JP2017004912A - Spinel lithium-manganese composite oxide and method for producing the same, and lithium ion secondary battery and electrochemical device - Google Patents

Spinel lithium-manganese composite oxide and method for producing the same, and lithium ion secondary battery and electrochemical device Download PDF

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英和 粟野
拓史 松野
Takumi Matsuno
拓史 松野
吉川 博樹
Hiroki Yoshikawa
博樹 吉川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spinel lithium-manganese composite oxide with which high charge/discharge capacitive characteristics can be obtained when the spinel lithium-manganese composite oxide is used as a positive electrode active material of an electrochemical device.SOLUTION: A spinel lithium-manganese composite oxide used as an active material of a positive electrode of an electrochemical device is characterized in that the mass ratio of fluorine ions with respect to the spinel lithium-manganese composite oxide is 500 ppm or more and 15,000 ppm or less, the fluorine ions being eluted into an eluate that is obtained by dispersing the spinel lithium-manganese composite oxide with ultra pure water, and the composition of the spinel lithium-manganese composite oxide is represented by the following general formula (1): LiMnMOF(-0.1≤x<1, 0≤z<2, 0≤a≤4)...(1) (in the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu and Zn.).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、スピネルリチウムマンガン複合酸化物及びその製造方法、並びにそのスピネルリチウムマンガン複合酸化物を用いた電気化学デバイス及びリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a spinel lithium manganese composite oxide and a method for producing the same, and an electrochemical device and a lithium ion secondary battery using the spinel lithium manganese composite oxide.

近年、モバイル端末などに代表される小型の電子機器が広く普及しており、さらなる小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。このような市場要求に対し、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。この二次電池は、小型の電子機器に限らず、自動車などに代表される大型の電子機器、家屋などに代表される電力貯蔵システムへの適用も検討されている。   In recent years, small electronic devices typified by mobile terminals and the like have become widespread, and further downsizing, weight reduction, and long life have been strongly demanded. In response to such market demands, development of secondary batteries capable of obtaining a high energy density, in particular, being small and light is underway. This secondary battery is not limited to a small electronic device, but is also considered to be applied to a large-sized electronic device represented by an automobile or the like, or an electric power storage system represented by a house.

中でも、リチウムイオン二次電池は小型かつ高容量化が行いやすく、大いに期待されている。鉛電池、ニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるからである。   Among them, lithium ion secondary batteries are highly expected because they are small and easy to increase in capacity. This is because an energy density higher than that of a lead battery or a nickel cadmium battery can be obtained.

リチウムイオン二次電池は、正極、負極、及び、セパレータと共に電解液を備えている。この正極、負極は充放電反応に関わる正極活物質、負極活物質を含んでいる。   A lithium ion secondary battery includes an electrolyte solution together with a positive electrode, a negative electrode, and a separator. The positive electrode and the negative electrode include a positive electrode active material and a negative electrode active material related to the charge / discharge reaction.

近年ではリチウムイオン二次電池の正極電極活物質として、スピネルリチウムマンガン(LiMn)が注目されている。 In recent years, spinel lithium manganese (LiMn 2 O 4 ) has attracted attention as a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries.

このLiMnは、マンガンと酸素の結合力が強く、高温になっても酸素を放出しにくく、熱安定性に優れており、高出力、大容量の二次電池電極活物質への応用に適している。また、充放電によって脱挿入可能なリチウムを、Mn原子1個当たりに0.5個含んでいるので、コバルト酸リチウムに代わる新たなリチウム二次電池の正極活物質として検討されてきた。例えば、特許文献1には、全ての一次粒子が1μm未満であり、BET比表面積が1m/g以上のリチウムマンガン酸化物が開示されており、特許文献2には、リチウムマンガン酸化物の平均粒径が5μm以上30μm以下で、且つ平均粒径に対する粒径分布幅が±20%以下である正極活物質が開示されており、特許文献3には、平均粒径0.01〜3μmの一次粒子が凝集してなる平均粒子径20〜100μmの二次粒子からなるリチウムマンガン酸化物が開示されている。 This LiMn 2 O 4 has a strong binding force between manganese and oxygen, hardly releases oxygen even at high temperatures, has excellent thermal stability, and is applied to a high-power, large-capacity secondary battery electrode active material. Suitable for Further, since 0.5 lithium contained per Mn atom can be inserted and removed by charging / discharging, it has been studied as a positive electrode active material for a new lithium secondary battery replacing lithium cobalt oxide. For example, Patent Document 1 discloses a lithium manganese oxide in which all primary particles are less than 1 μm and a BET specific surface area of 1 m 2 / g or more, and Patent Document 2 discloses an average of lithium manganese oxide. A positive electrode active material having a particle size of 5 μm or more and 30 μm or less and a particle size distribution width with respect to the average particle size of ± 20% or less is disclosed, and Patent Document 3 discloses a primary particle having an average particle size of 0.01 to 3 μm. A lithium manganese oxide composed of secondary particles having an average particle diameter of 20 to 100 μm formed by agglomerating particles is disclosed.

特許文献4には、ケイ素原子の含有量が100〜1000ppmであり、かつ、フッ素原子の含有量が300〜900ppmであるリチウムイオン二次電池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化物が開示されている。   Patent Document 4 discloses a lithium transition metal composite oxide for a lithium ion secondary battery positive electrode active material having a silicon atom content of 100 to 1000 ppm and a fluorine atom content of 300 to 900 ppm. Yes.

特許文献5で提案されているスピネルリチウムマンガン複合酸化物では、LiFとMnFを原料として、合成することが記載されている。 The spinel lithium manganese composite oxide proposed in Patent Document 5 describes that synthesis is performed using LiF and MnF 2 as raw materials.

特許文献6で提案されているスピネルリチウムマンガン複合酸化物では、合成を行う際の原料の候補としてLiFが挙げられることが記載されている。   In the spinel lithium manganese composite oxide proposed in Patent Document 6, it is described that LiF can be cited as a raw material candidate for the synthesis.

特許文献7では、リチウムフッ化物を表面層で検出すると記載されているが、電位が4.5V以上に限定されており、その含有量は特に限定されていない。   Patent Document 7 describes that lithium fluoride is detected in the surface layer, but the potential is limited to 4.5 V or more, and the content thereof is not particularly limited.

特許文献8では、TOF−SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析法)等を利用してリチウムフッ化物を表面で検出することが記載されているが、その含有量は特に限定されていない。   Patent Document 8 describes that the lithium fluoride is detected on the surface using TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry) or the like, but the content thereof is not particularly limited.

特許文献9には、フッ素化合物でコーティングされたスピネルリチウムマンガン複合酸化物が開示されている。   Patent Document 9 discloses a spinel lithium manganese composite oxide coated with a fluorine compound.

特開平9−086933号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-086933 特開平10−162826号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-162826 特開平10−172569号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-172569 特開2008−277265号公報JP 2008-277265 A 特開2012−074390号公報JP 2012-074390 A 特表2012−529752号公報Special table 2012-529752 gazette 特開2013−069442号公報JP 2013-066942 A 特許第3141858号Japanese Patent No. 3141858 特表2008−536285号公報Special table 2008-536285 gazette

従来の方法で製造されるスピネルリチウムマンガン(LiMn)、は、酸素欠損ができやすく、均一な化合物を合成するには、焼成を繰り返す方法を用いる必要がある、等で、合成には手間がかかっていた。このことを考慮すると、安価なスピネルリチウムマンガンを合成するためには、使用済みのスピネルリチウムマンガンの再生をするのが好ましい。しかしながら、再生されたスピネルリチウムマンガンを用いた場合、粉体の抵抗が上がり、十分な充放電容量が得られないという問題があった。 Spinel lithium manganese (LiMn 2 O 4 ) produced by a conventional method is prone to oxygen deficiency, and in order to synthesize a uniform compound, it is necessary to use a method of repeating firing, etc. It took time and effort. Considering this, in order to synthesize inexpensive spinel lithium manganese, it is preferable to regenerate used spinel lithium manganese. However, when the regenerated spinel lithium manganese is used, there is a problem that the resistance of the powder increases and a sufficient charge / discharge capacity cannot be obtained.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、電気化学デバイスの正極活物質として用いたときに、高い充放電容量性が得られるスピネルリチウムマンガン複合酸化物を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a spinel lithium manganese composite oxide capable of obtaining high charge / discharge capacity when used as a positive electrode active material of an electrochemical device. And

上記目的を達成するために、本発明は、電気化学デバイスの正極の活物質に用いられる、スピネルリチウムマンガン複合酸化物であって、前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンが前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上15000ppm以下であり、前記スピネルリチウムマンガンの組成が下記一般式(1):
Li1−xMn2−z4−a(−0.1≦x<1、0≦z<2、0≦a≦4)・・・(1)
(式中、MはV、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Nb、Ti、Cu、Znの群から選ばれる1種以上の金属元素を示す。)
で表わされるものであることを特徴とするスピネルリチウムマンガン複合酸化物を提供する。
To achieve the above object, the present invention provides a spinel lithium manganese composite oxide used as an active material for a positive electrode of an electrochemical device, wherein the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed in ultrapure water. Fluorine ions eluted in the liquid are in a mass ratio of 500 ppm to 15000 ppm with respect to the spinel lithium manganese composite oxide, and the composition of the spinel lithium manganese is represented by the following general formula (1):
Li 1-x Mn 2-z M z O 4-a F a (-0.1 ≦ x <1,0 ≦ z <2,0 ≦ a ≦ 4) ··· (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu, and Zn.)
The present invention provides a spinel lithium-manganese composite oxide characterized by:

このようなスピネルリチウムマンガン複合酸化物であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、リチウムイオンの脱挿入が円滑になるとともに粉体抵抗が減少し、それによりリチウムイオンを安定して適宜供給することができるので、充放電容量を高くすることができる。   With such a spinel lithium manganese composite oxide, when it is used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device, lithium ions can be smoothly inserted and removed, and powder resistance is reduced, thereby stabilizing lithium ions. Thus, the charge / discharge capacity can be increased.

このとき、前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するリチウムイオンが前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上5000ppm以下であることが好ましい。   At this time, it is preferable that the lithium ions eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water is 500 ppm or more and 5000 ppm or less in a mass ratio with respect to the spinel lithium manganese composite oxide.

超純水で分散させたときに溶出液に溶出するリチウムイオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で上記の範囲であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより効果的に高くすることができる。   If the lithium ions eluted in the eluate when dispersed with ultrapure water are in the above range in terms of the mass ratio to the spinel lithium manganese composite oxide, charge and discharge when used as the positive electrode active material of an electrochemical device The capacity can be increased more effectively.

このとき、前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するリチウムイオンと前記フッ素イオンとの質量比(フッ素イオンの質量/リチウムイオンの質量)が、0.1以上10以下であることが好ましい。   At this time, the mass ratio (the mass of fluorine ions / the mass of lithium ions) of lithium ions and fluorine ions eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water is 0.1 or more. It is preferable that it is 10 or less.

溶出するリチウムイオンとフッ素イオンとの質量比(フッ素イオンの質量/リチウムイオンの質量)が上記の範囲であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより確実に高くすることができる。   When the mass ratio of eluted lithium ions to fluorine ions (fluorine ion mass / lithium ion mass) is within the above range, the charge / discharge capacity is more reliably obtained when used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device. Can be high.

このとき、スピネルリチウムマンガン複合酸化物のX線回折測定により、2θの値が43°以上46°以下の範囲にフッ化リチウムに相当するピークが見られること、及び/又は、2θの値が23°以上26°以下の範囲にリン酸フッ化リチウムに相当するピークが見られることが好ましい。   At this time, according to the X-ray diffraction measurement of the spinel lithium manganese composite oxide, a peak corresponding to lithium fluoride is observed in the range where the value of 2θ is 43 ° to 46 ° and / or the value of 2θ is 23. It is preferable that a peak corresponding to lithium phosphate fluoride is observed in the range of from 0 ° to 26 °.

このようなX線回折パターンを有するスピネルリチウムマンガン複合酸化物であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより確実に高くすることができ、電気化学デバイスの正極活物質に好適に用いることができる。   If the spinel lithium manganese composite oxide having such an X-ray diffraction pattern is used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device, the charge / discharge capacity can be increased more reliably. It can use suitably for a positive electrode active material.

このとき、スピネルリチウムマンガン複合酸化物の平均粒子径が、0.5μm以上40.0μm以下であることが好ましい。   At this time, it is preferable that the average particle diameter of a spinel lithium manganese complex oxide is 0.5 micrometer or more and 40.0 micrometers or less.

スピネルリチウムマンガン複合酸化物の平均粒子径が上記の範囲であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより効果的に高くすることができる。   When the average particle size of the spinel lithium manganese composite oxide is in the above range, the charge / discharge capacity can be increased more effectively when used as the active material of the positive electrode of the electrochemical device.

このとき、スピネルリチウムマンガン複合酸化物のBET比表面積が0.05m/g以上5.0m/g以下であることが好ましい。 In this case, it is preferable BET specific surface area of the spinel lithium-manganese composite oxide is less than 0.05 m 2 / g or more 5.0 m 2 / g.

スピネルリチウムマンガン複合酸化物のBET比表面積が上記の範囲であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより効果的に高くすることができる。   When the BET specific surface area of the spinel lithium manganese composite oxide is in the above range, the charge / discharge capacity can be increased more effectively when used as the active material of the positive electrode of the electrochemical device.

また、本発明は、組成が下記一般式(1):
Li1−xMn2−z4−a(−0.1≦x<1、0≦z<2、0≦a≦4)・・・(1)
(式中、MはV、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Nb、Ti、Cu、Znの群から選ばれる1種以上の金属元素を示す。)
で表わされるスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造する方法であって、
組成が下記一般式(2):
Li1−yMn2−z4−b(x<y<1、0≦z<2、0≦b≦4)・・・(2)
(式中、MはV、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Nb、Ti、Cu、Znの群から選ばれる1種以上の金属元素を示す。)
で表わされるリチウムが引き抜かれたスピネルリチウムマンガン前駆体をリチウム化合物と混合して、反応させる工程を有し、
前記スピネルリチウムマンガン前駆体、又は、前記リチウム化合物として、フッ素を含むものを用いることで、製造された前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物を、超純水で分散させた際に溶出液に溶出するフッ素イオンを前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上15000ppm以下とするものとすることを特徴とするスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法を提供する。
The composition of the present invention has the following general formula (1):
Li 1-x Mn 2-z M z O 4-a F a (-0.1 ≦ x <1,0 ≦ z <2,0 ≦ a ≦ 4) ··· (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu, and Zn.)
A process for producing a spinel lithium manganese composite oxide represented by:
The composition is represented by the following general formula (2):
Li 1-y Mn 2-z M z O 4-b F b (x <y <1,0 ≦ z <2,0 ≦ b ≦ 4) ··· (2)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu, and Zn.)
A process of mixing and reacting a spinel lithium manganese precursor from which lithium represented by
Fluorine that elutes into the eluate when the spinel lithium manganese composite oxide produced is dispersed in ultrapure water by using the spinel lithium manganese precursor or the lithium compound containing fluorine. Provided is a method for producing a spinel lithium manganese composite oxide, characterized in that ions are contained in a mass ratio of 500 ppm to 15000 ppm with respect to the spinel lithium manganese composite oxide.

このような製造方法であれば、スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で所定の範囲になるスピネルリチウムマンガン複合酸化物を確実に製造することができる。   In such a manufacturing method, the spinel lithium manganese composite oxide in which the fluorine ions eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water is in a predetermined range by mass ratio to the spinel lithium manganese composite oxide. An oxide can be produced reliably.

このとき、前記スピネルリチウムマンガン前駆体が、電気化学的にリチウムが引き抜かれていることが好ましい。   At this time, it is preferable that lithium is extracted electrochemically from the spinel lithium manganese precursor.

リチウムを引き抜く方法として、このような方法を好適に用いることができる。   Such a method can be suitably used as a method for extracting lithium.

このとき、前記スピネルリチウムマンガン前駆体が、厚みが1.0mm以上で成型されてから、電気化学的にリチウムが引き抜かれていることが好ましい。   At this time, it is preferable that lithium is extracted electrochemically after the spinel lithium manganese precursor is molded with a thickness of 1.0 mm or more.

スピネルリチウムマンガン前駆体が上記の厚みで成型されていれば、ハンドリングを容易に行うことができる。   If the spinel lithium manganese precursor is molded with the above thickness, handling can be easily performed.

このとき、前記リチウム化合物は、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を含んでいることが好ましい。 At this time, the lithium compound preferably contains lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ).

スピネルリチウムマンガン前駆体と反応させるリチウム化合物として、六フッ化リン酸リチウムを含むものを用いることで、スピネルリチウムマンガン複合酸化物にフッ素を含ませることができる。   By using a lithium compound containing lithium hexafluorophosphate as a lithium compound to be reacted with the spinel lithium manganese precursor, fluorine can be contained in the spinel lithium manganese composite oxide.

このとき、前記リチウム化合物は、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)を含んでいることが好ましい。 At this time, the lithium compound preferably contains lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ).

スピネルリチウムマンガン前駆体と反応させるリチウム化合物として、四フッ化ホウ酸リチウムを含むものを用いることで、スピネルリチウムマンガン複合酸化物にフッ素を含ませることができる。   By using a lithium compound containing lithium tetrafluoroborate as the lithium compound to be reacted with the spinel lithium manganese precursor, fluorine can be contained in the spinel lithium manganese composite oxide.

このとき、前記反応させる工程が焼成する段階を含み、前記焼成する段階において、焼成温度が700℃以上900℃以下であることが好ましい。   At this time, the step of reacting includes a stage of firing, and in the stage of firing, the firing temperature is preferably 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.

スピネルリチウムマンガン前駆体とリチウム化合物とを反応させる方法として、上記の温度範囲で焼成を行う方法を好適に用いることができる。   As a method of reacting the spinel lithium manganese precursor and the lithium compound, a method of firing in the above temperature range can be suitably used.

このとき、前記反応させる工程が焼成する段階を含み、前記焼成する段階において、酸素含有雰囲気で焼成することが好ましい。   At this time, it is preferable that the reacting step includes a firing step, and in the firing step, firing is performed in an oxygen-containing atmosphere.

酸素含有雰囲気で焼成を行うことで、スピネルリチウムマンガン複合酸化物の酸素欠損を抑制することができる。   By performing firing in an oxygen-containing atmosphere, oxygen vacancies in the spinel lithium manganese composite oxide can be suppressed.

このとき、前記反応させる工程が焼成する段階を含み、前記焼成する段階において、大気雰囲気で焼成することが好ましい。   At this time, it is preferable that the reacting step includes a firing step, and in the firing step, firing is performed in an air atmosphere.

大気雰囲気で焼成を行うことで、スピネルリチウムマンガン複合酸化物の酸素欠損を防止することができ、さらに安価にスピネルリチウムマンガン複合酸化物を合成することができる。   By firing in the air atmosphere, oxygen deficiency of the spinel lithium manganese composite oxide can be prevented, and the spinel lithium manganese composite oxide can be synthesized at a lower cost.

さらに、本発明は、電気化学デバイスの負極活物質として用いたときに充放電効率が90%以下である負極活物質粒子を含有する負極活物質層を含む負極と、上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含有する正極活物質層を含む正極とを有することを特徴とする電気化学デバイスを提供する。   Furthermore, the present invention provides a negative electrode including a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles having a charge / discharge efficiency of 90% or less when used as a negative electrode active material for an electrochemical device, and the above spinel lithium manganese composite oxidation There is provided an electrochemical device comprising a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a product.

このようなこのような電気化学デバイスであれば、高い充放電容量を有するものとすることができる。   Such an electrochemical device can have a high charge / discharge capacity.

また、本発明は、組成式がSiO(0.5≦x<1.6)で表される酸化珪素を含有する負極活物質粒子を含有する負極活物質層を含む負極と、上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含有する正極活物質層を含む正極とを有することを特徴とする電気化学デバイスを提供する。 In addition, the present invention provides a negative electrode including a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles containing silicon oxide whose composition formula is represented by SiO x (0.5 ≦ x <1.6), and the above spinel There is provided an electrochemical device comprising a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a lithium manganese composite oxide.

このような電気化学デバイスであれば、高い充放電容量を有するものとすることができる。   Such an electrochemical device can have a high charge / discharge capacity.

また、本発明は、リチウムイオン二次電池の負極活物質として用いたときに充放電効率が90%以下である負極活物質粒子を含有する負極活物質層を含む負極と、上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含有する正極活物質層を含む正極とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池を提供する。   The present invention also provides a negative electrode including a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles having a charge / discharge efficiency of 90% or less when used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, and the above spinel lithium manganese A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a composite oxide is provided.

このようなリチウムイオン二次電池であれば、高い充放電容量を有するものとすることができる。   Such a lithium ion secondary battery can have a high charge / discharge capacity.

また、本発明は、組成式がSiO(0.5≦x<1.6)で表される酸化珪素を含有する負極活物質粒子を含有する負極活物質層を含む負極と、上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含有する正極活物質層を含む正極とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池を提供する。 In addition, the present invention provides a negative electrode including a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles containing silicon oxide whose composition formula is represented by SiO x (0.5 ≦ x <1.6), and the above spinel A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a lithium manganese composite oxide is provided.

このようなリチウムイオン二次電池であれば、高い充放電容量を有するものとすることができる。   Such a lithium ion secondary battery can have a high charge / discharge capacity.

以上のように、本発明のスピネルリチウムマンガン複合酸化物であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、リチウムイオンの脱挿入が円滑になるとともに粉体抵抗が減少し、それによりリチウムイオンを安定して適宜供給することができるので、充放電容量を高くすることができる。また、本発明のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法によれば、スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で所定の範囲になるスピネルリチウムマンガン複合酸化物を確実に製造することができる。さらに、本発明の電気化学デバイスであれば、高い充放電容量を有するものとすることができる。また、本発明のリチウムイオン二次電池であれば、高い充放電容量を有するものとすることができる。   As described above, when the spinel lithium manganese composite oxide of the present invention is used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device, lithium ion can be smoothly inserted and removed and the powder resistance can be reduced. Therefore, lithium ions can be supplied stably and appropriately, so that the charge / discharge capacity can be increased. Further, according to the method for producing the spinel lithium manganese composite oxide of the present invention, the fluorine ions eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water are in a mass ratio with respect to the spinel lithium manganese composite oxide. A spinel lithium manganese composite oxide having a predetermined range can be reliably produced. Furthermore, the electrochemical device of the present invention can have a high charge / discharge capacity. Moreover, if it is the lithium ion secondary battery of this invention, it can have a high charging / discharging capacity | capacitance.

実施例1のスピネルリチウムマンガン複合酸化物のX線回折パターンを示す図である。2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a spinel lithium manganese composite oxide of Example 1. FIG. 図1の領域Aを拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region A of FIG. 図1の領域Bを拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region B of FIG.

前述のように、従来の方法で製造されるスピネルリチウムマンガン(LiMn)は、酸素欠損ができやすく、均一な化合物を合成するには、焼成を繰り返す方法を用いる必要がある、等の理由により、合成には手間がかかっていたので、安価なスピネルリチウムマンガンを合成するためには、使用済みのスピネルリチウムマンガンの再生をするのが好ましい。しかしながら、電気化学デバイスの正極活物質として、再生したスピネルリチウムマンガンを用いた場合、粉体の抵抗が上がり、十分な充放電容量が得られないという問題があった。 As described above, spinel lithium manganese (LiMn 2 O 4 ) produced by a conventional method is likely to be oxygen deficient, and in order to synthesize a uniform compound, it is necessary to use a method of repeating firing, etc. For this reason, since the synthesis has been time-consuming, it is preferable to regenerate used spinel lithium manganese in order to synthesize inexpensive spinel lithium manganese. However, when the regenerated spinel lithium manganese is used as the positive electrode active material of the electrochemical device, there is a problem that the resistance of the powder is increased and a sufficient charge / discharge capacity cannot be obtained.

そこで、本発明者らは、電気化学デバイスの正極活物質として用いたときに高い充放電容量が得られるスピネルリチウムマンガン複合酸化物について鋭意検討を重ねた。その結果、スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンが前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上15000ppm以下であるようなスピネルリチウムマンガン複合酸化物であれば、リチウムが引き抜かれたスピネルリチウムマンガン複合酸化物(スピネルリチウムマンガン前駆体)の原料を用いても、電気化学デバイスの正極活物質として用いたときに、リチウムイオンの脱挿入が円滑になるとともに、粉体抵抗が減少し、それによりリチウムイオンを安定して適宜供給することができ、高い充放電容量が得られることを見出し、本発明をなすに至った。   Therefore, the present inventors have made extensive studies on a spinel lithium manganese composite oxide that can provide a high charge / discharge capacity when used as a positive electrode active material for an electrochemical device. As a result, the spinel lithium manganese composite oxide in which the fluorine ions eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed in ultrapure water is 500 ppm or more and 15000 ppm or less by mass ratio with respect to the spinel lithium manganese composite oxide. Then, even if the raw material of spinel lithium manganese composite oxide (spinel lithium manganese precursor) from which lithium is extracted is used, lithium ion can be smoothly inserted and removed when used as a positive electrode active material of an electrochemical device. At the same time, it was found that the powder resistance decreased, whereby lithium ions could be supplied stably and appropriately, and a high charge / discharge capacity could be obtained, and the present invention was made.

以下、本発明について、実施態様の一例として、詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail as an example of an embodiment, this invention is not limited to this.

まず、本発明のスピネルリチウムマンガン複合酸化物について説明する。   First, the spinel lithium manganese composite oxide of the present invention will be described.

本発明のスピネルリチウムマンガン複合酸化物は、電気化学デバイスの正極の活物質に用いられるスピネルリチウムマンガン複合酸化物であって、超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上15000ppm以下、より好ましくは1000ppm以上15000ppm以下、さらに好ましくは、1500ppm以上15000ppm以下であり、スピネルリチウムマンガンの組成が下記一般式(1):
また、本発明は、組成が下記一般式(1):
Li1−xMn2−z4−a(−0.1≦x<1、0≦z<2、0≦a≦4)・・・(1)
(式中、MはV、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Nb、Ti、Cu、Znの群から選ばれる1種以上の金属元素を示す。)
で表わされるスピネルリチウムマンガン複合酸化物である。ここで、xは0≦x<1.0であることがより好ましく、0≦x<0.8であることがさらに好ましい。また、zは0≦z<0.8であることがより好ましく、0≦z<0.4であることがさらに好ましい。
The spinel lithium manganese composite oxide of the present invention is a spinel lithium manganese composite oxide used as an active material for a positive electrode of an electrochemical device, and fluorine ions eluted in an eluate dispersed in ultrapure water are spinel lithium manganese The weight ratio with respect to the composite oxide is 500 ppm or more and 15000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or more and 15000 ppm or less, and further preferably 1500 ppm or more and 15000 ppm or less, and the composition of spinel lithium manganese is represented by the following general formula (1):
The composition of the present invention has the following general formula (1):
Li 1-x Mn 2-z M z O 4-a F a (-0.1 ≦ x <1,0 ≦ z <2,0 ≦ a ≦ 4) ··· (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu, and Zn.)
It is a spinel lithium manganese complex oxide represented by these. Here, x is more preferably 0 ≦ x <1.0, and further preferably 0 ≦ x <0.8. Further, z is more preferably 0 ≦ z <0.8, and further preferably 0 ≦ z <0.4.

このようなスピネルリチウムマンガン複合酸化物であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、リチウムイオンの脱挿入が円滑になるとともに粉体抵抗が減少し、それによりリチウムイオンを安定して適宜供給することができるので、充放電容量を高くすることができる。溶出するフッ素イオンは、複合体表面にLiFの形で含まれていると考えられる。ただし、本発明において重要なのは、フッ素イオンを上記のように溶出させた際の量が上記規定の範囲内にあることである。フッ素は母材に固溶している場合もある。なお、溶出液に溶出する各イオンの量の測定は、スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた後、固形分を濾過した溶液を用いて行うことができる。   With such a spinel lithium manganese composite oxide, when it is used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device, lithium ions can be smoothly inserted and removed, and powder resistance is reduced, thereby stabilizing lithium ions. Thus, the charge / discharge capacity can be increased. The eluted fluorine ions are considered to be contained in the form of LiF on the composite surface. However, what is important in the present invention is that the amount when fluorine ions are eluted as described above is within the specified range. Fluorine may be dissolved in the base material. The amount of each ion eluted in the eluate can be measured using a solution in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water and then the solid content is filtered.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物は、超純水で分散させた溶出液に溶出するリチウムイオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上5000ppm以下であるものであることが好ましく、600ppm以上5000ppm以下であることがより好ましく、1000ppm以上5000ppm以下であることがさらに好ましい。   The spinel lithium manganese composite oxide is preferably such that the lithium ions eluted in the eluate dispersed with ultrapure water are in a mass ratio of 500 ppm to 5000 ppm with respect to the spinel lithium manganese composite oxide, and 600 ppm or more. More preferably, it is 5000 ppm or less, and more preferably 1000 ppm or more and 5000 ppm or less.

超純水で分散させた溶出液に溶出するリチウムイオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で上記の範囲であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより効果的に高くすることができる。   If the lithium ions eluted in the eluate dispersed with ultrapure water are in the above range in terms of mass ratio to the spinel lithium manganese composite oxide, the charge / discharge capacity will be reduced when used as the active material for the positive electrode of an electrochemical device. It can be increased more effectively.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物は、超純水で分散させた溶出液に溶出するリチウムイオンとフッ素イオンとの質量比(フッ素イオンの質量/リチウムイオンの質量)が、0.1以上10以下であることが好ましく、0.5以上8以下であることがより好ましい。   In the above spinel lithium manganese composite oxide, the mass ratio of lithium ions to fluorine ions (the mass of fluorine ions / the mass of lithium ions) eluted in the eluate dispersed with ultrapure water is 0.1 or more and 10 or less. It is preferable that it is 0.5 or more and 8 or less.

溶出するリチウムイオンとフッ素イオンとの質量比(フッ素イオンの質量/リチウムイオンの質量)が上記の範囲であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより確実に高くすることができる。ここで、フッ素イオンの溶出量は、例えば、スピネルリチウムマンガン前駆体とリチウム化合物を反応させる際にフッ素を含有した電解液量を制御することで、制御できる。すなわち、フッ素が不足する場合には、電解液を足して再生し、フッ素が過剰な場合には、遠心分離等で電解液を放出させれば、フッ素イオンの溶出量を制御することができる。リチウムイオンの溶出量は、例えば、フッ素イオンの溶出量が決まれば、電解液以外のリチウム源の量、焼成温度、等で制御することができる。   When the mass ratio of eluted lithium ions to fluorine ions (fluorine ion mass / lithium ion mass) is within the above range, the charge / discharge capacity is more reliably obtained when used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device. Can be high. Here, the elution amount of fluorine ions can be controlled, for example, by controlling the amount of the electrolyte solution containing fluorine when the spinel lithium manganese precursor and the lithium compound are reacted. That is, when the fluorine is insufficient, the electrolytic solution is added and regenerated. When the fluorine is excessive, the amount of fluorine ions eluted can be controlled by discharging the electrolytic solution by centrifugation or the like. The elution amount of lithium ions can be controlled by, for example, the amount of lithium source other than the electrolyte, the firing temperature, etc., if the elution amount of fluorine ions is determined.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物は、X線回折測定により、2θの値が43°以上46°以下の範囲にフッ化リチウムに相当するピークが見られるものであることが好ましく、また、得られるフッ化リチウムに相当するピーク強度が小さいことがより好ましい。上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物はまた、X線回折測定により、2θの値が23°以上26°以下の範囲にリン酸リチウムに相当するピークが見られるものであることも好ましく、また、得られるリン酸リチウムに相当するピーク強度が小さいことがより好ましい。   The above spinel lithium manganese composite oxide preferably has a peak corresponding to lithium fluoride in the range of 2θ of 43 ° to 46 ° by X-ray diffraction measurement. More preferably, the peak intensity corresponding to lithium fluoride is small. The above spinel lithium manganese composite oxide is also preferably such that a peak corresponding to lithium phosphate is observed in the range of 2θ of 23 ° or more and 26 ° or less by X-ray diffraction measurement. More preferably, the peak intensity corresponding to the obtained lithium phosphate is small.

このようなX線回折パターンを有するスピネルリチウムマンガン複合酸化物であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより確実に高くすることができ、電気化学デバイスの正極活物質に好適に用いることができ、得られるフッ化リチウムに相当するピーク強度が検出限界程度に小さければ、充放電容量の減少を防止することができる。   If the spinel lithium manganese composite oxide having such an X-ray diffraction pattern is used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device, the charge / discharge capacity can be increased more reliably. If it can be used suitably for a positive electrode active material and the peak intensity corresponding to the obtained lithium fluoride is as small as the detection limit, a reduction in charge / discharge capacity can be prevented.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の平均粒子径(メジアン径)が、0.5μm以上40μm以下であることが好ましく、0.5μm以上20μm以下であることがより好ましい。ここで、平均粒子径の基準は体積基準である。   The average particle diameter (median diameter) of the spinel lithium manganese composite oxide is preferably 0.5 μm or more and 40 μm or less, and more preferably 0.5 μm or more and 20 μm or less. Here, the standard of the average particle diameter is a volume standard.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の平均粒子径が上記の範囲であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより効果的に高くすることができる。   When the average particle size of the spinel lithium manganese composite oxide is within the above range, the charge / discharge capacity can be increased more effectively when used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物のBET比表面積が0.05m/g以上5.0m/g以下であることが好ましく0.1m/g以上5.0m/g以下であることがより好ましく、0.1m/g以上4.0m/g以下であることがさらに好ましい。ここで、BET比表面積とは、BET法(窒素等の気体粒子を固体粒子に吸着させ、吸着した量から表面積を測定する方法)で求めた単位質量当たりの表面積を意味する。 That BET specific surface area of the spinel lithium-manganese composite oxide is less than 0.05 m 2 / g or more 5.0 m 2 / g is preferably 0.1 m 2 / g or more 5.0 m 2 / g or less more preferably, it is more preferably not more than 0.1 m 2 / g or more 4.0 m 2 / g. Here, the BET specific surface area means a surface area per unit mass determined by the BET method (a method in which gas particles such as nitrogen are adsorbed on solid particles and the surface area is measured from the adsorbed amount).

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物のBET比表面積が上記の範囲であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、充放電容量をより効果的に高くすることができる。   When the BET specific surface area of the above spinel lithium manganese composite oxide is in the above range, the charge / discharge capacity can be increased more effectively when used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device.

上記で説明したスピネルリチウムマンガン複合酸化物であれば、電気化学デバイスの正極の活物質として用いたときに、リチウムイオンの脱挿入が円滑になるとともに粉体抵抗が減少し、それによりリチウムイオンを安定して適宜供給することができるので、充放電容量を高くすることができる。   If the spinel lithium manganese composite oxide described above is used as an active material for the positive electrode of an electrochemical device, the lithium ion can be smoothly inserted and removed, and the powder resistance can be reduced. Since it can be supplied stably and appropriately, the charge / discharge capacity can be increased.

次に、本発明のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the spinel lithium manganese complex oxide of this invention is demonstrated.

本発明のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法は、組成が下記一般式(1):
Li1−xMn2−z4−a(−0.1≦x<1、0≦z<2、0≦a≦4)・・・(1)
(式中、MはV、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Nb、Ti、Cu、Znの群から選ばれる1種以上の金属元素を示す。)
で表わされるスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造する方法であって、組成が下記一般式(2):
Li1−yMn2−z4−b(x<y<1、0≦z<2、0≦b≦4)・・・(2)
(式中、MはV、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Nb、Ti、Cu、Znの群から選ばれる1種以上の金属元素を示す。)
で表わされるリチウムが引き抜かれたスピネルリチウムマンガン前駆体をリチウム化合物と混合して、反応させる工程を有し、前記スピネルリチウムマンガン前駆体、又は、前記リチウム化合物として、フッ素を含むものを用いることで、製造された前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物が、超純水で分散させた際に溶出液に溶出するフッ素イオンを前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上15000ppm以下とする方法である。ここで、xは0≦x<1.0であることがより好ましく、xは0≦x<0.8であることがより好ましい。また、yはx<y<0.8がより好ましい。さらに、zは0≦z<0.8であることがより好ましく、0≦z<0.4であることがさらに好ましい。
The method for producing the spinel lithium manganese composite oxide of the present invention has the following general formula (1):
Li 1-x Mn 2-z M z O 4-a F a (-0.1 ≦ x <1,0 ≦ z <2,0 ≦ a ≦ 4) ··· (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu, and Zn.)
In which the composition is represented by the following general formula (2):
Li 1-y Mn 2-z M z O 4-b F b (x <y <1,0 ≦ z <2,0 ≦ b ≦ 4) ··· (2)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu, and Zn.)
The spinel lithium manganese precursor from which lithium represented by the formula is extracted is mixed with a lithium compound and reacted, and the spinel lithium manganese precursor or the lithium compound containing fluorine is used. The spinel lithium manganese composite oxide produced is a method in which the fluorine ions eluted in the eluate when dispersed with ultrapure water are in a mass ratio of 500 ppm to 15000 ppm with respect to the spinel lithium manganese composite oxide. . Here, x is more preferably 0 ≦ x <1.0, and x is more preferably 0 ≦ x <0.8. Further, y is more preferably x <y <0.8. Furthermore, z is more preferably 0 ≦ z <0.8, and further preferably 0 ≦ z <0.4.

このような製造方法であれば、スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で前述の所定の範囲になるスピネルリチウムマンガン複合酸化物を確実に製造することができる。また、リチウムが引き抜かれたスピネルリチウムマンガン複合前駆体は原料として用いれば、電気化学的に使用されたスピネルリチウムマンガンを再生でき、添加するリチウム量が少なくできて、コスト競争力のあるスピネルリチウムマンガン複合酸化物が製造することができる。さらに、このような製造方法であれば、使用されるリチウム化合物の量を少なくすることができるので、安価にスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造することができる。   In such a production method, the spinel lithium in which the fluorine ions eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water is in the above-described predetermined range in terms of the mass ratio with respect to the spinel lithium manganese composite oxide. Manganese composite oxide can be produced reliably. In addition, if spinel lithium manganese composite precursor from which lithium is extracted is used as a raw material, spinel lithium manganese used electrochemically can be regenerated, the amount of lithium added can be reduced, and spinel lithium manganese is cost competitive. Composite oxides can be produced. Furthermore, with such a production method, the amount of the lithium compound used can be reduced, so that the spinel lithium manganese composite oxide can be produced at a low cost.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法において、リチウムが引き抜かれたスピネルリチウムマンガン前駆体とは、例えば、使用された充放電後の電極から有機溶媒を用いて溶かして取り出したもの、化学的にリチウムを抽出されたもの、高温での焼成によってリチウムイオンが飛散してしまった状態、充放電によって粉体またはペレットからリチウムを引き抜いた後の状態のもの、等である。リチウムが一部抜けたスピネルリチウムマンガン前駆体を用いれば、リチウムが一部残っているので、共沈体の原料を用いた場合より、スピネルリチウムマンガン複合酸化物の生成が容易であり、さらに、使用されるリチウム化合物の量が少なくできて、安価にスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造できる。スピネルリチウムマンガン前駆体Li1−yMn2−z4−bは充放電により、元の状態に戻った状態Li1−yMn2−zMzO4−b(y=0)の状態から再生しても良い。 In the method for producing the spinel lithium manganese composite oxide, the spinel lithium manganese precursor from which lithium has been extracted is, for example, one obtained by dissolving and using an organic solvent from the used electrode after charge and discharge, The lithium is extracted, the state in which lithium ions are scattered by baking at a high temperature, the state after lithium is extracted from the powder or pellets by charging and discharging, and the like. If a spinel lithium manganese precursor from which lithium is partially removed is used, since some lithium remains, it is easier to produce a spinel lithium manganese composite oxide than when a coprecipitate raw material is used. The amount of the lithium compound used can be reduced, and the spinel lithium manganese composite oxide can be produced at a low cost. Spinel lithium manganese precursor Li 1-y Mn 2-z M z O 4-b F b by charge and discharge, the state returns to the original state Li 1-y Mn 2-z MzO 4-b F b (y = Playback may be started from the state 0).

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法において、スピネルリチウムマンガン前駆体が、電気化学的に(具体的には、充放電により)リチウムが引き抜かれていることが好ましい。   In the above method for producing a spinel lithium manganese composite oxide, it is preferable that lithium is extracted from the spinel lithium manganese precursor electrochemically (specifically, by charge / discharge).

リチウムを引き抜く方法として、このような方法を好適に用いることができる。これはリチウムの引き抜きが容易であるからである。また、リチウムを引き抜くことにより、正極活物質の再生に適したスピネルリチウムマンガン前駆体を製造することができる。   Such a method can be suitably used as a method for extracting lithium. This is because lithium can be easily extracted. Further, by extracting lithium, a spinel lithium manganese precursor suitable for regeneration of the positive electrode active material can be produced.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法において、スピネルリチウムマンガン前駆体が、厚みが1.0mm以上、より好ましくは5.0mm以上で成型されてから、電気化学的にリチウムが引き抜かれていることが好ましい。   In the above method for producing a spinel lithium manganese composite oxide, the spinel lithium manganese precursor is formed with a thickness of 1.0 mm or more, more preferably 5.0 mm or more, and then lithium is extracted electrochemically. It is preferable.

スピネルリチウムマンガン前駆体が上記の厚みで成型されていれば、ハンドリングを容易に行うことができる。   If the spinel lithium manganese precursor is molded with the above thickness, handling can be easily performed.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法において、用いられるリチウム化合物は、例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、酸化リチウム、シュウ酸リチウム、リン酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、等が挙げられるが、好ましくは水酸化リチウムもしくは炭酸リチウム、より好ましくは水酸化リチウムもしくは炭酸リチウムと六フッ化リン酸リチウムの混合物、又は、水酸化リチウムもしくは炭酸リチウムと四フッ化ホウ酸リチウムの混合体である。   In the above spinel lithium manganese composite oxide production method, the lithium compound used is, for example, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium oxide, lithium oxalate, lithium phosphate, lithium hexafluorophosphate, boron tetrafluoride. Lithium oxide or lithium carbonate, preferably lithium hydroxide or a mixture of lithium carbonate and lithium hexafluorophosphate, or lithium hydroxide or lithium carbonate and boron tetrafluoride. It is a mixture of lithium acid.

水酸化リチウム、炭酸リチウムは、工業的に容易に入手できて、反応性に富み、安価であるので特に好ましい。また、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム電解液に電解質として含まれている良好なリチウム伝導体であり、優れた充放電容量を得るための理想的なリチウム化合物である。   Lithium hydroxide and lithium carbonate are particularly preferable because they are easily available industrially, have high reactivity, and are inexpensive. Moreover, it is a good lithium conductor contained as an electrolyte in lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate electrolytes, and is an ideal lithium compound for obtaining an excellent charge / discharge capacity.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法において、反応させる工程が、焼成する段階を含み、焼成する段階において、焼成温度が700℃以上900℃以下であることが好ましく、750℃以上850℃以下であることがより好ましい。   In the method for producing the spinel lithium manganese composite oxide, the step of reacting includes a stage of firing, and in the stage of firing, the firing temperature is preferably 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, and preferably 750 ° C. or higher and 850 ° C. or lower. It is more preferable that

スピネルリチウムマンガン前駆体とリチウム化合物とを反応させる方法として、上記の温度範囲で焼成を行う方法を好適に用いることができる。また、焼成時間は1時間以上50時間以下が好ましく、2時間以上15時間以下がより好ましく、2時間以上8時間以下がさらに好ましい。さらに、焼成の前に仮焼工程を入れるのが好ましく、仮焼温度は150℃以上450℃以下であることが好ましく、200℃以上300℃以下であることがより好ましく、仮焼時間は30分以上5時間以下であることが好ましく、2時間以上5時間以下であることがより好ましい。   As a method of reacting the spinel lithium manganese precursor and the lithium compound, a method of firing in the above temperature range can be suitably used. The firing time is preferably 1 hour to 50 hours, more preferably 2 hours to 15 hours, and further preferably 2 hours to 8 hours. Furthermore, it is preferable to perform a calcining step before firing, the calcining temperature is preferably 150 ° C. or higher and 450 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and the calcining time is 30 minutes. It is preferably 5 hours or less and more preferably 2 hours or more and 5 hours or less.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法において、焼成を大気雰囲気又は酸素含有雰囲気で行うことが好ましい。ここで、酸素含有雰囲気とは、酸素ガスを10%以上含んでいる雰囲気を意味する。このように酸素を多く含む雰囲気で焼成を行うことにより、スピネルリチウムマンガン複合酸化物の酸素欠損を防ぐことができる。酸素含有雰囲気として、例えば、酸素30%と窒素70%の混合ガスとすることができる。特に、大気雰囲気で焼成を行えば、さらに安価にスピネルリチウムマンガン複合酸化物を合成することができる。   In the method for producing the spinel lithium manganese composite oxide, it is preferable to perform the firing in an air atmosphere or an oxygen-containing atmosphere. Here, the oxygen-containing atmosphere means an atmosphere containing 10% or more of oxygen gas. By performing firing in an atmosphere containing a large amount of oxygen in this manner, oxygen deficiency in the spinel lithium manganese composite oxide can be prevented. As the oxygen-containing atmosphere, for example, a mixed gas of 30% oxygen and 70% nitrogen can be used. In particular, if firing is performed in an air atmosphere, a spinel lithium manganese composite oxide can be synthesized at a lower cost.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法において、スピネルリチウムマンガン前駆体とともに、他のリチウム含有化合物を併用して、焼成することもできる。このリチウム含有化合物は、例えば、リチウムと遷移金属元素からなる複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素を有するリン酸化合物があげられる。これらのリチウム含有化合物の中でも、ニッケル、鉄、マンガン、コバルトの少なくとも1種以上を有する化合物が好ましい。これらの化学式として、例えば、LiM1O、又は、LiM2POで表される。式中、M1、M2は少なくとも1種以上の遷移金属元素を示しており、c、dの値は電池充放電状態によって異なる値を示すが、一般的に0.05≦c≦1.1、0.05≦d≦1.1で示される。リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、等が挙げられ、リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO)、又は、リチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1−eMnPO(0<e<1))、等が挙げられる。これは高い電池容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。 In the manufacturing method of said spinel lithium manganese complex oxide, it can also calcinate together with another lithium containing compound with a spinel lithium manganese precursor. Examples of the lithium-containing compound include a composite oxide composed of lithium and a transition metal element, or a phosphate compound having lithium and a transition metal element. Among these lithium-containing compounds, compounds having at least one of nickel, iron, manganese, and cobalt are preferable. These chemical formulas are represented by, for example, Li c M1O 2 or Li d M2PO 4 . In the formula, M1 and M2 represent at least one or more transition metal elements, and the values of c and d vary depending on the battery charge / discharge state, but generally 0.05 ≦ c ≦ 1.1, 0.05 ≦ d ≦ 1.1. Examples of the composite oxide having lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li c CoO 2 ) and lithium nickel composite oxide (Li c NiO 2 ). Examples of the phosphoric acid compound having the bets, for example, lithium-iron phosphate compound (Li d FePO 4), or lithium-iron-manganese phosphate compound (Li d Fe 1-e Mn e PO 4 (0 <e <1)) , Etc. This is because a high battery capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法において、スピネルリチウムマンガン前駆体をリチウム化合物と混合して、反応させる際に、焼成以外の方法を用いてもよいし、焼成と他の方法と併用してもよい。例えば、反応させる際に、水熱処理を施す、焼成回数を増やす、ペレット成型を行い焼成する、等を行ってもよい。   In the above method for producing a spinel lithium manganese composite oxide, when a spinel lithium manganese precursor is mixed with a lithium compound and reacted, a method other than firing may be used, or firing and other methods may be used in combination. May be. For example, when the reaction is performed, hydrothermal treatment may be performed, the number of firings may be increased, pellet molding may be performed, and firing may be performed.

上記で説明したスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法によれば、スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で前述の所定の範囲になるスピネルリチウムマンガン複合酸化物を確実に製造することができる。   According to the method for producing the spinel lithium manganese composite oxide described above, the fluorine ions eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water are described above in a mass ratio with respect to the spinel lithium manganese composite oxide. Thus, a spinel lithium manganese composite oxide having a predetermined range can be reliably produced.

上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物は、各種の電気化学デバイス(例えば、電池、センサ、電解槽等)の正極活物質として利用することができる。ここで、「電気化学デバイス」とは、電流を流す極板材料を含むデバイス、すなわち、電気エネルギーを取り出し可能なデバイス一般を指す用語であって、電解槽、一次電池、及び、二次電池を含む概念である。また、「二次電池」とは、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する概念である。上記のリチウム複合酸化物は、特に、リチウムイオン二次電池、電解槽の電極材として好適である。電解槽の形状はどのような形状でもよく、電流を流す極板材料を含んでいればよい。リチウムイオン二次電池の形状は、コイン、ボタン、シート、シリンダー、角型のいずれにも適用できる。なお、本発明のスピネルリチウムマンガン複合酸化物が適用されるリチウムイオン二次電池の用途は、特に制限されないが、例えばノートパソコン、ラップトップパソコン、ポケットワープロ、携帯電話、コードレス電話機、ポータブルCD、ラジオなどの電子機器、自動車、電動車両、ゲーム機器などの民生用電子機器などが挙げられる。   Said spinel lithium manganese complex oxide can be utilized as a positive electrode active material of various electrochemical devices (for example, a battery, a sensor, an electrolytic cell, etc.). Here, the term “electrochemical device” refers to a device including an electrode plate material through which an electric current flows, that is, a device that can extract electric energy in general, and includes an electrolytic cell, a primary battery, and a secondary battery. It is a concept that includes. The “secondary battery” is a concept including so-called storage batteries such as lithium ion secondary batteries, nickel hydride batteries, nickel cadmium batteries, and power storage elements such as electric double layer capacitors. The lithium composite oxide is particularly suitable as an electrode material for lithium ion secondary batteries and electrolytic cells. The shape of the electrolytic cell may be any shape as long as it contains an electrode plate material that allows current to flow. The shape of the lithium ion secondary battery can be applied to any of coins, buttons, sheets, cylinders, and square shapes. The use of the lithium ion secondary battery to which the spinel lithium manganese composite oxide of the present invention is applied is not particularly limited. For example, a notebook computer, a laptop computer, a pocket word processor, a mobile phone, a cordless phone, a portable CD, a radio Electronic devices such as automobiles, electric vehicles, and consumer electronic devices such as game machines.

以下、上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物が適用される電気化学デバイス、リチウムイオン二次電池の構成要素について説明する。   Hereinafter, components of an electrochemical device and a lithium ion secondary battery to which the above spinel lithium manganese composite oxide is applied will be described.

[正極活物質層]
正極活物質層は、本発明のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を50〜100質量%含むものとすることができる。また、リチウムイオンの吸蔵放出可能な正極活物質のいずれか1種又は2種以上を含んでおり、設計に応じて結着剤、導電助剤、分散剤などの他の材料を含んでいてもよい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer can contain 50 to 100% by mass of the spinel lithium manganese composite oxide of the present invention. Further, it contains any one or more of positive electrode active materials capable of occluding and releasing lithium ions, and may contain other materials such as binders, conductive assistants, and dispersants depending on the design. Good.

[正極]
正極は、例えば、集電体の両面または片面に正極活物質層を有している。集電体は、例えば、アルミニウムなどの導電性材により形成されているものでも良い。
[Positive electrode]
The positive electrode has, for example, a positive electrode active material layer on both sides or one side of the current collector. The current collector may be formed of a conductive material such as aluminum, for example.

[負極活物質層]
負極活物質は、一般式SiO(0.5≦x<1.6)で表される酸化珪素のいずれか、又はこれらのうち2以上の混合物とすることが好ましい。負極活物質層は、上記の負極活物質を含んでおり、設計に応じて結着剤、導電助剤、分散剤などの他の材料を含んでいてもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material is preferably any one of silicon oxides represented by the general formula SiO x (0.5 ≦ x <1.6), or a mixture of two or more thereof. The negative electrode active material layer contains the above negative electrode active material, and may contain other materials such as a binder, a conductive additive, and a dispersant depending on the design.

[負極]
負極は、上記した正極と同様の構成を有し、例えば、集電体の片面もしくは両面に負極活物質層を有している。この負極は、リチウム複合酸化物活物質剤から得られる電気容量(電池として充電容量)に対して、負極充電容量が大きくなる事が好ましい。負極上でのリチウム金属の析出を抑制するためである。
[Negative electrode]
The negative electrode has the same configuration as the positive electrode described above, and has, for example, a negative electrode active material layer on one side or both sides of a current collector. It is preferable that the negative electrode has a larger negative electrode charge capacity than the electric capacity (charge capacity as a battery) obtained from the lithium composite oxide active material agent. This is for suppressing the deposition of lithium metal on the negative electrode.

[結着材]
結着剤として、例えば高分子材料、合成ゴムなどのいずれか1種類以上を用いることができる。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリアクリル酸、あるいはポリアクリル酸リチウム、カルボキシメチルセルロース等である。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、エチレンプロピレンジエン等である。
[Binder]
As the binder, for example, any one or more of a polymer material and a synthetic rubber can be used. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride, polyimide, polyamideimide, aramid, polyacrylic acid, lithium polyacrylate, and carboxymethylcellulose. The synthetic rubber is, for example, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, ethylene propylene diene, or the like.

[導電助剤]
リチウム複合酸化物導電助剤、負極導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、ケチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のいずれか1種以上を用いることができる。
[Conductive aid]
As the lithium composite oxide conductive auxiliary agent and the negative electrode conductive auxiliary agent, for example, any one or more of carbon materials such as carbon black, acetylene black, graphite, ketjen black, carbon nanotube, and carbon nanofiber can be used. .

[電解液]
活物質層の少なくとも一部、またはセパレータには液状の電解質(電解液)が含浸されている。この電解液は、溶媒中に電解質塩が溶解されており、添加剤など他の材料を含んでいても良い。溶媒は、例えば非水溶媒が挙げられる。非水溶媒として、例えば次の材料が挙げられる。炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、1,2−ジメトキシエタンあるいはテトラヒドロフランである。その中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルのうちの少なくとも1種以上が望ましい。より良い特性が得られるからである。またこの場合、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの高粘度溶媒と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒を組み合わせるとより優位な特性を得ることができる。電解質塩の解離性やイオン移動度が向上するためである。
[Electrolyte]
At least a part of the active material layer or the separator is impregnated with a liquid electrolyte (electrolytic solution). This electrolytic solution has an electrolyte salt dissolved in a solvent, and may contain other materials such as additives. Examples of the solvent include non-aqueous solvents. Examples of the non-aqueous solvent include the following materials. Ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane or tetrahydrofuran. Among these, at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate is desirable. This is because better characteristics can be obtained. In this case, more advantageous characteristics can be obtained by combining a high viscosity solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate and a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate. This is because the dissociation property and ion mobility of the electrolyte salt are improved.

特に溶媒としてハロゲン化鎖状炭酸エステルまたはハロゲン化環状炭酸エステルのうち少なくとも1種を含んでいることが望ましい。充放電時、特に充電時において負極活物質表面に安定な被膜が形成されるからである。ハロゲン化鎖状炭酸エステルは、ハロゲンを構成元素として有する(少なくとも1つの水素がハロゲンにより置換された)鎖状炭酸エステルである。ハロゲン化環状炭酸エステルは、ハロゲンを構成元素として有する(少なくとも1つの水素がハロゲンにより置換された)環状炭酸エステルである。   In particular, the solvent preferably contains at least one of a halogenated chain carbonate or a halogenated cyclic carbonate. This is because a stable film is formed on the surface of the negative electrode active material during charging / discharging, particularly during charging. The halogenated chain carbonate is a chain carbonate having halogen as a constituent element (at least one hydrogen is replaced by a halogen). The halogenated cyclic carbonate is a cyclic carbonate having halogen as a constituent element (at least one hydrogen is replaced by halogen).

ハロゲンの種類は特に限定されないが、フッ素がより好ましい。他のハロゲンよりも良質な被膜を形成するからである。またハロゲン数は、多いほど望ましく、これは得られる被膜がより安定的であり、電解液の分解反応が低減されるからである。ハロゲン化鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。ハロゲン化環状炭酸エステルとしては、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。   The type of halogen is not particularly limited, but fluorine is more preferable. This is because a film having a higher quality than other halogens is formed. Further, the larger the number of halogens, the more desirable, because the resulting coating is more stable and the decomposition reaction of the electrolyte is reduced. Examples of the halogenated chain carbonate include fluoromethyl methyl carbonate and difluoromethyl methyl carbonate. Examples of the halogenated cyclic carbonate include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one.

溶媒添加物として、不飽和炭素結合環状炭酸エステルを含んでいることが好ましい。充放電時に負極表面に安定な被膜が形成され、電解液の分解反応が抑制できるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとして、例えば炭酸ビニレンまたは炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。また、溶媒添加物として、スルトン(環状スルホン酸エステル)を含んでいることも好ましい。電池の化学的安定性が向上するからである。スルトンとしては、例えば、プロパンスルトン、プロペンスルトンが挙げられる。   The solvent additive preferably contains an unsaturated carbon bond cyclic carbonate. This is because a stable film is formed on the surface of the negative electrode during charging and discharging, and the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed. Examples of the unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate include vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate. Moreover, it is also preferable that sultone (cyclic sulfonate ester) is included as a solvent additive. This is because the chemical stability of the battery is improved. Examples of sultone include propane sultone and propene sultone.

さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。酸無水物としては、例えば、プロパンジスルホン酸無水物が挙げられる。   Furthermore, it is preferable that the solvent contains an acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved. Examples of the acid anhydride include propanedisulfonic acid anhydride.

電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種類以上含むことができる。リチウム塩として、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)等が挙げられる。電解質塩の含有量は、溶媒に対して0.5mol/kg以上、2.5mol/kg以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。 The electrolyte salt can contain, for example, any one or more of light metal salts such as lithium salts. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ). The content of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol / kg or more and 2.5 mol / kg or less with respect to the solvent. This is because high ionic conductivity is obtained.

[集電体]
電極の集電体は、構成されたリチウムイオン二次電池、電気化学デバイスにおいて化学変化を起こさない電子伝導体であれば特に制限されるものではないが、例えばステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、アルミニウムやステンレス鋼の表面をカーボン、ニッケル、銅、チタンまたは銀で表面処理したものが用いられ、負極にはステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面をカーボン、ニッケル、チタンまたは銀などで処理したもの、Al−Cd合金などが用いられる。
[Current collector]
The current collector of the electrode is not particularly limited as long as it is an electronic conductor that does not cause a chemical change in the configured lithium ion secondary battery and electrochemical device, but for example, stainless steel, nickel, aluminum, titanium, The surface of calcined carbon, aluminum or stainless steel is surface-treated with carbon, nickel, copper, titanium or silver. The negative electrode is made of copper, in addition to stainless steel, nickel, copper, titanium, aluminum, calcined carbon, etc. Or a surface of stainless steel treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like, or an Al—Cd alloy is used.

[セパレータ]
セパレータは、正極と負極を隔離し、両極接触に伴う電流短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータは、例えば、合成樹脂、あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、2種以上の多孔質膜が積層された積層構造を有しても良い。合成樹脂として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。
[Separator]
The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass through while preventing current short-circuiting due to both-pole contact. This separator is formed of, for example, a porous film made of synthetic resin or ceramic, and may have a laminated structure in which two or more kinds of porous films are laminated. Examples of the synthetic resin include polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene.

次に、本発明の電気化学デバイスについて説明する。   Next, the electrochemical device of the present invention will be described.

本発明の電気化学デバイスは、電気化学デバイスの負極活物質として用いたときに充放電効率が90%以下である負極活物質粒子を含有する負極活物質層と負極集電体とからなる負極と、上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含む正極活物質層と正極集電体とからなる正極とを有する電気化学デバイスである。また、本発明の電気化学デバイスは、組成式がSiO(0.5≦x<1.6)で表される酸化珪素を含有する負極活物質粒子を含有する負極活物質層と負極集電体とからなる負極と、上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含む正極活物質層と正極集電体とからなる正極を有する電気化学デバイスであってもよい。なお、上記の負極及び正極は、集電体を含まない構成としてもよい。 The electrochemical device of the present invention comprises a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles having a charge / discharge efficiency of 90% or less when used as a negative electrode active material of an electrochemical device, and a negative electrode current collector, An electrochemical device comprising a positive electrode active material layer containing the above spinel lithium manganese composite oxide and a positive electrode comprising a positive electrode current collector. The electrochemical device of the present invention includes a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles containing silicon oxide represented by a composition formula of SiO x (0.5 ≦ x <1.6) and a negative electrode current collector. It may be an electrochemical device having a negative electrode composed of a body, a positive electrode composed of a positive electrode active material layer containing the above spinel lithium manganese composite oxide, and a positive electrode current collector. Note that the negative electrode and the positive electrode may not include a current collector.

このような電気化学デバイスであれば、高い充放電容量を有するものとすることができる。   Such an electrochemical device can have a high charge / discharge capacity.

なお、再生したスピネルリチウムマンガン複合酸化物は、粉体抵抗が増加する傾向にあり、粉体抵抗が増加すると充放電効率が減少するので、充放電効率が90%以下である負極活物質粒子を用いた場合に、正極と負極の充放電効率のバランスの点で良く、安定した充放電電流が得られ、好ましい。   Note that the regenerated spinel lithium manganese composite oxide tends to increase the powder resistance. When the powder resistance increases, the charge / discharge efficiency decreases. Therefore, the negative electrode active material particles having a charge / discharge efficiency of 90% or less are used. When used, it is sufficient in terms of the balance between the charge and discharge efficiency of the positive electrode and the negative electrode, and a stable charge and discharge current is obtained, which is preferable.

次に、本発明のリチウム二次電池について説明する。   Next, the lithium secondary battery of the present invention will be described.

本発明のリチウム二次電池は、リチウムイオン二次電池の負極活物質として用いたときに充放電効率が90%以下である負極活物質粒子を含有する負極活物質層と負極集電体とからなる負極と、上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含む正極活物質層と正極集電体とからなる正極と、を有するリチウムイオン二次電池である。また、本発明のリチウム二次電池は、組成式がSiO(0.5≦x<1.6)で表される酸化珪素を含有する負極活物質粒子を含有する負極活物質層と、負極集電体とからなる負極と、上記のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含む正極活物質層と正極集電体とからなる正極と、を有するリチウムイオン二次電池であってもよい。なお、上記の負極及び正極は、集電体を含まない構成としてもよい。 The lithium secondary battery of the present invention comprises a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles having a charge / discharge efficiency of 90% or less when used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, and a negative electrode current collector. And a positive electrode composed of a positive electrode active material layer containing the above spinel lithium manganese composite oxide and a positive electrode current collector. Further, the lithium secondary battery of the present invention includes a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles containing silicon oxide represented by a composition formula of SiO x (0.5 ≦ x <1.6), and a negative electrode It may be a lithium ion secondary battery having a negative electrode comprising a current collector, and a positive electrode comprising a positive electrode active material layer containing the above spinel lithium manganese composite oxide and a positive electrode current collector. Note that the negative electrode and the positive electrode may not include a current collector.

このようなリチウム二次電池であれば、高い充放電容量を有するものとすることができる。   Such a lithium secondary battery can have a high charge / discharge capacity.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.

(実施例1−4)
ペレット成型したLiMnから一定電流で50%までリチウムを引き抜いたLi0.5Mnを、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を電解質とした電解液を含んだまま、乾燥し、軽く粉砕した粉末に水酸化リチウム(LiOH・HO)をLi/Mnの当量比が0.55/1.00になるようにして混合した。この混合物を大気中で焼成した後、冷却し、細かく粉砕した。次いで、目開き75μmの篩で分級し、フッ化リチウムに相当するピークを有するLiMn4−aの組成をもつスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造した。ただし、焼成条件は、実施例1では800℃2時間、実施例2では750℃4時間、実施例3では750℃3時間、実施例4では800℃3時間とした。実施例1で得られた粉体についてX線回折測定を行った。得られたX線回折パターンを図1に示す。図1の領域Aの拡大図を図2に示し、図1の領域Bの拡大図を図3に示す。図3から実施例1で得られたスピネルリチウムマンガン複合酸化物において、2θの値が43°以上46°以下の範囲にフッ化リチウムに相当するピーク(図3中の印を付けたピーク)が見られることが確認され、図2から実施例1で得られたスピネルリチウムマンガン複合酸化物において、2θの値が23°以上26°以下の範囲にフッ化リチウムに相当するピーク(図2中の印を付けたピーク)が見られることが確認された。実施例2−4についても実施例1と同様にしてX線回折測定を行い、フッ化リチウムに相当するピークが見られることが確認された。
(Example 1-4)
Li 0.5 Mn 2 O 4 obtained by extracting lithium from pellet-molded LiMn 2 O 4 to 50% at a constant current is dried while containing an electrolytic solution containing lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) as an electrolyte. Then, lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) was mixed with the lightly pulverized powder so that the equivalent ratio of Li / Mn was 0.55 / 1.00. The mixture was fired in the air, then cooled and finely pulverized. Then classified with a sieve having a mesh opening 75 [mu] m, to prepare a spinel lithium-manganese composite oxide having the composition LiMn 2 O 4-a F a having a peak corresponding to lithium fluoride. However, the firing conditions were 800 ° C. for 2 hours in Example 1, 750 ° C. for 4 hours in Example 2, 750 ° C. for 3 hours in Example 3, and 800 ° C. for 3 hours in Example 4. The powder obtained in Example 1 was subjected to X-ray diffraction measurement. The obtained X-ray diffraction pattern is shown in FIG. An enlarged view of region A in FIG. 1 is shown in FIG. 2, and an enlarged view of region B in FIG. 1 is shown in FIG. In the spinel lithium manganese composite oxide obtained in Example 1 from FIG. 3, the peak corresponding to lithium fluoride (peak marked in FIG. 3) is in the range of 2θ of 43 ° to 46 °. In the spinel lithium manganese composite oxide obtained in Example 1 from FIG. 2, it was confirmed that a peak corresponding to lithium fluoride in the range of 2θ of 23 ° or more and 26 ° or less (in FIG. 2) It was confirmed that a marked peak) was observed. For Example 2-4, X-ray diffraction measurement was performed in the same manner as in Example 1, and it was confirmed that a peak corresponding to lithium fluoride was observed.

(実施例5−8)
ペレット成型したLiMnから一定電流で50%までリチウムを引き抜いたLi0.5Mnを、DMC(ジメチルカーボネート)で洗浄して、濾過乾燥し、軽く粉砕した粉末に炭酸リチウム(LiCO)と六フッ化リン酸リチウム(LiPF、添加した総リチウムの5%)をLi/Mnの当量比が0.55/1.00になるようにして混合した。この混合物を酸素30%と窒素70%の混合ガス中で焼成した後、冷却し、細かく粉砕した。次いで、目開き75μmの篩で分級し、LiMn4−aの組成をもつスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造した。ただし、焼成条件は、実施例5では820℃4時間、実施例6では770℃2時間、実施例7では750℃6時間、実施例8では780℃3時間とした。実施例5−8についても実施例1と同様にしてX線回折測定を行い、フッ化リチウムに相当するピークを有することが見られることが確認された。
(Example 5-8)
Li 0.5 Mn 2 O 4 obtained by extracting lithium from pellet-molded LiMn 2 O 4 to 50% at a constant current was washed with DMC (dimethyl carbonate), filtered, dried, and lightly pulverized into lithium carbonate ( Li 2 CO 3 ) and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 , 5% of the total lithium added) were mixed so that the equivalent ratio of Li / Mn was 0.55 / 1.00. The mixture was fired in a mixed gas of 30% oxygen and 70% nitrogen, cooled, and finely pulverized. Then classified with a sieve having a mesh opening 75 [mu] m, to prepare a spinel lithium-manganese composite oxide having the composition LiMn 2 O 4-a F a . However, the firing conditions were 820 ° C. for 4 hours in Example 5, 770 ° C. for 2 hours in Example 6, 750 ° C. for 6 hours in Example 7, and 780 ° C. for 3 hours in Example 8. Also in Example 5-8, X-ray diffraction measurement was performed in the same manner as in Example 1, and it was confirmed that the sample had a peak corresponding to lithium fluoride.

(実施例9−11)
ペレット成型したLiMnから一定電流で50%までリチウムを引き抜いたLi0.5Mnを、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を電解質とした電解液を含んだまま、乾燥し、軽く粉砕した粉末に水酸化リチウム(LiOH・HO)と四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF、添加した総リチウムの5%)をLi/Mnの当量比が0.55/1.00になるようにして混合した。この混合物を大気中で焼成した後、冷却し、細かく粉砕した。次いで、目開き75μmの篩で分級し、LiMn4−aの組成をもつスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造した。ただし、焼成条件は、実施例9では750℃7時間、実施例10では770℃0.5時間、実施例11では780℃1時間とした。実施例9−11についても実施例1と同様にしてX線回折測定を行い、フッ化リチウムに相当するピークが見られることが確認された。
(Example 9-11)
Li 0.5 Mn 2 O 4 obtained by extracting lithium from pellet-molded LiMn 2 O 4 to 50% at a constant current is dried while containing an electrolyte containing lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte. Then, lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 , 5% of the total lithium added) were added to the lightly pulverized powder so that the equivalent ratio of Li / Mn was 0.55 / 1. It was mixed so that it might become 00. The mixture was fired in the air, then cooled and finely pulverized. Then classified with a sieve having a mesh opening 75 [mu] m, to prepare a spinel lithium-manganese composite oxide having the composition LiMn 2 O 4-a F a . However, the firing conditions were 750 ° C. for 7 hours in Example 9, 770 ° C. for 0.5 hour in Example 10, and 780 ° C. for 1 hour in Example 11. For Example 9-11, X-ray diffraction measurement was performed in the same manner as in Example 1, and it was confirmed that a peak corresponding to lithium fluoride was observed.

(実施例12)
電解液を四フッ化ホウ酸リチウムを含んだものとした以外は実施例9と同条件でLiMn4−aの組成をもつスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造した。実施例12についても実施例1と同様にしてX線回折測定を行い、フッ化リチウムに相当するピークが見られることが確認された。
(Example 12)
A spinel lithium manganese composite oxide having a composition of LiMn 2 O 4 -a Fa was produced under the same conditions as in Example 9 except that the electrolytic solution contained lithium tetrafluoroborate. Also in Example 12, X-ray diffraction measurement was performed in the same manner as in Example 1, and it was confirmed that a peak corresponding to lithium fluoride was observed.

(比較例1−5)
ペレット成型したLiMnから一定電流で50%までリチウムを引き抜いたLi0.5Mnを、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を電解質とした電解液を含んだまま、乾燥し、軽く粉砕した粉末に水酸化リチウム(LiOH・HO)をLi/Mnの当量比が0.55/1.00になるようにして混合した。この混合物を大気中で焼成した後、冷却し、細かく粉砕した。次いで、目開き75μmの篩で分級し、LiMn4−aの組成をもつスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造した。ただし、焼成条件は、比較例1では730℃5時間、比較例2では850℃5時間、比較例3〜5では780℃5時間とした。比較例1、5については実施例1と同様にしてX線回折測定を行ったところ、フッ化リチウムに相当するピークが見られた。比較例2〜4については実施例1と同様にしてX線回折測定を行ったが、フッ化リチウムに相当するピークは見られなかった。
(Comparative Example 1-5)
Li 0.5 Mn 2 O 4 obtained by extracting lithium from pellet-molded LiMn 2 O 4 to 50% at a constant current is dried while containing an electrolyte containing lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte. Then, lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) was mixed with the lightly pulverized powder so that the equivalent ratio of Li / Mn was 0.55 / 1.00. The mixture was fired in the air, then cooled and finely pulverized. Then classified with a sieve having a mesh opening 75 [mu] m, to prepare a spinel lithium-manganese composite oxide having the composition LiMn 2 O 4-a F a . However, the firing conditions were 730 ° C. for 5 hours in Comparative Example 1, 850 ° C. for 5 hours in Comparative Example 2, and 780 ° C. for 5 hours in Comparative Examples 3-5. In Comparative Examples 1 and 5, when X-ray diffraction measurement was performed in the same manner as in Example 1, a peak corresponding to lithium fluoride was observed. About Comparative Examples 2-4, the X-ray-diffraction measurement was performed like Example 1, but the peak corresponded to lithium fluoride was not seen.

(平均粒子径(メジアン径)の測定)
実施例1−11、比較例1−5のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の粒度分布の測定は、イオン交換水を分散媒とし、マイクロトラックMK−II(SRA)(LEED&NORTHRUP、レーザー散乱光検出型)を用いて行った。
なお、粒度分布の測定における分散剤、環流量、超音波出力を以下に示す。
分散剤 :10%ヘキサメタリン酸ソーダ水溶液2ml
環流量 :40ml/sec
超音波出力 :40W 60秒
平均粒子径の測定結果を表1に示す。
(Measurement of average particle diameter (median diameter))
The measurement of the particle size distribution of the spinel lithium manganese composite oxide of Example 1-11 and Comparative Example 1-5 was performed using ion-exchanged water as a dispersion medium and Microtrac MK-II (SRA) (LEED & NORTHHRUP, laser scattered light detection type). It was performed using.
In addition, the dispersing agent, ring flow rate, and ultrasonic output in the measurement of particle size distribution are shown below.
Dispersant: 2 ml of 10% sodium hexametaphosphate aqueous solution
Ring flow rate: 40 ml / sec
Ultrasonic output: 40 W 60 seconds Table 1 shows the measurement results of the average particle diameter.

(BET比表面積の測定)
実施例1−11、比較例1−5のスピネルリチウムマンガン複合酸化物のBET比表面積の測定は、フローソーブ2300型(島津製作所製)を用いて行った。
BET比表面積の測定結果を表1に示す。
(Measurement of BET specific surface area)
The BET specific surface areas of the spinel lithium manganese composite oxides of Example 1-11 and Comparative Example 1-5 were measured using Flowsorb 2300 type (manufactured by Shimadzu Corporation).
Table 1 shows the measurement results of the BET specific surface area.

(溶出フッ素イオンの質量の測定)
実施例1−11、比較例1−5のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンの質量をイオンクロマト法により測定し、スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比を算出した。得られた質量比を表1に示す。
(Measurement of mass of eluted fluorine ions)
The mass of the fluorine ions eluted in the eluate obtained by dispersing the spinel lithium manganese composite oxide of Example 1-11 and Comparative Example 1-5 with ultrapure water was measured by ion chromatography, and the spinel lithium manganese composite oxide was measured. The mass ratio was calculated. The obtained mass ratio is shown in Table 1.

(溶出リチウムイオンの質量の測定)
実施例1−11、比較例1−5のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するリチウムイオンの質量を測定し、スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比をICP法(高周波誘導結合プラズマ法)により算出した。得られた質量比を表1に示す。また、このときの溶出フッ素イオンと溶出リチウムイオンの質量比(フッ素イオンの質量/リチウムイオンの質量)も表1に示す。
(Measurement of mass of eluted lithium ions)
The mass of lithium ions eluted in the eluate obtained by dispersing the spinel lithium manganese composite oxide of Example 1-11 and Comparative Example 1-5 with ultrapure water was measured, and the mass ratio with respect to the spinel lithium manganese composite oxide was determined as ICP. It was calculated by the method (high frequency inductively coupled plasma method). The obtained mass ratio is shown in Table 1. Further, Table 1 also shows the mass ratio of the eluted fluorine ions to the eluted lithium ions (the mass of fluorine ions / the mass of lithium ions).

< 電池性能試験>
(正極の作製)
上記のように製造した実施例1−11、比較例1−5のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を用いて、正極を作製した。製造したスピネルリチウムマンガン複合酸化物88質量%、黒鉛粉末4.0質量%、及び、ポリフッ化ビニリデン8.0質量%を混合して正極材とし、これをN−メチル−2−ピロリジノン(以下、NMPと称する)に分散させて混練ペーストを調製した。該混練ペーストをアルミ箔(集電体)に塗布したのち乾燥し、プレスして直径15mmの円盤に打ち抜いて正極板を得た。
<Battery performance test>
(Preparation of positive electrode)
A positive electrode was produced using the spinel lithium manganese composite oxides of Example 1-11 and Comparative Example 1-5 produced as described above. The produced spinel lithium manganese composite oxide 88% by mass, graphite powder 4.0% by mass, and polyvinylidene fluoride 8.0% by mass were mixed to obtain a positive electrode material, which was used as N-methyl-2-pyrrolidinone (hereinafter, A kneaded paste was prepared by dispersing in NMP). The kneaded paste was applied to an aluminum foil (current collector), dried, pressed and punched into a disk having a diameter of 15 mm to obtain a positive electrode plate.

(負極の作製)
次にSiO負極を作成した。SiO負極は金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した原料を反応炉へ設置し、10Paの真空度中で堆積し、十分に冷却した後、堆積物を取出しボールミルで粉砕した。粒径を調整した後、必要に応じて熱分解CVDを行うことで炭素層を得た。作成した粉末はプロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートの1:1混合溶媒(電解質塩1.3mol/kg)中で電気化学法を用いバルク改質を行った。得られた材料は必要に応じて炭酸雰囲気下で乾燥処理を行っている。続いて、負極活物質粒子と、負極結着剤の前駆体と、導電助剤1(ケッチェンブラック)と、導電助剤2(アセチレンブラック)とを80:8:10:2の乾燥重量比で混合して負極剤とし、NMPで希釈してペースト状の負極合剤スラリーとした。この場合には、ポリアミック酸の溶媒としてNMPを用いた。続いて、コーティング装置で負極集電体に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。この負極集電体としては、電解銅箔(厚さ=15μm)を用いた。最後に、真空雰囲気中で400℃、1時間焼成した。この焼成により、負極結着剤(ポリイミド)が形成された。プレスして直径16mmの円盤に打ち抜いて負極板を得た。
(Preparation of negative electrode)
Next, a SiO negative electrode was prepared. For the SiO negative electrode, a raw material in which metallic silicon and silicon dioxide were mixed was placed in a reactor, deposited in a vacuum of 10 Pa, cooled sufficiently, and the deposit was taken out and pulverized by a ball mill. After adjusting the particle diameter, a carbon layer was obtained by performing thermal decomposition CVD as necessary. The prepared powder was subjected to bulk modification using an electrochemical method in a 1: 1 mixed solvent of propylene carbonate and ethylene carbonate (electrolyte salt 1.3 mol / kg). The obtained material is subjected to a drying treatment in a carbon dioxide atmosphere as necessary. Subsequently, the negative electrode active material particles, the precursor of the negative electrode binder, the conductive additive 1 (Ketjen black), and the conductive auxiliary agent 2 (acetylene black) are in a dry weight ratio of 80: 8: 10: 2. Were mixed to obtain a negative electrode agent, and diluted with NMP to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. In this case, NMP was used as a solvent for the polyamic acid. Subsequently, the negative electrode mixture slurry was applied to the negative electrode current collector with a coating apparatus and then dried. As this negative electrode current collector, an electrolytic copper foil (thickness = 15 μm) was used. Finally, baking was performed at 400 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. By this firing, a negative electrode binder (polyimide) was formed. A negative electrode plate was obtained by pressing and punching into a disk having a diameter of 16 mm.

(コイン型非水電解質二次電池の作製)
作製した正極板及び負極版、セパレータ、取り付け金具、外部端子、及び、電解液等の各部材を使用して非水電解質二次コイン電池を製作した。このうち、電解液には、エチレンカーボネートとジジエチルカーボネートとフルオロエチレンカーボネイトの2:7:1 混練液1リットルにLiPF1モルを溶解したものを使用した。
(Production of coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery)
A non-aqueous electrolyte secondary coin battery was manufactured using each member such as the prepared positive electrode plate and negative electrode plate, separator, mounting bracket, external terminal, and electrolytic solution. Among these, as the electrolytic solution, one obtained by dissolving 1 mol of LiPF 6 in 1 liter of a 2: 7: 1 kneaded solution of ethylene carbonate, didiethyl carbonate, and fluoroethylene carbonate was used.

(正極放電容量の測定)
上記のようにして作製したコイン型リチウムイオン二次電池を0.5Cに相当する電流で定電流定電圧で4.30Vまで5時間充電し、次いで0.1Cに相当する電流で2.5Vまで放電する充放電試験を行い、正極初回放電容量(mAh/g)を測定した。測定結果を表1に示す。
(Measurement of positive electrode discharge capacity)
The coin-type lithium ion secondary battery manufactured as described above is charged at a constant current / constant voltage for 5 hours at a current corresponding to 0.5 C, and then up to 2.5 V at a current corresponding to 0.1 C. A charge / discharge test was performed to measure the initial positive electrode discharge capacity (mAh / g). The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2017004912
Figure 2017004912

表1からわかるように、超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上15000ppm以下である実施例1−12のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を用いて作製された非水電解質二次コイン電池では、超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンがスピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm未満、又は、15000ppmより大きい比較例1−5のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を用いて作製された非水電解質二次コイン電池と比較して高い放電容量が得られている。   As can be seen from Table 1, the spinel lithium manganese composite oxide of Example 1-12 in which the fluorine ions eluted in the eluate dispersed with ultrapure water are in a mass ratio of 500 ppm to 15000 ppm with respect to the spinel lithium manganese composite oxide. In the non-aqueous electrolyte secondary coin battery manufactured using the above, a comparative example in which the fluorine ions eluted in the eluate dispersed with ultrapure water are less than 500 ppm or more than 15000 ppm in terms of mass ratio to the spinel lithium manganese composite oxide Compared with a non-aqueous electrolyte secondary coin battery manufactured using 1-5 spinel lithium manganese composite oxide, a high discharge capacity is obtained.

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、本発明の特許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 substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

Claims (18)

電気化学デバイスの正極の活物質に用いられる、スピネルリチウムマンガン複合酸化物であって、
前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するフッ素イオンが前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上15000ppm以下であり、
前記スピネルリチウムマンガンの組成が下記一般式(1):
Li1−xMn2−z4−a(−0.1≦x<1、0≦z<2、0≦a≦4)・・・(1)
(式中、MはV、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Nb、Ti、Cu、Znの群から選ばれる1種以上の金属元素を示す。)
で表わされるものであることを特徴とするスピネルリチウムマンガン複合酸化物。
A spinel lithium manganese composite oxide used as an active material for a positive electrode of an electrochemical device,
Fluorine ions eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water are in a mass ratio of 500 ppm to 15000 ppm with respect to the spinel lithium manganese composite oxide,
The composition of the spinel lithium manganese has the following general formula (1):
Li 1-x Mn 2-z M z O 4-a F a (-0.1 ≦ x <1,0 ≦ z <2,0 ≦ a ≦ 4) ··· (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu, and Zn.)
A spinel lithium manganese composite oxide characterized by being represented by the formula:
前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するリチウムイオンが前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上5000ppm以下であることを特徴とする請求項1に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物。   2. The lithium ion eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water is 500 ppm to 5000 ppm in mass ratio with respect to the spinel lithium manganese composite oxide. Spinel lithium manganese composite oxide. 前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物を超純水で分散させた溶出液に溶出するリチウムイオンと前記フッ素イオンとの質量比(フッ素イオンの質量/リチウムイオンの質量)が、0.1以上10以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物。   The mass ratio (the mass of fluorine ions / the mass of lithium ions) of lithium ions eluted in the eluate in which the spinel lithium manganese composite oxide is dispersed with ultrapure water is 0.1 or more and 10 or less. The spinel lithium manganese composite oxide according to claim 1, wherein the spinel lithium manganese composite oxide is present. X線回折測定により、2θの値が43°以上46°以下の範囲にフッ化リチウムに相当するピークが見られること、及び/又は、2θの値が23°以上26°以下の範囲にリン酸リチウムに相当するピークが見られることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物。   According to the X-ray diffraction measurement, a peak corresponding to lithium fluoride is observed in the range of 2θ of 43 ° to 46 ° and / or phosphoric acid in the range of 2θ of 23 ° to 26 °. The peak corresponding to lithium is seen, The spinel lithium manganese composite oxide of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 平均粒子径が、0.5μm以上40.0μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物。   The spinel lithium manganese composite oxide according to any one of claims 1 to 4, wherein an average particle diameter is 0.5 µm or more and 40.0 µm or less. BET比表面積が0.05m/g以上5.0m/g以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物。 Spinel lithium manganese oxide as claimed in claim 1, a BET specific surface area is equal to or less than 0.05 m 2 / g or more 5.0 m 2 / g to any one of claims 5. 組成が下記一般式(1):
Li1−xMn2−z4−a(−0.1≦x<1、0≦z<2、0≦a≦4)・・・(1)
(式中、MはV、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Nb、Ti、Cu、Znの群から選ばれる1種以上の金属元素を示す。)
で表わされるスピネルリチウムマンガン複合酸化物を製造する方法であって、
組成が下記一般式(2):
Li1−yMn2−z4−b(x<y<1、0≦z<2、0≦b≦4)・・・(2)
(式中、MはV、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Nb、Ti、Cu、Znの群から選ばれる1種以上の金属元素を示す。)
で表わされるリチウムが引き抜かれたスピネルリチウムマンガン前駆体をリチウム化合物と混合して、反応させる工程を有し、
前記スピネルリチウムマンガン前駆体、又は、前記リチウム化合物として、フッ素を含むものを用いることで、製造された前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物を、超純水で分散させた際に溶出液に溶出するフッ素イオンを前記スピネルリチウムマンガン複合酸化物に対する質量比で500ppm以上15000ppm以下とするものとすることを特徴とするスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。
The composition is the following general formula (1):
Li 1-x Mn 2-z M z O 4-a F a (-0.1 ≦ x <1,0 ≦ z <2,0 ≦ a ≦ 4) ··· (1)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu, and Zn.)
A process for producing a spinel lithium manganese composite oxide represented by:
The composition is represented by the following general formula (2):
Li 1-y Mn 2-z M z O 4-b F b (x <y <1,0 ≦ z <2,0 ≦ b ≦ 4) ··· (2)
(In the formula, M represents one or more metal elements selected from the group consisting of V, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Nb, Ti, Cu, and Zn.)
A process of mixing and reacting a spinel lithium manganese precursor from which lithium represented by
Fluorine that elutes into the eluate when the spinel lithium manganese composite oxide produced is dispersed in ultrapure water by using the spinel lithium manganese precursor or the lithium compound containing fluorine. A method for producing a spinel lithium manganese composite oxide, characterized in that ions are contained in a mass ratio of 500 ppm to 15000 ppm with respect to the spinel lithium manganese composite oxide.
前記スピネルリチウムマンガン前駆体が、電気化学的にリチウムが引き抜かれていることを特徴とする請求項7に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。   The method for producing a spinel lithium manganese composite oxide according to claim 7, wherein lithium is extracted from the spinel lithium manganese precursor electrochemically. 前記スピネルリチウムマンガン前駆体が、厚みが1.0mm以上で成型されてから、電気化学的にリチウムが引き抜かれていることを特徴とする請求項7に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。   8. The method for producing a spinel lithium manganese composite oxide according to claim 7, wherein the spinel lithium manganese precursor is molded with a thickness of 1.0 mm or more and then lithium is electrochemically extracted. . 前記リチウム化合物は、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を含んでいることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか一項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。 10. The method for producing a spinel lithium manganese composite oxide according to claim 7, wherein the lithium compound contains lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). 11. 前記リチウム化合物は、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)を含んでいることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか一項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。 11. The method for producing a spinel lithium manganese composite oxide according to claim 7, wherein the lithium compound includes lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ). 11. 前記反応させる工程が焼成する段階を含み、
前記焼成する段階において、焼成温度が700℃以上900℃以下であることを特徴とする請求項7から請求項11のいずれか一項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。
The step of reacting includes a step of firing;
The method for producing a spinel lithium manganese composite oxide according to any one of claims 7 to 11, wherein, in the firing step, a firing temperature is 700 ° C or higher and 900 ° C or lower.
前記反応させる工程が焼成する段階を含み、
前記焼成する段階において、酸素含有雰囲気で焼成することを特徴とする請求項7から請求項12のいずれか一項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。
The step of reacting includes a step of firing;
The method for producing a spinel lithium manganese composite oxide according to any one of claims 7 to 12, wherein the firing is performed in an oxygen-containing atmosphere.
前記反応させる工程が焼成する段階を含み、
前記焼成する段階において、大気雰囲気で焼成することを特徴とする請求項7から請求項12のいずれか一項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。
The step of reacting includes a step of firing;
The method for producing a spinel lithium manganese composite oxide according to any one of claims 7 to 12, wherein the firing is performed in an air atmosphere.
電気化学デバイスの負極活物質として用いたときに充放電効率が90%以下である負極活物質粒子を含有する負極活物質層を含む負極と、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含有する正極活物質層を含む正極と
を有することを特徴とする電気化学デバイス。
A negative electrode including a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles having a charge / discharge efficiency of 90% or less when used as a negative electrode active material of an electrochemical device;
It has a positive electrode containing the positive electrode active material layer containing the spinel lithium manganese complex oxide of any one of Claims 1-6, The electrochemical device characterized by the above-mentioned.
組成式がSiO(0.5≦x<1.6)で表される酸化珪素を含有する負極活物質粒子を含有する負極活物質層を含む負極と、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含有する正極活物質層を含む正極と
を有することを特徴とする電気化学デバイス。
A negative electrode including a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles containing silicon oxide whose composition formula is represented by SiO x (0.5 ≦ x <1.6);
It has a positive electrode containing the positive electrode active material layer containing the spinel lithium manganese complex oxide of any one of Claims 1-6, The electrochemical device characterized by the above-mentioned.
リチウムイオン二次電池の負極活物質として用いたときに充放電効率が90%以下である負極活物質粒子を含有する負極活物質層を含む負極と、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含有する正極活物質層を含む正極と
を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A negative electrode including a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles having a charge / discharge efficiency of 90% or less when used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery;
It has a positive electrode containing the positive electrode active material layer containing the spinel lithium manganese complex oxide of any one of Claims 1-6, The lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned.
組成式がSiO(0.5≦x<1.6)で表される酸化珪素を含有する負極活物質粒子を含有する負極活物質層を含む負極と、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のスピネルリチウムマンガン複合酸化物を含有する正極活物質層を含む正極と
を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A negative electrode including a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles containing silicon oxide whose composition formula is represented by SiO x (0.5 ≦ x <1.6);
It has a positive electrode containing the positive electrode active material layer containing the spinel lithium manganese complex oxide of any one of Claims 1-6, The lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned.
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