≦aであるのがより好ましく、またa≦0.35であるのがより好ましい。上記bはCo含有量を示し、0.01≦bであるのがより好ましく、b≦0.5、例えばb≦0.35であるのがより好ましい。上記cは、Mn,Ni,Co以外の遷移金属元素と、Si,GeおよびP以外の典型元素の含有量を示し、0.01≦cであるのがより好ましく、c≦0.3であるのがより好ましい。また、[1−(a+b+c)]はMnの含有量を示し、0より大きいことが好ましい。すなわち、リチウム遷移金属酸化物は、Mnを含んでいることが好ましい。上記δは、上記の層状結晶構造における酸素欠陥量を示し、かかる結晶構造における置換原子の種類、置換割合の他、環境条件等により変動し得るため正確に表示することは困難である。このため、酸素原子数を決定する変数であるδは3を超えない正の数であってよく、典型的には0≦δ≦1.5、例えば0≦δ≦1を採用し得る。   That is, the above x represents the content of the metal element in the composite oxide constituting the layered lithium transition metal oxide, and thus the ratio of Li as (1-x), the type of other constituent elements, the substitution ratio In addition, it may take a value of about 1 to 1.5 depending on environmental conditions. Said a shows Ni content, It is more preferable that it is 0.05 <= a, and it is more preferable that it is a <= 0.35. Said b shows Co content, It is more preferable that it is 0.01 <= b, It is more preferable that it is b <= 0.5, for example, b <= 0.35. The above c represents the content of transition metal elements other than Mn, Ni and Co and typical elements other than Si, Ge and P, more preferably 0.01 ≦ c, and c ≦ 0.3. Is more preferable. [1- (a + b + c)] represents the content of Mn, and is preferably larger than 0. That is, the lithium transition metal oxide preferably contains Mn. The δ indicates the amount of oxygen defects in the layered crystal structure, and may vary depending on environmental conditions and the like in addition to the type of substitution atom and the substitution ratio in the crystal structure, so that it is difficult to display accurately. For this reason, δ which is a variable for determining the number of oxygen atoms may be a positive number not exceeding 3, and typically 0 ≦ δ ≦ 1.5, for example, 0 ≦ δ ≦ 1 may be employed.

なお、Mとして採用し得る遷移金属元素および金属元素については特に制限されず、例えば、具体的には、スカンジウム(Sc),イットリウム(Y),チタン(Ti),鉄(Fe),亜鉛(Zr),ハフニウム(Hf),バナジウム(V),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム(Cr),モリブデン(Mo),タングステン(W),銅(Cu),銀(Ag),金(Au),アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)等から1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることが例示される。なかでも、Ti,Feのうちのいずれか一方あるいは両方であることがより好ましい。 The transition metal element and the metal element that can be adopted as M 1 are not particularly limited. For example, specifically, scandium (Sc), yttrium (Y), titanium (Ti), iron (Fe), zinc ( Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), silver (Ag), gold ( Examples thereof include use of one kind from Au), aluminum (Al), magnesium (Mg), or the like alone or in combination of two or more kinds. Especially, it is more preferable that it is any one or both of Ti and Fe.

そして上記の第2領域を構成するリチウム遷移金属酸化物は、必ずしもこれに制限されるものではないが、例えば、式(I)中のMn,Ni,Co,Mを、添加元素としてのSi,GeおよびPのいずれか1種で置換した組成とすることができる。上述のように、第2領域において添加元素の濃度は変化されるため、その化学組成を一般式で示すことは省略する。 The lithium transition metal oxide constituting the second region of the above, but are not necessarily limited to, for example, Si of Mn in the formula (I), Ni, Co, and M 1, as an additive element , Ge and P can be substituted. As described above, since the concentration of the additive element is changed in the second region, the chemical composition is not shown by a general formula.

このような活物質粒子は、典型的には粉末状態で用意することができ、非水電解液二次電池用の正極活物質として使用することができる。かかる粉末状の正極活物質の平均粒子径については、用途に応じて適宜調整することができるが、例えば、1μm以上25μm以下とすることができ、典型的には2μm以上20μm以下、例えば6μm以上15μm以下とすることが好適である。なお、本明細書において「平均粒子径」とは、一般的なレーザ回折・光散乱法に基づく体積基準の粒度分布において、累積50%に相当する粒径(D50)を意味する。したがって、活物質粒子は、一次粒子の形態で存在していても良いし、二次粒子を形成していても良い。 Such active material particles can be typically prepared in a powder state and can be used as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. The average particle size of the powdered positive electrode active material can be appropriately adjusted depending on the application, but can be, for example, 1 μm or more and 25 μm or less, and typically 2 μm or more and 20 μm or less, for example, 6 μm or more. The thickness is preferably 15 μm or less. In the present specification, the “average particle diameter” means a particle diameter (D 50 ) corresponding to a cumulative 50% in a volume-based particle size distribution based on a general laser diffraction / light scattering method. Therefore, the active material particles may exist in the form of primary particles, or may form secondary particles.

かかる正極活物質の製造方法等は厳密には制限されないものの、上記のとおり、活物質粒子の表層側の第2領域においてのみ添加元素を連続的な濃度分布で含むとの構成から、例えば、第1領域のみから構成される活物質粒子(複数の粒子の集合体、あるいは、粉末の形態であり得る。)を出発材料として用い、この活物質粒子の表面から所定の添加元素を固溶させる手法により製造することが好ましい。出発材料としての層状結晶構造を有する活物質粒子の製造手法は特に制限されない。例えば、一例として、後述の実施例に示したような、アルカリ水溶液を使用した共沈法(晶析法)により比較的高品質な活物質粒子を製造することができる。所定の添加元素を固溶させる際には、例えば、出発材料としての活物質粒子の表面に、上記添加元素を含む化合物を被覆し、例えば1100℃〜1300℃程度の温度で、0.25時間〜3時間程度加熱する比較的高温かつ短時間の熱処理により、目的の添加元素を活物質粒子の表面から中心に向けて結晶構造内に徐々に拡散させてゆくことが例示される。添加元素を含む化合物としては特に制限されないが、例えば、Si,GeおよびPの各種の塩を好適に用いることができる。具体的には、例えば、各種のケイ酸塩,ゲルマン酸塩,リン酸塩やこれらの水和物等を使用することができる。   Although the manufacturing method of the positive electrode active material and the like are not strictly limited, as described above, since the additive element is included in the continuous concentration distribution only in the second region on the surface layer side of the active material particles, for example, A method in which a predetermined additive element is solid-dissolved from the surface of the active material particles using, as a starting material, active material particles composed of only one region (which may be in the form of a plurality of particles or a powder). It is preferable to manufacture by. The production method of the active material particles having a layered crystal structure as a starting material is not particularly limited. For example, as an example, relatively high quality active material particles can be produced by a coprecipitation method (crystallization method) using an alkaline aqueous solution as shown in the examples described later. When the predetermined additive element is dissolved, for example, the surface of the active material particles as the starting material is coated with the compound containing the additive element, and the temperature is, for example, about 1100 ° C. to 1300 ° C. for 0.25 hours. It is exemplified that the target additive element is gradually diffused into the crystal structure from the surface of the active material particle toward the center by a relatively high-temperature and short-time heat treatment of heating for about 3 hours. Although it does not restrict | limit especially as a compound containing an additional element, For example, the various salts of Si, Ge, and P can be used suitably. Specifically, for example, various silicates, germanates, phosphates and hydrates thereof can be used.

ここで開示される正極活物質は、各種用途の二次電池に利用可能であるが、上記の構成から特に、ハイレートでの充放電を行う用途で使用される二次電池の正極活物質として特に好適に利用することができる。なお、ここでいうハイレートとは、5C以上の電流値での充電または放電を意味し、例えば10C以上、さらには20C以上、例えば25C以上や、30C以上、35C以上や40C以上での大電流での充放電を対象とすることができる。したがって、かかる特徴を活かして、ここで開示される正極活物質を使用した非水電解液二次電池は、例えば、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車等に搭載される車両駆動用電源として好適に利用し得る。   Although the positive electrode active material disclosed here can be used for secondary batteries for various applications, the positive electrode active material for secondary batteries used in applications for charging / discharging at a high rate, in particular, from the above configuration. It can be suitably used. Here, the high rate means charging or discharging at a current value of 5C or more, for example, a large current at 10C or more, further 20C or more, such as 25C or more, 30C or more, 35C or more, 40C or more. The charge / discharge can be targeted. Therefore, taking advantage of such characteristics, the non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material disclosed herein is, for example, as a power source for driving a vehicle mounted in a plug-in hybrid vehicle, a hybrid vehicle, an electric vehicle, etc. It can be suitably used.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をこれらの具体例で示すものに限定することを意図したものではない。   Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in these specific examples.

本試験例では、リチウムイオン二次電池の作製にあたり、まずは、下記の手順1〜3で例1〜15の正極活物質を調製した。
[手順1]
まず、酢酸ニッケルII(Ni(CHCOO))、酢酸コバルト(Co(CHCOO))および酢酸マンガン(Mn(CHCOO))を用い、Ni,Co,Mnのモル比が所定の割合(ここでは1:1:1)となるよう水に溶解させてNiCoMn水溶液を調製した。このNiCoMn水溶液を、共沈反応容器内に用意したpHが12.0(液温25℃)の水酸化ナトリウム・アンモニア含有の塩基性水溶液に、pHを維持しながら滴下し、混合することで、NiCoMnの水酸化物を晶析(共沈)させた。この晶析物をろ過し、アルカリ成分を洗浄して乾燥させることで、粒子状のNiCoMn複合水酸化物を主体とする前駆体を得た。
In this test example, in producing a lithium ion secondary battery, first, the positive electrode active materials of Examples 1 to 15 were prepared by the following procedures 1 to 3.
[Procedure 1]
First, using nickel acetate II (Ni (CH 3 COO) 2 ), cobalt acetate (Co (CH 3 COO) 2 ) and manganese acetate (Mn (CH 3 COO) 2 ), the molar ratio of Ni, Co and Mn is A NiCoMn aqueous solution was prepared by dissolving in water to a predetermined ratio (here, 1: 1: 1). By dropping this NiCoMn aqueous solution into a basic aqueous solution containing sodium hydroxide and ammonia having a pH of 12.0 (liquid temperature 25 ° C.) prepared in the coprecipitation reaction vessel while maintaining the pH, and mixing them, NiCoMn hydroxide was crystallized (co-precipitated). The crystallized product was filtered, and the alkali component was washed and dried to obtain a precursor mainly composed of particulate NiCoMn composite hydroxide.

上記前駆体中の全遷移金属(すなわち、Ni,Co,Mn)のモル数の合計をMとしたとき、このMに対するリチウムのモル比(Li/M)が1.0、となるように炭酸リチウム(LiCO)を秤量し、上記前駆体と均一に混合したのち、大気中にて、800℃で24時間焼成することで焼成物を得た。なお、ここまでが公知の共沈法によるリチウム遷移金属酸化物からなる正極活物質の製造方法に相当する。
次いで、この焼成物とメタケイ酸リチウム(LiSiO,平均粒子径1μm〜50μm)とを、焼成物に対するメタケイ酸リチウムの質量比を0.01〜0.001の範囲で幾通りかに変化させて混合し、大気中、1100℃〜1300℃,0.25h〜3hの範囲で焼成温度および焼成時間を変化させて焼成することで、平均粒子径が約5μmの粉末からなる正極活物質(例1〜8)を得た。
Carbon dioxide so that the molar ratio of lithium to M (Li / M) is 1.0, where M is the total number of moles of all transition metals (ie, Ni, Co, Mn) in the precursor. Lithium (Li 2 CO 3 ) was weighed and uniformly mixed with the precursor, and then fired at 800 ° C. for 24 hours in the air to obtain a fired product. The process so far corresponds to a method for producing a positive electrode active material made of a lithium transition metal oxide by a known coprecipitation method.
Next, the calcined product and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 , average particle size 1 μm to 50 μm) are changed in several ways within a mass ratio of lithium metasilicate to the calcined product in the range of 0.01 to 0.001. A positive electrode active material comprising a powder having an average particle size of about 5 μm by firing in the atmosphere while changing the firing temperature and firing time in the range of 1100 ° C. to 1300 ° C. and 0.25 h to 3 h. Examples 1 to 8) were obtained.

なお、上記のメタケイ酸リチウムに代えて、ゲルマン酸リチウム(LiGeO)またはリン酸リチウム(LiPO)を用いることで、平均粒子径が約5μmの粉末からなる正極活物質(例9〜10)を得た。 Note that, by using lithium germanate (Li 2 GeO 3 ) or lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) in place of the above-described lithium metasilicate, a positive electrode active material made of powder having an average particle diameter of about 5 μm (example) 9-10) were obtained.

[手順2]
上記の手順1において得られた焼成物を、そのまま粉末状の例12の正極活物質とした。この正極活物質の平均粒子径は約5μmであり、Si等の添加元素は含まない従来の一般的な正極活物質である。
[手順3]
上記の手順1において、焼成物とメタケイ酸リチウム(LiSiO)との割合を、質量比で、1:0.005(例13)および1:0.05(例14)となるように混合し、大気雰囲気中、600℃で6〜12時間焼成することで、平均粒子径が約5μmの粉末からなる正極活物質を得た。
[Procedure 2]
The fired product obtained in the above procedure 1 was directly used as the positive electrode active material of Example 12 in powder form. The average particle diameter of this positive electrode active material is about 5 μm, and is a conventional general positive electrode active material that does not contain additive elements such as Si.
[Procedure 3]
In the above procedure 1, the mass ratio of the fired product and lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) is 1: 0.005 (Example 13) and 1: 0.05 (Example 14). The positive electrode active material which consists of a powder with an average particle diameter of about 5 micrometers was obtained by mixing and baking for 6 to 12 hours at 600 degreeC in air | atmosphere.

[手順4]
手順1のNiCoMn水溶液に対し、Ni,Co,Mnの各元素の合計を100質量%としたとき、メタケイ酸リチウム(LiSiO)に含まれるSiの割合が5質量%となる量で、メタケイ酸リチウムを溶解させた。この水溶液を用い、手順1と同様にして前駆体を経て、粉末状の焼成物を得た。そしてこの焼成物を、例14の正極活物質とした。この正極活物質の平均粒子径は約5μmであり、正極活物質を構成する粒子の全体に略均一に、添加元素としてのSiが含まれるものである。
[Procedure 4]
With respect to the NiCoMn aqueous solution of Procedure 1, when the total of each element of Ni, Co, and Mn is 100% by mass, the amount of Si contained in lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ) is 5% by mass, Lithium metasilicate was dissolved. Using this aqueous solution, a powdery fired product was obtained through the precursor in the same manner as in Procedure 1. This fired product was used as the positive electrode active material of Example 14. The average particle diameter of this positive electrode active material is about 5 μm, and Si as an additive element is contained substantially uniformly throughout the particles constituting the positive electrode active material.

[手順5]
メタケイ酸ナトリウム(NaSiO)をイオン交換水に溶解させることで、2Nのメタケイ酸水溶液を用意した。そして、手順1のNiCoMn水溶液と、メタケイ酸水溶液とを、共沈反応容器内に用意したpHが12.0(液温25℃)の水酸化ナトリウム・アンモニア含有の塩基性水溶液にpHを維持しながら所定の割合で滴下し、混合することで、NiCoMnSiの水酸化物を晶析(共沈)させた。引き続き、メタケイ酸水溶液の割合を増やしながら、メタケイ酸水溶液とNiCoMn水溶液とを反応器に供給してゆくことで、先に沈殿した沈殿物の表面に、Siの濃度が漸増するように新たな沈殿物の層を形成した。メタケイ酸水溶液とNiCoMn水溶液との混合割合は、質量比で、最終的にSi:(Ni+Co+Mn)が0:100から5:100となるまで変化させた。このようにして得られた前駆体と、炭酸リチウム(LiCO)とを均一に混合したのち、大気中にて、800℃で24時間焼成することで、平均粒子径が約5μmの焼成物を得た。この焼成物を例15の正極活物質とした。
[Procedure 5]
2N metasilicate aqueous solution was prepared by dissolving sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ) in ion-exchanged water. Then, the pH is maintained in the basic aqueous solution containing sodium hydroxide / ammonia containing the NiCoMn aqueous solution of Procedure 1 and the aqueous metasilicic acid solution prepared in the coprecipitation reaction vessel and having a pH of 12.0 (liquid temperature 25 ° C.). The NiCoMnSi hydroxide was crystallized (coprecipitated) by dropping and mixing at a predetermined ratio. Subsequently, by increasing the ratio of the aqueous metasilicic acid solution and supplying the aqueous metasilicic acid solution and the NiCoMn aqueous solution to the reactor, a new precipitate is formed so that the Si concentration gradually increases on the surface of the previously precipitated precipitate. A layer of material was formed. The mixing ratio of the metasilicic acid aqueous solution and the NiCoMn aqueous solution was changed in mass ratio until the final Si: (Ni + Co + Mn) was changed from 0: 100 to 5: 100. The precursor thus obtained and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) are uniformly mixed and then calcined in the air at 800 ° C. for 24 hours, thereby calcining with an average particle diameter of about 5 μm. I got a thing. This fired product was used as the positive electrode active material of Example 15.

[活物質における添加元素の濃度分布測定]
上記で用意した例1〜15の正極活物質について、活物質を構成する粒子における添加元素の濃度分布を調べることで、添加元素の固溶状態を確認した。本実施形態では、以下の3ステップで添加元素の濃度分布を測定した。
S1:XRD分析
S2:TEM観察
S3:XPS定量分析
[Measurement of concentration distribution of additive elements in active material]
About the positive electrode active material of Examples 1-15 prepared above, the solid solution state of the additive element was confirmed by investigating the concentration distribution of the additive element in the particles constituting the active material. In this embodiment, the concentration distribution of the additive element was measured in the following three steps.
S1: XRD analysis S2: TEM observation S3: XPS quantitative analysis

(S1:XRD分析)具体的には、まず、各例の正極活物質についてX線回折(X-ray diffraction:XRD)分析を行うことにより、添加元素を添加するために用いた添加元素化合物が正極活物質中に残存しているか否かを確認する。
(S2:TEM観察)次いで、TEMを用い、各例の正極活物質の表面の電子線回折を観察し、当該正極活物質が層状型(ここでは層状岩塩型)に属する結晶構造を有するか、あるいは、添加元素を添加する際に用いた原料化合物の結晶構造を有するか、を確認する。
これらのステップから、S1において添加元素化合物が残存しておらず、S2において正極活物質を構成する粉末の結晶表面が層状構造を維持していれば、目的の添加元素が層状岩塩型の結晶構造内に固溶していると考えることができる。そして上記S1およびS2にて目的の添加元素が層状岩塩型の結晶構造内に固溶していると判断される場合は、次のS3に進む。
(S1: XRD analysis) Specifically, first, an X-ray diffraction (XRD) analysis is performed on the positive electrode active material of each example, whereby an additive element compound used for adding an additive element is obtained. It is confirmed whether or not it remains in the positive electrode active material.
(S2: TEM observation) Next, using TEM, observe the electron diffraction of the surface of the positive electrode active material of each example, and whether the positive electrode active material has a crystal structure belonging to a layered type (in this case, a layered rock salt type), Or it is confirmed whether it has the crystal structure of the raw material compound used when adding an additional element.
From these steps, if the additive element compound does not remain in S1 and the crystal surface of the powder constituting the positive electrode active material maintains a layered structure in S2, the target additive element is a layered rock salt type crystal structure. It can be considered that it is in solid solution. When it is determined in S1 and S2 that the target additive element is dissolved in the layered rock salt type crystal structure, the process proceeds to the next S3.

(S3:XPS定量分析)すなわち、S3では、XPSを用いて、各例の正極活物質の表層付近の化学組成を深さ方向で分析する。具体的には、図2に示すように、各例の正極活物質粒子について、表面から例えば500nmの領域を第2領域とし、この第2領域よりも内部側(すなわち、半径方向で表面から500nmよりも中心側)を第1領域とする。また第2領域を、さらに100nmずつの厚みの層状の領域A〜Eに表面から順に5分割する。そして、この第2領域における領域A〜Eと、第1領域とのそれぞれについて、XPS分析により添加元素(Si,GeまたはP)の濃度を測定する。深さ方向での組成分析は、正極活物質粒子の一の表面領域でのXPS分析が終わるごとに、該表面に希ガスイオンを照射して表層を厚み100nmでエッチングし、これにより露出されるより深部の領域を正極活物質の次の表面領域(新たな測定表面)とすることを繰り返すことで、実施することができる。 (S3: XPS quantitative analysis) That is, in S3, the chemical composition near the surface layer of the positive electrode active material of each example is analyzed in the depth direction using XPS. Specifically, as shown in FIG. 2, for the positive electrode active material particles of each example, a region of, for example, 500 nm from the surface is set as the second region, and the inner side of the second region (that is, 500 nm from the surface in the radial direction). (Center side) is defined as the first region. Further, the second region is further divided into five in order from the surface into layered regions A to E each having a thickness of 100 nm. Then, the concentration of the additive element (Si, Ge, or P) is measured by XPS analysis for each of the regions A to E in the second region and the first region. In the composition analysis in the depth direction, every time the XPS analysis in one surface region of the positive electrode active material particles is finished, the surface is irradiated with a rare gas ion to etch the surface layer with a thickness of 100 nm, thereby being exposed. It can be carried out by repeating the deeper region as the next surface region (new measurement surface) of the positive electrode active material.

本実施形態においても、上記S1〜S3に従って、添加元素の濃度を測定した。なお、XPS測定における希ガスイオンとしてはアルゴン(Ar)イオンを用い、添加元素(Si,GeまたはP)と、この正極活物質粒子を構成する遷移金属(Mn,Ni,Co)との相対的な量比から、添加元素の濃度を算出するようにした。具体的には、遷移金属元素の合計を100質量%とし、この遷移金属元素量を基準とした添加元素の割合を添加元素の濃度とした。その結果を下記の表2に示した。
なお、表2において、例えば例4の正極活物質は、領域A〜第1領域までの濃度が順に、領域A:5質量%、領域B:4質量%、領域C:3質量%、領域D:2質量%、領域E:1質量%、第1領域:0質量%であったことを示している。
Also in this embodiment, the concentration of the additive element was measured according to S1 to S3. In addition, argon (Ar) ion is used as a rare gas ion in the XPS measurement, and the relative relationship between the additive element (Si, Ge or P) and the transition metal (Mn, Ni, Co) constituting the positive electrode active material particle is used. The concentration of the additive element was calculated from the appropriate quantitative ratio. Specifically, the total of transition metal elements was 100% by mass, and the ratio of the additive element based on the amount of the transition metal element was taken as the concentration of the additive element. The results are shown in Table 2 below.
In Table 2, for example, in the positive electrode active material of Example 4, the concentration from region A to first region is region A: 5% by mass, region B: 4% by mass, region C: 3% by mass, region D. : 2% by mass, region E: 1% by mass, and first region: 0% by mass.

なお、上記ステップに基づき測定された各領域における添加元素の濃度(質量%)を、それぞれX(A)〜X(E)およびX(1)としたとき、これらが下式(1)および(2)を満たす場合に、当該添加元素は第2領域において「半径方向内側から外側に向かうにつれて連続的に漸増している」と判断することができる。
そこで、各例の正極活物質における添加元素濃度が、下式(1)および(2)を満たす場合を「漸増」とし、その他の場合については、式(2)満たさない場合を「急増」、式(2)は満たすが式(1)は満たさない場合を「均一」とし、いずれにも当てはまらない場合を「−」として表2の「添加元素の径方向の濃度分布」の欄に示した。
In addition, when the concentration (mass%) of the additive element in each region measured based on the above steps is X (A) to X (E) and X (1), respectively, these are the following formulas (1) and ( In the case where 2) is satisfied, it can be determined that the additive element is “continuously increasing gradually from the inner side toward the outer side” in the second region.
Therefore, the case where the additive element concentration in the positive electrode active material of each example satisfies the following expressions (1) and (2) is “gradual increase”, and in other cases, the case where the expression (2) is not satisfied is “rapid increase”, The case where the formula (2) is satisfied but the formula (1) is not satisfied is defined as “uniform”, and the case where neither is true is indicated as “−” in the column of “concentration distribution in the radial direction of the additive element” in Table 2. .

≪式(1)≫ 0=X(1)≦X(E)≦X(D)≦X(C)≦X(B)≦X(A),0<X(A)≦5
≪式(2)≫ X(A)−X(B)≦2,X(B)−X(C)≦2,X(C)−X(D)≦2,X(D)−X(E)≦2,X(E)−X(1)≦2
<< Formula (1) >> 0 = X (1) ≦ X (E) ≦ X (D) ≦ X (C) ≦ X (B) ≦ X (A), 0 <X (A) ≦ 5
<< Formula (2) >> X (A) −X (B) ≦ 2, X (B) −X (C) ≦ 2, X (C) −X (D) ≦ 2, X (D) −X (E ) ≦ 2, X (E) −X (1) ≦ 2

[リチウムイオン二次電池の構築]
上記で用意した例1〜15の正極活物質を用い、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、質量比率が90:8:2となるようにN−メチルピロリドン(NMP)と混合し、スラリー状組成物を調製した。この組成物を、幅約130mm,厚み約20μmの長尺状アルミニウム箔(正極集電体)に片側から110mmの幅で目付量が15mg/cmとなるように塗布して正極活物質層を形成した。得られた正極を乾燥およびプレスし、シート状の正極(正極シート)を作製した。
[Construction of lithium ion secondary battery]
Using the positive electrode active materials of Examples 1 to 15 prepared above, the mass ratio of acetylene black (AB) as the conductive material and polyvinylidene fluoride (PVdF) as the binder is 90: 8: 2. A slurry-like composition was prepared by mixing with N-methylpyrrolidone (NMP). This composition was applied to a long aluminum foil (positive electrode current collector) having a width of about 130 mm and a thickness of about 20 μm so as to have a width of 110 mm from one side and a basis weight of 15 mg / cm 2 to form a positive electrode active material layer. Formed. The obtained positive electrode was dried and pressed to produce a sheet-like positive electrode (positive electrode sheet).

次に、負極活物質としての鱗片状の天然黒鉛と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、質量比率が98.3:1.0:0.7となるようにイオン交換水と混合して、スラリー状組成物を調製した。この組成物を、幅約135mm,厚みおよそ10μmの長尺状銅箔(負極集電体)に目付量が15mg/cmとなるように塗布して負極活物質層を形成した。得られた負極を乾燥およびプレスし、シート状の負極(負極シート)を作製した。 Next, scaly natural graphite as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener have a mass ratio of 98.3: 1.0: A slurry-like composition was prepared by mixing with ion-exchanged water so as to be 0.7. This composition was applied to a long copper foil (negative electrode current collector) having a width of about 135 mm and a thickness of about 10 μm so that the basis weight was 15 mg / cm 2 to form a negative electrode active material layer. The obtained negative electrode was dried and pressed to prepare a sheet-like negative electrode (negative electrode sheet).

次に、上記で作製した正極シートと負極シートとを、幅120mm,厚み25μmのポリエチレン(PE)製セパレータを介して重ね合わせて捲回し、得られた捲回電極体を側面方向から押しつぶすことによって扁平形状に成形した。そして、電池ケースの蓋に一体化された正極および負極の接続端子に、かかる捲回電極体の正極集電体の端部と、負極集電体の端部とを溶接によりそれぞれ接合した。
この電極体を、幅120mm,高さ75mm,奥行き15mm,ケース厚み1mmの角型電池ケースに収容し、非水電解液を注入した。なお、非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを3:5:2の体積比率で含む混合溶媒に、電解質としてのLiPFを約1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。そして、電池ケースの開口部に蓋体を装着し、溶接して接合することによって、例1〜15のリチウムイオン二次電池を構築した。なお、本実施形態で作製したリチウムイオン二次電池の定格容量は5Ahである。
Next, the positive electrode sheet and the negative electrode sheet produced as described above are wound with being overlapped via a polyethylene (PE) separator having a width of 120 mm and a thickness of 25 μm, and the obtained wound electrode body is crushed from the side surface direction. Molded into a flat shape. And the edge part of the positive electrode collector of this winding electrode body and the edge part of a negative electrode collector were joined to the connection terminal of the positive electrode and negative electrode which were integrated with the lid | cover of the battery case, respectively.
This electrode body was accommodated in a rectangular battery case having a width of 120 mm, a height of 75 mm, a depth of 15 mm, and a case thickness of 1 mm, and a non-aqueous electrolyte was injected. As the non-aqueous electrolyte, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 3: 5: 2 is mixed with LiPF 6 as an electrolyte. Those dissolved at a concentration of 1 mol / L were used. And the lithium ion secondary battery of Examples 1-15 was constructed | assembled by attaching a cover body to the opening part of a battery case, and welding and joining. In addition, the rated capacity of the lithium ion secondary battery produced in this embodiment is 5 Ah.

[コンディショニング]用意した例1〜15のリチウムイオン二次電池に対し、まず、25℃にて、1C(5A)で4.2Vまで放電したのち5分間の休止時間を設け、3.0Vまで充電したのち5分間の休止期間を設けた。その後、1Cで4.1Vまで定電流(CC)充電したのち電流値が0.01Cとなった時点で充電を完了するCC−CV充電(4.1V,レート1C,0.01Cカット)し、1Cで3.0Vまで定電流(CC)放電したのち電流値が0.01Cとなった時点で放電を完了するCC−CV放電を行った。そして、この放電時の容量を、初期容量とした。 [Conditioning] The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 15 prepared were discharged to 4.2 V at 1 C (5 A) at 25 ° C., and then provided with a 5 minute rest period and charged to 3.0 V. A 5-minute rest period was then provided. Then, CC-CV charge (4.1V, rate 1C, 0.01C cut) that completes the charge when the current value becomes 0.01C after constant current (CC) charge to 4.1V at 1C, After a constant current (CC) discharge at 1 C to 3.0 V, CC-CV discharge was completed to complete the discharge when the current value reached 0.01 C. And the capacity | capacitance at the time of this discharge was made into the initial stage capacity | capacitance.

[電池抵抗の測定]上記コンディショニング後の例1〜15の各電池について、出力IV抵抗を測定した。すなわち、25℃にてSOC60%に調整した後、5C,10C,20Cの各レートで放電したときの放電から10秒後の電圧降下を測定した。そして測定された電圧降下量(V)を電流に対してプロットした電流−電圧直線から傾きRを算出することで、出力IV抵抗とした。得られた結果を表2に示した。 [Measurement of Battery Resistance] The output IV resistance of each battery of Examples 1 to 15 after the above conditioning was measured. That is, after adjusting to SOC 60% at 25 ° C., the voltage drop 10 seconds after the discharge when discharging at each rate of 5C, 10C, and 20C was measured. Then, an output IV resistance was obtained by calculating a slope R from a current-voltage straight line obtained by plotting the measured voltage drop (V) against current. The obtained results are shown in Table 2.

[サイクル特性の評価]上記コンディショニング後の例1〜15の各電池について、サイクル特性を評価した。すなわち、25℃にて、2C(10A)のレートで4.2V〜3.0Vの電圧範囲での充放電を1000サイクル繰り返し行い、上記の初期容量と同様にしてサイクル後容量を測定した。そして、容量維持率(%)を、初期容量に対するサイクル後の容量の割合((サイクル後の容量/初期容量)×100(%))として算出した。得られた容量維持率を表2のサイクル特性の欄に併せて示した。 [Evaluation of cycle characteristics] The cycle characteristics of the batteries of Examples 1 to 15 after the above conditioning were evaluated. That is, charge and discharge in a voltage range of 4.2 V to 3.0 V at a rate of 2C (10 A) at 25 ° C. was repeated 1000 cycles, and the post-cycle capacity was measured in the same manner as the above initial capacity. The capacity retention rate (%) was calculated as the ratio of the capacity after the cycle to the initial capacity ((capacity after the cycle / initial capacity) × 100 (%)). The obtained capacity retention ratio is also shown in the column of cycle characteristics in Table 2.

Figure 2016207316
Figure 2016207316

[評価]上記のS1〜S3による各例の正極活物質の粒子表面の結晶構造や元素濃度分布の分析結果から、添加元素を含まない例11の従来の正極活物質以外は、いずれもSi,GeまたはPの添加元素がリチウム遷移金属酸化物に固溶していることが確認できた。
図3に、例4の正極活物質粒子におけるSi元素の濃度分布を例示した。例1〜10の正極活物質粒子については、図3に示したように、第2領域における添加元素の濃度が活物質粒子の外表面から内側に行くほど連続的に少なくなる傾斜構造を有していることが確認できた。また、この添加元素の固溶による傾斜構造は、正極活物質粒子の直径に対して表面から約1/10以下の厚み(ここでは500nm以下)の層状領域(第2領域)においてみられ、それよりも中心側の領域(第1領域)における添加元素の固溶は確認されなかった。これは、手順1の製法によるものと考えられる。
[Evaluation] From the analysis results of the particle surface crystal structure and element concentration distribution of the positive electrode active material of each example according to S1 to S3 above, all of the materials other than the conventional positive electrode active material of Example 11 containing no additive element are Si, It was confirmed that the additive element of Ge or P was dissolved in the lithium transition metal oxide.
FIG. 3 illustrates the concentration distribution of Si element in the positive electrode active material particles of Example 4. As shown in FIG. 3, the positive electrode active material particles of Examples 1 to 10 have an inclined structure in which the concentration of the additive element in the second region continuously decreases from the outer surface to the inner side of the active material particle. It was confirmed that In addition, the gradient structure due to the solid solution of the additive element is observed in a layered region (second region) having a thickness of about 1/10 or less (here, 500 nm or less) from the surface with respect to the diameter of the positive electrode active material particles. Further, no solid solution of the additive element in the central region (first region) was confirmed. This is considered to be due to the production method of Procedure 1.

そして例12〜14の正極活物質は、第2領域における添加元素の濃度が均一であることが確認できた。図4に、例13の正極活物質粒子におけるSi元素の濃度分布を例示した。図4に示したように、例12および13の正極活物質は、第1領域と第2領域との界面近傍において添加元素の濃度が急激に変化していることが確認できた。一方、例14の正極活物質については、第2領域のみならず、第1領域を含む活物質粒子全体の添加元素の濃度が均一であることが確認できた。また、例15の活物質は、活物質粒子全体で添加元素の濃度が外表面から内側に行くほど連続的に少なくなる傾斜構造を有していることが確認できた。   And the positive electrode active material of Examples 12-14 has confirmed that the density | concentration of the additive element in a 2nd area | region was uniform. FIG. 4 illustrates the concentration distribution of the Si element in the positive electrode active material particles of Example 13. As shown in FIG. 4, it was confirmed that in the positive electrode active materials of Examples 12 and 13, the concentration of the additive element changed rapidly in the vicinity of the interface between the first region and the second region. On the other hand, for the positive electrode active material of Example 14, it was confirmed that the concentration of the additive element was uniform not only in the second region but also in the entire active material particles including the first region. Further, it was confirmed that the active material of Example 15 had an inclined structure in which the concentration of the additive element in the entire active material particles continuously decreased from the outer surface toward the inner side.

ここで、例4〜10の正極活物質については、最表面側の領域Aの添加元素の濃度が5質量%以下であり、従来の例11の正極活物質と比較して出力IV抵抗が大幅に低下し、電池の出力特性が向上していることが確認できた。このような効果は、添加元素がSi,Ge,Pのいずれの場合においても確認することができた。これは、活物質粒子の最表面に添加元素が存在することで、結晶構造における端部のリチウム層の幅を拡大することができ、リチウムイオンの受け入れ性が大幅に高められたためであると理解できる。なお、出力IV抵抗は、領域Aにおける添加元素の濃度が5質量%と高い場合(例4,5,9,10)に特に大幅に低減され、領域Aにおける添加元素の濃度が少なくなるほどその効果が小さくなる(例6〜8)ことがわかった。また、例4および例5の比較から、最表面の領域Aに十分に添加元素が存在し、それよりも内側の領域B〜Eでの添加元素濃度が急激に減少しなければ、領域B〜Eでの添加元素濃度が低くても出力IV抵抗に与える影響は低いものと考えられた。また、例4〜10の正極活物質については、添加元素を第2領域に部分的に含むにもかかわらず、良好なサイクル特性が維持できることが確認された。   Here, for the positive electrode active materials of Examples 4 to 10, the concentration of the additive element in the region A on the outermost surface side is 5% by mass or less, and the output IV resistance is significantly higher than that of the conventional positive electrode active material of Example 11. It was confirmed that the battery output characteristics were improved. Such an effect could be confirmed in any case where the additive element was Si, Ge, or P. It is understood that the presence of the additive element on the outermost surface of the active material particle can increase the width of the lithium layer at the end of the crystal structure and greatly improve the lithium ion acceptability. it can. The output IV resistance is particularly greatly reduced when the concentration of the additive element in the region A is as high as 5% by mass (Examples 4, 5, 9, 10), and the effect is reduced as the concentration of the additive element in the region A decreases. Was found to be small (Examples 6 to 8). Further, from the comparison between Example 4 and Example 5, if the additive element is sufficiently present in the region A on the outermost surface and the concentration of the additive element in the regions B to E on the inner side does not rapidly decrease, the region B to Even if the additive element concentration in E is low, the influence on the output IV resistance is considered to be low. Moreover, about the positive electrode active material of Examples 4-10, it was confirmed that favorable cycling characteristics can be maintained, although an additional element is partially contained in the 2nd field.

しかしながら、領域Aの添加元素の濃度が5質量%を超過している例1〜3の正極活物質については、添加元素の総添加量が少ない場合(例3)や、添加元素の濃度が緩やかに減少している場合(例1,2)であっても、例11よりも出力IR抵抗が大幅に増大してしまうことがわかった。これは、過剰な添加元素が活物質粒子の構造(結晶構造を含む)を崩し、通常のリチウムイオンの吸蔵放出を妨げてしまったことを意味するものと理解できる。なお、表面の添加元素の含有量が特に多い場合(例1)は、この添加元素が固溶状態で存在していても単に抵抗成分が増大したことと同じとなり、特に抵抗が高くなってしまうことが確認された。また、添加元素の濃度が急激に変化している場合(例3)には、添加元素の総量が少なくても、サイクル特性が著しく劣化することが確認された。これは、添加元素の濃度が急変している箇所にて活物質の体積膨張率に大きな変化が生じ、活物質の割れなどの大きな欠陥が発生したことによるものと考えられる。   However, for the positive electrode active materials of Examples 1 to 3 in which the concentration of the additive element in the region A exceeds 5% by mass, the concentration of the additive element is low when the total additive amount of the additive element is small (Example 3). It was found that the output IR resistance was significantly increased as compared with Example 11 even when the value was reduced (Examples 1 and 2). This can be understood to mean that an excessive additive element disrupts the structure (including the crystal structure) of the active material particles, preventing normal occlusion and release of lithium ions. When the content of the additive element on the surface is particularly large (Example 1), even if the additive element is present in a solid solution state, it is the same as the increase in the resistance component, and the resistance becomes particularly high. It was confirmed. In addition, when the concentration of the additive element was changing rapidly (Example 3), it was confirmed that the cycle characteristics were significantly deteriorated even when the total amount of the additive element was small. This is considered to be due to the fact that a large change in the volume expansion coefficient of the active material occurred at a location where the concentration of the additive element was suddenly changed, and a large defect such as cracking of the active material occurred.

例12および例13では、第2領域において添加元素が5質量%または3質量%と比較的少量かつ均一に含まれている。このような態様においても、結晶構造における端部のリチウム層の幅を拡大することができるため、例11と比較して出力IV抵抗は低減されている。しかしながら、領域Aよりも内側の領域A〜Eに過剰に添加元素を含むため、全体としての出力IV抵抗の低減効果は例4,5,7等と比較して抑制されてしまうことがわかった。そして例12および例13では、第2領域と第1領域との界面にて添加元素の濃度が急激に変化するため、かかる界面にて活物質層の割れや第2領域の剥離等が生じ、サイクル特性が著しく劣化することが確認された。   In Example 12 and Example 13, the additive element is contained in the second region in a relatively small amount and uniformly at 5% by mass or 3% by mass. Even in such an embodiment, the width of the lithium layer at the end in the crystal structure can be increased, and thus the output IV resistance is reduced as compared with Example 11. However, since the additional elements are excessively contained in the regions A to E inside the region A, it has been found that the effect of reducing the overall output IV resistance is suppressed as compared with Examples 4, 5, 7, and the like. . And in Example 12 and Example 13, since the concentration of the additive element changes abruptly at the interface between the second region and the first region, the active material layer cracks or the second region peels off at the interface, It was confirmed that the cycle characteristics deteriorated remarkably.

例14では、第1領域を含む活物質粒子の全体に亘って添加元素の濃度が均一に保たれている。この例14では、例13とは逆に、第2領域と第1領域との界面にて添加元素の濃度に変化がないためにサイクル特性は極めて良好であったが、活物質粒子の中心部にまで添加元素が抵抗成分として含まれるために、出力IV抵抗の低減効果は殆ど見られなかった。
なお、例15の正極活物質は、出力IV抵抗は例6〜7と同レベルまで低下しているものの、サイクル特性が著しく悪化されてしまった。例15の正極活物質は、活物質粒子の中心まで緩やかに濃度を減少させるために、例えば添加元素を固溶させる手法で製造することが不可能であった。そのため、添加元素を遷移金属と共に共沈させ、その割合を段階的に増やす方法を採用した。しかしながら、かかる製造方法によると添加元素の割合を変更する段階で結晶成長に相違が生じ、結晶界面が形成されてしまう。そしてかかる界面の存在により、サイクル特性が著しく悪化したと考えられた。
In Example 14, the concentration of the additive element is kept uniform throughout the active material particles including the first region. In Example 14, on the contrary to Example 13, the cycle characteristics were very good because the concentration of the additive element did not change at the interface between the second region and the first region. Since the additive element is included as a resistance component, almost no effect of reducing the output IV resistance was observed.
In addition, although the output IV resistance of the positive electrode active material of Example 15 was reduced to the same level as in Examples 6 to 7, the cycle characteristics were remarkably deteriorated. The positive electrode active material of Example 15 could not be produced by, for example, a technique of dissolving an additive element in order to gradually reduce the concentration to the center of the active material particles. Therefore, a method was adopted in which the additive element was coprecipitated with the transition metal and the ratio was increased stepwise. However, according to such a manufacturing method, a difference occurs in crystal growth at the stage of changing the ratio of the additive element, and a crystal interface is formed. It was considered that the cycle characteristics were significantly deteriorated by the presence of such an interface.

以上のことから、ここに開示される正極活物質によると、出力IV抵抗が低減されて、入出力特性が大幅に改善できることが確認された。また、かかる良好な入出力を繰り返しの充放電サイクル後も維持することができ、サイクル特性にも優れていることが確認された。以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   From the above, according to the positive electrode active material disclosed herein, it was confirmed that the output IV resistance was reduced and the input / output characteristics could be greatly improved. Moreover, it was confirmed that such good input / output could be maintained even after repeated charge / discharge cycles, and that the cycle characteristics were also excellent. As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

Claims (1)

非水電解質二次電池用の正極活物質であって、
層状結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物からなる活物質粒子を含み、
前記活物質粒子は、ケイ素(Si)、リン(P)およびゲルマニウム(Ge)からなる群から選択される少なくとも1種の添加元素を含むとともに、
前記活物質粒子の半径方向の中心側の領域であって、前記添加元素を実質的に含まない第1領域と、
前記第1領域の外側の領域であって、前記添加元素を含む第2領域と、
から構成されており、
前記第2領域において、前記添加元素の含有割合は、前記リチウム遷移金属酸化物における遷移金属元素の合計を100質量%としたとき、前記半径方向内側から外側に向かうにつれて、0質量%から5質量%以下の範囲で漸増している、正極活物質。
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery,
Including active material particles made of a lithium transition metal oxide having a layered crystal structure,
The active material particles include at least one additive element selected from the group consisting of silicon (Si), phosphorus (P), and germanium (Ge),
A first region in the radial direction center side of the active material particles, which does not substantially contain the additive element;
A region outside the first region, the second region containing the additive element;
Consists of
In the second region, the content ratio of the additive element is 0% by mass to 5% as it goes from the inner side to the outer side in the radial direction when the total amount of transition metal elements in the lithium transition metal oxide is 100% by mass. A positive electrode active material that gradually increases within a range of less than or equal to%.
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