JP2017045651A - Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, capable of achieving an improvement in cycle durability under high voltages such as 4.35 V while maintaining a high energy density; a positive electrode for a lithium ion secondary battery using the same; and a lithium ion secondary battery.SOLUTION: A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is represented by the following composition formula (1): LiNCoMnXO...(1) (in the composition formula (1), X represents at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al, z represents an oxygen number satisfying a valence, and x, 1-a-b-c, a, b, c, and X/(Mn+X) satisfy the relationships of 0.9≤x≤1.1, 0.75≤1-a-b-c≤0.90, 0<a≤0.10, 0.05≤b≤0.20, 0.01≤c≤0.10, and 0.1≤X/(Mn+X)≤0.8, respectively.).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、これを用いたリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode for a lithium ion secondary battery using the same, and a lithium ion secondary battery.

近年、地球温暖化に対処するために、二酸化炭素の排出量を低減することが切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)等の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵となる電動車両の電源装置に適用される二次電池の開発が盛んに行われている。このような二次電池としては、高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。一般的に、リチウムイオン二次電池は、正極活物質を含む正極用スラリーを正極集電体の表面に塗布して形成した正極と、負極活物質を含む負極用スラリーを負極集電体の表面に塗布して形成した負極と、これらの間に位置する電解質とが、電池ケースに収納された構成を有する。電動車両の電源装置に適用されるリチウムイオン二次電池は、高出力、かつ、高容量であることが求められており、これらの向上のためには、正極活物質などの選定が極めて重要である。   In recent years, in order to cope with global warming, it has been eagerly desired to reduce carbon dioxide emissions. In the automobile industry, there are high expectations for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), fuel cell vehicles (FCV), and the like. The development of secondary batteries applied to these power supply devices has been actively conducted. As such a secondary battery, a lithium ion secondary battery having high theoretical energy has attracted attention, and is currently being developed rapidly. Generally, a lithium ion secondary battery has a positive electrode formed by applying a positive electrode slurry containing a positive electrode active material to the surface of the positive electrode current collector, and a negative electrode slurry containing a negative electrode active material on the surface of the negative electrode current collector. The negative electrode formed by coating the electrode and the electrolyte positioned therebetween are housed in a battery case. Lithium ion secondary batteries applied to power supply devices for electric vehicles are required to have high output and high capacity, and selection of positive electrode active materials is extremely important for these improvements. is there.

電動車両用のリチウムイオン二次電池の正極に使用する正極活物質としては、リチウム及びマンガン等の遷移金属を含む固溶体正極活物質が知られている。特にマンガンは、資源として比較的豊富に存在することから、原料が安価で、かつ、入手し易く、環境に対する負荷も少ないため、正極活物質に好適に使用されている。このような固溶体正極活物質は、リチウムイオン二次電池の充放電を繰り返すうちに、遷移金属が電解質の液内に溶出するという問題があることが分かっている。遷移金属が溶出することにより、正極活物質の結晶構造が変化して、リチウムイオン二次電池の容量の低下が引き起こされるためである。   As a positive electrode active material used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery for an electric vehicle, a solid solution positive electrode active material containing a transition metal such as lithium and manganese is known. In particular, since manganese is relatively abundant as a resource, the raw material is inexpensive, easily available, and has a low environmental burden, and thus is suitably used as a positive electrode active material. It has been found that such a solid solution positive electrode active material has a problem that the transition metal elutes in the electrolyte liquid while charging and discharging of the lithium ion secondary battery are repeated. This is because the elution of the transition metal changes the crystal structure of the positive electrode active material, causing a reduction in the capacity of the lithium ion secondary battery.

従来、遷移金属の溶出を防止するために用いる正極活物質として、組成式:xLiMO・(1−x)LiM’O(組成式中、MはV、Mn、Fe、Co又はNi、M’はMn、Ti、Zr、Ru、Re又はPtを示し、xは0<x<1の関係を満足する。)で表される正極活物質が知られている(特許文献1参照。)。 Conventionally, as a positive electrode active material used to prevent elution of transition metals, a composition formula: xLiMO 2 · (1-x) Li 2 M′O 3 (where M is V, Mn, Fe, Co, or Ni , M ′ represents Mn, Ti, Zr, Ru, Re, or Pt, and x satisfies the relationship 0 <x <1) (see Patent Document 1). ).

米国特許出願公開第2004/0081888号明細書US Patent Application Publication No. 2004/0081888

しかしながら、特許文献1に記載された正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池であっても、遷移金属の溶出を防止する効果が十分ではないという問題点があった。   However, even the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material described in Patent Document 1 has a problem that the effect of preventing the elution of the transition metal is not sufficient.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、高いエネルギー密度を有するとともに、高いサイクル耐久性を有するリチウムイオン二次電池を実現するために、高いエネルギー密度を維持しつつ、4.35Vのような高電圧下におけるサイクル耐久性の向上を実現し得るリチウムイオン二次電池用正極活物質、これを用いたリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art. In order to realize a lithium ion secondary battery having a high energy density and a high cycle durability, the present invention maintains a high energy density and performs a cycle durability under a high voltage such as 4.35V. It is an object of the present invention to provide a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery that can improve the property, a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same.

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、正極活物質を特定の組成式で表される構成とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventor has intensively studied to achieve the above object. As a result, the inventors have found that the above object can be achieved by setting the positive electrode active material to a configuration represented by a specific composition formula, and have completed the present invention.

すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、下記の組成式(1)
Li1−a−b−cCoMn・・・(1)
(組成式(1)中、Xは、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種、zは、原子価を満足する酸素数を示し、xが、0.9≦x1.1、1−a−b−cが、0.75≦1−a−b−c≦0.90、aが、0<a≦0.10、bが、0.05≦b≦0.20、cが、0.01≦c≦0.10、X/(Mn+X)が、0.1≦X/(Mn+X)≦0.8の関係を満足する。)で表されるものである。
That is, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention has the following composition formula (1):
Li x N 1-abc Co a Mn b X c O z (1)
(In the composition formula (1), X is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al, z is the number of oxygens satisfying the valence, and x is 0.9 ≦ x1. 1, 1-abc is 0.75 ≦ 1-abc ≦ 0.90, a is 0 <a ≦ 0.10, and b is 0.05 ≦ b ≦ 0. 20, c is 0.01 ≦ c ≦ 0.10, and X / (Mn + X) satisfies the relationship 0.1 ≦ X / (Mn + X) ≦ 0.8.

また、本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、上記本発明の正極活物質を含むものである。   Moreover, the positive electrode for lithium ion secondary batteries of this invention contains the said positive electrode active material of this invention.

さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、上記本発明のリチウムイオン二次電池用正極と、リチウムイオンを吸蔵及び放出できる負極活物質を含むリチウムイオン二次電池用負極と、該リチウムイオン二次電池用正極と該リチウムイオン二次電池用負極との間に配設された非水電解質層とを備えたものである。   Furthermore, the lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, a negative electrode for a lithium ion secondary battery including a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and the lithium ion secondary battery. A non-aqueous electrolyte layer disposed between a positive electrode for a secondary battery and the negative electrode for a lithium ion secondary battery is provided.

本発明によれば、組成式(1)
Li1−a−b−cCoMn・・・(1)
(組成式(1)中、Xは、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種、zは、原子価を満足する酸素数を示し、xが、0.9≦x1.1、1−a−b−cが、0.75≦1−a−b−c≦0.90、aが、0<a≦0.10、bが、0.05≦b≦0.20、cが、0.01≦c≦0.10、X/(Mn+X)が、0.1≦X/(Mn+X)≦0.8の関係を満足する。)で表される構成とした。そのため、高いエネルギー密度を維持しつつ、4.35Vのような高電圧下におけるサイクル耐久性の向上を実現し得るリチウムイオン二次電池用正極活物質、これを用いたリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。つまり、高いエネルギー密度を有するとともに、高いサイクル耐久性を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。
According to the present invention, the composition formula (1)
Li x N 1-abc Co a Mn b X c O z (1)
(In the composition formula (1), X is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al, z is the number of oxygens satisfying the valence, and x is 0.9 ≦ x1. 1, 1-abc is 0.75 ≦ 1-abc ≦ 0.90, a is 0 <a ≦ 0.10, and b is 0.05 ≦ b ≦ 0. 20, c is 0.01 ≦ c ≦ 0.10, and X / (Mn + X) satisfies the relationship 0.1 ≦ X / (Mn + X) ≦ 0.8. Therefore, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery capable of improving cycle durability under a high voltage such as 4.35 V while maintaining a high energy density, and a positive electrode for a lithium ion secondary battery using the same In addition, a lithium ion secondary battery can be provided. That is, a lithium ion secondary battery having high energy density and high cycle durability can be provided.

図1は、若干の試験例で得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質のX線回折パターンを示すチャートである。FIG. 1 is a chart showing X-ray diffraction patterns of positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries obtained in some test examples. 図2(A)〜(D)は、図1に示したX線回折パターンに表れる各回折ピークを含む領域を拡大して示すチャートである。2A to 2D are charts showing an enlarged region including each diffraction peak appearing in the X-ray diffraction pattern shown in FIG. 図3は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池であって、扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池の外観を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an external appearance of a flat (stacked) lithium ion secondary battery, which is a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図4は、図3に示した扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池の一実施形態である、双極型でないリチウムイオン二次電池のIII−III線に沿った模式的な断面図である。4 is a schematic cross-sectional view taken along line III-III of a non-bipolar lithium ion secondary battery which is an embodiment of the flat (stacked) lithium ion secondary battery shown in FIG. is there. 図5は、若干の試験例で得られたリチウムイオン二次電池における平均電圧を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing average voltages in lithium ion secondary batteries obtained in some test examples.

以下、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質、リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。   Hereinafter, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

まず、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極活物質について詳細に説明する。本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、下記の組成式(1)
Li1−a−b−cCoMn・・・(1)
(組成式(1)中、Xは、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種、zは、原子価を満足する酸素数を示し、xが、0.9≦x≦1.1、1−a−b−cが、0.75≦1−a−b−c≦0.90、aが、0<a≦0.10、bが、0.05≦b≦0.20、cが、0.01≦c≦0.10、X/(Mn+X)が、0.1≦X/(Mn+X)≦0.8の関係を満足する。)で表されるものである。
First, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of this embodiment has the following composition formula (1):
Li x N 1-abc Co a Mn b X c O z (1)
(In the composition formula (1), X is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al, z is the number of oxygens satisfying the valence, and x is 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 1-abc is 0.75 ≦ 1-abc ≦ 0.90, a is 0 <a ≦ 0.10, b is 0.05 ≦ b ≦ 0.20, c is 0.01 ≦ c ≦ 0.10, and X / (Mn + X) satisfies the relationship 0.1 ≦ X / (Mn + X) ≦ 0.8.) is there.

このような正極活物質においては、マンガンの溶出抑制の効果が大きくなる。したがって、このような正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができる。   In such a positive electrode active material, the effect of suppressing elution of manganese is increased. Therefore, when such a positive electrode active material is used for a lithium ion secondary battery, high cycle durability can be achieved while maintaining a high energy density.

ここで、組成式(1)において、xが0.9以上1.1以下である場合には、構造の安定化が図れ、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができる。一方、xが0.9以上1.1以下でない場合には、構造の安定化が図れないか又は構造の安定化が図れても、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができない。   Here, in the composition formula (1), when x is 0.9 or more and 1.1 or less, the structure can be stabilized and a high energy density can be maintained when applied to a lithium ion secondary battery. However, high cycle durability can be achieved. On the other hand, when x is not 0.9 or more and 1.1 or less, the structure cannot be stabilized or the structure can be stabilized, but when applied to a lithium ion secondary battery, a high energy density is obtained. High cycle durability cannot be achieved while maintaining.

そして、組成式(1)において、1−a−b−cが0.75以上0.90以下である場合には、構造の安定化が図れ、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができる。一方、1−a−b−cが0.75以上0.90以下でない場合には、構造の安定化が図れないか又は構造の安定化が図れても、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができない。   In the composition formula (1), when 1-abc is 0.75 or more and 0.90 or less, the structure can be stabilized, and high when applied to a lithium ion secondary battery. High cycle durability can be achieved while maintaining the energy density. On the other hand, when 1-a-b-c is not 0.75 or more and 0.90 or less, the structure cannot be stabilized or the structure can be stabilized, but applied to a lithium ion secondary battery. In addition, high cycle durability cannot be achieved while maintaining high energy density.

また、組成式(1)において、aが0より大きく0.10以下である場合には、構造の安定化が図れ、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができる。一方、aが0より大きく0.10以下でない場合には、構造の安定化が図れないか又は構造の安定化が図れても、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができない。   Further, in the composition formula (1), when a is greater than 0 and less than or equal to 0.10, the structure can be stabilized, and when applied to a lithium ion secondary battery, while maintaining a high energy density, High cycle durability can be realized. On the other hand, if a is greater than 0 and not less than 0.10, the structure cannot be stabilized or the structure can be stabilized, but a high energy density is maintained when applied to a lithium ion secondary battery. However, high cycle durability cannot be realized.

さらに、組成式(1)において、bが0.05以上0.20以下である場合には、構造の安定化が図れ、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができる。一方、bが0.05以上0.20以下でない場合には、構造の安定化が図れないか又は構造の安定化が図れても、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができない。   Furthermore, in the composition formula (1), when b is 0.05 or more and 0.20 or less, the structure can be stabilized, and when applied to a lithium ion secondary battery, a high energy density is maintained. High cycle durability can be realized. On the other hand, when b is not 0.05 or more and 0.20 or less, the structure cannot be stabilized or the structure can be stabilized, but when applied to a lithium ion secondary battery, a high energy density is obtained. High cycle durability cannot be achieved while maintaining.

また、組成式(1)において、cが0.01以上0.10以下である場合には、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種が、マンガン溶出が抑制される程度に十分に置換でき、構造の安定化が図れ、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができる。一方、cが0.01以上0.10以下でない場合には、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種が、正極活物質中に均一に含まれにくく、構造の安定化が図れないか又は構造の安定化が図れても、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができない。   Further, in the composition formula (1), when c is 0.01 or more and 0.10 or less, manganese elution is suppressed by at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn, and Al. The structure can be sufficiently replaced, the structure can be stabilized, and when applied to a lithium ion secondary battery, high cycle durability can be achieved while maintaining high energy density. On the other hand, when c is not 0.01 or more and 0.10 or less, at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn, and Al is hardly uniformly contained in the positive electrode active material, and the structure is stable. Even if it cannot be achieved or the structure is stabilized, when applied to a lithium ion secondary battery, high cycle durability cannot be achieved while maintaining a high energy density.

さらに、組成式(1)において、X/(Mn+X)が0.1以上0.8以下である場合には、構造の安定化が図れ、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができる。一方、X/(Mn+X)が0.1以上0.8以下でない場合には、構造の安定化が図れないか又は構造の安定化が図れても、リチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現することができない。   Furthermore, in the composition formula (1), when X / (Mn + X) is 0.1 or more and 0.8 or less, the structure can be stabilized, and when applied to a lithium ion secondary battery, a high energy density is obtained. High cycle durability can be achieved while maintaining the above. On the other hand, if X / (Mn + X) is not 0.1 or more and 0.8 or less, the structure cannot be stabilized or the structure can be stabilized, but when applied to a lithium ion secondary battery, While maintaining high energy density, high cycle durability cannot be achieved.

また、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質においては、特に限定されるものではないが、組成式(1)において、(Mn+X)/Coが1より大きいことが好ましく、3以上であることがより好ましく、4以上であることがさらに好ましい。(Mn+X)/Coを1より大きくすることにより、コバルトと比較して相対的に安価なマンガンやチタン等の含有割合を大きくすることができ、低コスト化を図ることができる。また、マンガンの含有割合を大きくすることはエネルギー密度向上の観点から有利である。また、特に限定されるものではないが、(Mn+X)/Coが20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。(Mn+X)/Coを20以下とすることにより、コバルトの含有割合が極端に小さくなることがないので、正極活物質中に均一に含まれやすく、生産性を向上させることができる。また、マンガンの含有割合が大きくなると不安定化する可能性がある。さらに、特に限定されるものではないが、例えば、組成式(1)において、(Mn+X)/Coが1より大きく20以下であることが好ましく、3以上20以下であることがより好ましく、4以上10以下であることがさらに好ましい。   Further, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, but in the composition formula (1), (Mn + X) / Co is preferably greater than 1, and is 3 or more. More preferably, it is more preferably 4 or more. By making (Mn + X) / Co larger than 1, the content ratio of manganese, titanium, etc., which are relatively inexpensive compared with cobalt, can be increased, and the cost can be reduced. Also, increasing the manganese content is advantageous from the viewpoint of improving energy density. Further, although not particularly limited, (Mn + X) / Co is preferably 20 or less, and more preferably 10 or less. By setting (Mn + X) / Co to 20 or less, the content ratio of cobalt does not become extremely small, so that it is easily contained uniformly in the positive electrode active material, and productivity can be improved. Moreover, when the content rate of manganese becomes large, it may become unstable. Further, although not particularly limited, for example, in the composition formula (1), (Mn + X) / Co is preferably greater than 1 and 20 or less, more preferably 3 or more and 20 or less, and more preferably 4 or more. More preferably, it is 10 or less.

さらに、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質においては、特に限定されるものではないが、組成式(1)において、X/Mnが0.05以上2.0以下であることが好ましく、0.10以上1.0以下であることがより好ましい。X/Mnを0.05以上とすることにより、チタン等の含有割合が極端に小さくなることがないので、正極活物質中に均一に含まれやすく、生産性を向上させることができる。また、X/Mnを2.0以下とすることにより、マンガンの含有割合が極端に小さくなることがないので、正極活物質中に均一に含まれやすく、生産性を向上させることができる。また、マンガンの含有割合が大きくなると不安定化する可能性がある。   Furthermore, in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, although not particularly limited, in the composition formula (1), X / Mn may be 0.05 or more and 2.0 or less. Preferably, it is 0.10 or more and 1.0 or less. By setting X / Mn to 0.05 or more, the content ratio of titanium or the like does not become extremely small, so that it is easily contained uniformly in the positive electrode active material, and productivity can be improved. In addition, by setting X / Mn to 2.0 or less, the content ratio of manganese does not become extremely small, so that it is easily contained uniformly in the positive electrode active material, and productivity can be improved. Moreover, when the content rate of manganese becomes large, it may become unstable.

また、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質においては、X線回折(XRD)測定において、層状岩塩型(α−NaFeO)構造を示す、18−20°(003)、36−37°(101)、37−38°(006)、38−39°(012)、44−45°(104)及び64−65(108)/65−66(110)の位置に表れる回折ピークが、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種が含まれることにより、低角度側へシフトした位置に表れることが好ましい。 Moreover, in the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of this embodiment, in a X-ray diffraction (XRD) measurement, it shows a layered rock salt type (α-NaFeO 2 ) structure, 18-20 ° (003), 36- Diffraction peaks appearing at positions 37 ° (101), 37-38 ° (006), 38-39 ° (012), 44-45 ° (104) and 64-65 (108) / 65-66 (110). By including at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn, and Al, it is preferable that it appears at a position shifted to the low angle side.

なお、64−65(108)/65−66(110)の表記は、64−65と65−66に近接する2つのピークがあり、組成によっては明確に分離されずにブロードに1つのピークとなる場合も含むことを意味する。   In addition, the notation of 64-65 (108) / 65-66 (110) has two peaks close to 64-65 and 65-66. Depending on the composition, one peak is broadly separated without being clearly separated. It is meant to include.

このような正極活物質においては、回折ピークの低角度側へのシフトが、Ti、Zr、Sn、Alのうちの1種が又は任意の組み合わせに係る2種以上がマンガンと置換されていることを示すため、これにより、Mnの溶出抑制の効果をより大きくすることが可能となる。従って、このような正極活物質をリチウムイオン二次電池に適用した場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、より高いサイクル耐久性を実現することができる。   In such a positive electrode active material, the shift of the diffraction peak to the lower angle side is such that one of Ti, Zr, Sn, and Al or two or more of any combination are substituted with manganese. Thus, the effect of suppressing elution of Mn can be further increased. Therefore, when such a positive electrode active material is applied to a lithium ion secondary battery, higher cycle durability can be realized while maintaining a high energy density.

ここで、X線回折(XRD)測定における回折ピークについて図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、若干の試験例で得られたリチウムイオン二次電池用正極活物質のX線回折パターンを示すチャートである。また、図2(A)〜(D)は、図1に示したX線回折パターンに表れる各回折ピークを含む領域を拡大して示すチャートである。さらに、図1及び図2中の符号a〜eを付して示したX線回折パターンは、それぞれ試験例1(LiNi0.75Co0.1Mn0.15)、試験例2(LiNi0.75Co0.1Mn0.12Ti0.03)、試験例3(LiNi0.75Co0.1Mn0.07Ti0.08)、試験例4(LiNi0.75Co0.1Mn0.05Ti0.10)及び試験例5(LiNi0.75Co0.1Ti0.15)のものである。なお、試験例2〜試験例4は、本発明の範囲に含まれる。また、各試験例におけるリチウムイオン二次電池用正極活物質は、後述する実施例におけるリチウムイオン二次電池用正極活物質の調製と同様の操作により調製したものである。さらに、各試験例におけるリチウムイオン二次電池用正極活物質のX線回折(XRD)測定も、後述する実施例における測定と同様の操作により測定したものである。 Here, diffraction peaks in X-ray diffraction (XRD) measurement will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a chart showing X-ray diffraction patterns of positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries obtained in some test examples. FIGS. 2A to 2D are charts showing an enlarged region including each diffraction peak appearing in the X-ray diffraction pattern shown in FIG. Furthermore, the X-ray diffraction patterns indicated by reference signs a to e in FIGS. 1 and 2 are Test Example 1 (LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.15 O 2 ) and Test Example 2 ( LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.12 Ti 0.03 O 2 ), Test Example 3 (LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.07 Ti 0.08 O 2 ), Test Example 4 (LiNi 0 .75 Co 0.1 Mn 0.05 Ti 0.10 O 2 ) and Test Example 5 (LiNi 0.75 Co 0.1 Ti 0.15 O 2 ). Test examples 2 to 4 are included in the scope of the present invention. Moreover, the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries in each test example was prepared by the same operation as the preparation of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries in the examples described later. Furthermore, the X-ray diffraction (XRD) measurement of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries in each test example is also measured by the same operation as the measurement in the examples described later.

図1及び図2に示すように、符号b〜dを付して示したX線回折パターンにおける回折ピークは、X線回折(XRD)測定において、層状岩塩型(α−NaFeO)構造を示す、18−20°(003)、36−37°(101)、37−38°(006)、38−39°(012)、44−45°(104)及び64−65(108)/65−66(110)の位置に表れる回折ピーク(ここでは、符号aを付して示したX線回折パターンにおける回折ピークを適用する。)が、チタンが含まれることにより、低角度側へシフトした位置に表れている。また、図1及び図2に示すように、符号b〜dを付して示したX線回折パターンにおいては、bからc、cからdへと、チタンの含有割合が大きくなるにしたがって、符号eを付して示したX線回折パターンに近づいていくことから、マンガンがチタンにより置換されていることが分かる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the diffraction peak in X-ray diffraction pattern shown by reference numeral b~d shows the X-ray diffraction (XRD) measurement, the layered rock salt-type (alpha-NaFeO 2) Structure , 18-20 ° (003), 36-37 ° (101), 37-38 ° (006), 38-39 ° (012), 44-45 ° (104) and 64-65 (108) / 65- 66 (110) where the diffraction peak (here, the diffraction peak in the X-ray diffraction pattern indicated by symbol a is applied) is shifted to the lower angle side due to the inclusion of titanium. It appears in As shown in FIGS. 1 and 2, in the X-ray diffraction patterns indicated by reference numerals b to d, the reference numerals increase as the content ratio of titanium increases from b to c and from c to d. Since it approaches the X-ray diffraction pattern indicated by e, it can be seen that manganese is substituted by titanium.

また、図1及び図2に示すように、マンガンをチタンで置換する場合には、層状岩塩型(α−NaFeO)構造を示す回折ピークは、18−20°(003)、36−37°(101)、37−38°(006)、38−39°(012)、44−45°(104)、64−65°(108)及び64−65°(110)の位置に表れることが分かる。 As shown in FIGS. 1 and 2, when manganese is substituted with titanium, diffraction peaks indicating a layered rock salt type (α-NaFeO 2 ) structure are 18-20 ° (003), 36-37 °. (101), 37-38 ° (006), 38-39 ° (012), 44-45 ° (104), 64-65 ° (108) and 64-65 ° (110). .

さらに、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質においては、X線回折(XRD)測定において、固溶体に特徴的な、換言すれば、固溶体型構造を示す、超格子ピークが20−23°の位置に表れないことが好ましい。   Furthermore, in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the X-ray diffraction (XRD) measurement is characterized by a solid solution, in other words, a superlattice peak indicating a solid solution structure has a 20-23. It is preferable that it does not appear at the position of °.

このような正極活物質は、Ti、Zr、Sn、Alのうちの1種が又は任意の組み合わせにかかる2種以上がマンガンと確実に置換され、固溶体型構造でないことを示すため、結晶構造の安定性に優れる。従って、このような正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合に、高いエネルギー密度を維持しつつ、より高いサイクル耐久性を実現することができる。   Such a positive electrode active material shows that one of Ti, Zr, Sn, and Al or two or more of any combination thereof is surely substituted with manganese, and does not have a solid solution structure. Excellent stability. Therefore, when such a positive electrode active material is used for a lithium ion secondary battery, higher cycle durability can be achieved while maintaining a high energy density.

また、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質においては、X線回折(XRD)測定において、層状岩塩型(α−NaFeO)構造を示す、18−20°(003)、36−37°(101)、37−38°(006)、38−39°(012)、44−45°(104)及び64−65(108)/65−66(110)の位置に表れる回折ピークが、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種が含まれることにより、低角度側へシフトした位置に表れる回折ピーク以外の、例えば不純物等に由来する他の回折ピークが実質的に表れないことが好ましい。このような他の回折ピークが存在する場合には、層状岩塩型構造以外の構造を有するものが、正極活物質に含まれることを意味している。層状岩塩型構造以外の構造を有するものが含まれない方が、サイクル耐久性向上の効果を確実に得られる。 Moreover, in the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries of this embodiment, in a X-ray diffraction (XRD) measurement, it shows a layered rock salt type (α-NaFeO 2 ) structure, 18-20 ° (003), 36- Diffraction peaks appearing at positions 37 ° (101), 37-38 ° (006), 38-39 ° (012), 44-45 ° (104) and 64-65 (108) / 65-66 (110). By including at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn, and Al, there is substantially no other diffraction peak derived from, for example, impurities other than the diffraction peak appearing at the position shifted to the low angle side. It is preferable not to appear. When such other diffraction peaks are present, it means that a material having a structure other than the layered rock salt structure is included in the positive electrode active material. The effect of improving the cycle durability can be surely obtained if a structure other than the layered rock salt structure is not included.

さらに、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質においては、BET比表面積が0.1m/g以上0.8m/g以下であることが好ましく、0.25m/g以上0.5m/g以下であることがより好ましく、0.25m/g以上0.4m/g以下であることがさらに好ましい。BET比表面積が0.1m/g以上であると、このような正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合、高い出力を実現し得る。一方、BET比表面積が0.8m/g以下であると、マンガンの溶出がより抑制され、このような正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合、エネルギー密度を維持しつつ、より高いサイクル耐久性を実現することができる。 Furthermore, in the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the BET specific surface area is preferably 0.1 m 2 / g or more and 0.8 m 2 / g or less, and 0.25 m 2 / g or more and 0. more preferably .5m 2 / g or less, and more preferably not more than 0.25 m 2 / g or more 0.4 m 2 / g. When the BET specific surface area is 0.1 m 2 / g or more, when such a positive electrode active material is used for a lithium ion secondary battery, high output can be realized. On the other hand, when the BET specific surface area is 0.8 m 2 / g or less, elution of manganese is further suppressed, and when such a positive electrode active material is used in a lithium ion secondary battery, the energy density is maintained while High cycle durability can be realized.

上述した本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、例えば、以下のような製造方法で調製することが好ましい。しかしながら、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、以下のような製造方法で調製されたものに限定されるものではない。   The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment described above is preferably prepared by the following manufacturing method, for example. However, the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention is not limited to those prepared by the following manufacturing method.

上述した本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質は、原料を水系溶媒に溶解させた原料混合溶液を、噴霧乾燥させて、乾燥物を得る第1工程と、第1工程で得られた乾燥物中に含まれる塩の少なくとも一部を、熱分解させて、前駆体を得る第2工程と、第2工程で得られた前駆体を、400〜1000℃で焼成する第3工程と、を含む製造方法により調製することができる。   The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to this embodiment described above is obtained in the first step and the first step, in which a raw material mixed solution in which a raw material is dissolved in an aqueous solvent is spray-dried to obtain a dried product. A second step of thermally decomposing at least part of the salt contained in the dried product to obtain a precursor, and a third step of firing the precursor obtained in the second step at 400 to 1000 ° C. , And can be prepared by a production method.

このような製造方法においては、まず、有機酸塩(錯体)等の原料混合溶液を噴霧乾燥させて、乾燥物(粉末)を得るため、乾燥時に個々の成分が別々に凝集するのを防ぐことができ、各元素が原子レベルで均一に混合された乾燥物を得ることができる。また、噴霧乾燥後に、熱分解及び焼成を行うため、非常に均一な組成を有する正極活物質を比較的低温で製造することが可能となる。さらに、このような製造方法によれば、原料混合溶液を噴霧乾燥させるため、溶融塩法や共沈法と比較して、得られる正極活物質の比表面積を大きくすることができる。   In such a production method, first, a raw material mixed solution such as an organic acid salt (complex) is spray-dried to obtain a dried product (powder), so that individual components are prevented from aggregating at the time of drying. It is possible to obtain a dry product in which each element is uniformly mixed at the atomic level. Moreover, since thermal decomposition and baking are performed after spray drying, a positive electrode active material having a very uniform composition can be produced at a relatively low temperature. Furthermore, according to such a manufacturing method, since the raw material mixed solution is spray-dried, the specific surface area of the obtained positive electrode active material can be increased as compared with the molten salt method or the coprecipitation method.

以下、各工程について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, each step will be described in more detail.

[第1工程(噴霧乾燥工程)]
第1工程では、原料を水系溶媒に溶解させた原料混合溶液を、噴霧乾燥(スプレードライ)させて、乾燥物を得る。そして、原料として、(1)Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の硝酸塩及び/又は分解温度が100℃〜350℃である有機酸塩、(2)Ni、Co及びMnからなる群より選ばれた少なくとも1種の硝酸塩及び/又は分解温度が100℃〜350℃である、Ni、Co及びMnからなる群より選ばれた少なくとも1種の有機酸塩、並びに、(3)硝酸リチウム及び/又は分解温度が100℃〜350℃であるリチウムの有機酸塩を用いる。
[First step (spray drying step)]
In the first step, a raw material mixed solution obtained by dissolving a raw material in an aqueous solvent is spray-dried (spray drying) to obtain a dried product. As raw materials, (1) at least one nitrate selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al and / or an organic acid salt having a decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C., (2) Ni, Co And at least one nitrate selected from the group consisting of Mn and / or at least one organic acid salt selected from the group consisting of Ni, Co and Mn, whose decomposition temperature is 100 ° C. to 350 ° C., and (3) Lithium nitrate and / or an organic acid salt of lithium having a decomposition temperature of 100 ° C to 350 ° C is used.

(1)Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の硝酸塩及び/又は分解温度が100℃〜350℃である有機酸塩
このような製造方法では、正極活物質中に含まれる置換元素の原料として、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の硝酸塩及び/又は分解温度が100℃〜350℃である有機酸塩を用いる。有機酸塩の代表例としては、例えば、クエン酸塩(クエン酸錯体又はクエン酸錯塩とも称される。)を挙げることができる。Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種のクエン酸塩は、分解温度が約130℃であるため、後述の第2工程で容易に熱分解される。
(1) At least one nitrate selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al and / or an organic acid salt having a decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C. In such a production method, in the positive electrode active material, As a raw material for the substitution element contained, at least one nitrate selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al and / or an organic acid salt having a decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C. is used. As a typical example of the organic acid salt, for example, citrate (also referred to as citric acid complex or citric acid complex salt) can be given. Since at least one citrate selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al has a decomposition temperature of about 130 ° C., it is easily thermally decomposed in the second step described later.

Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種のクエン酸塩は、例えば、下記方法で調製することができる。ただし、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種のクエン酸塩の入手方法は特に限定されるものではなく、購入したものであってもよいし、下記以外の方法により調製したものであってもよい。   At least one citrate selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al can be prepared, for example, by the following method. However, the method for obtaining at least one citrate selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al is not particularly limited, and may be purchased or by a method other than the following. It may be prepared.

Ti源、Zr源、Sn源、Al源としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ti源としては、チタンテトライソプロポキシドを使用することができる。   The Ti source, Zr source, Sn source, and Al source are not particularly limited. For example, titanium tetraisopropoxide can be used as the Ti source.

例えば、Ti源として、チタンテトライソプロポキシドを使用して以下の方法を用いることによりTiのクエン酸塩を容易に調製することができる。まず、クエン酸1水和物を純水に加温溶解し、この溶液に、チタンテトライソプロポキシドを加える。この際、Tiとクエン酸とのモル比は、Ti/クエン酸=1/1〜1/3であることが好ましい。   For example, Ti citrate can be easily prepared by using the following method using titanium tetraisopropoxide as a Ti source. First, citric acid monohydrate is heated and dissolved in pure water, and titanium tetraisopropoxide is added to this solution. At this time, the molar ratio of Ti and citric acid is preferably Ti / citric acid = 1/1 to 1/3.

次いで、得られた溶液に、塩基性水溶液(例えば、1〜10体積%程度のアンモニア水)をゆっくり加え、pHを4〜8に調整することにより、Tiのクエン酸塩水溶液(クエン酸錯体溶液)が得られる。   Next, a basic aqueous solution (for example, about 1 to 10% by volume of ammonia water) is slowly added to the obtained solution, and the pH is adjusted to 4 to 8, whereby an aqueous solution of Ti citrate (citric acid complex solution) is obtained. ) Is obtained.

(2)Ni、Co及びMnからなる群より選ばれた少なくとも1種の硝酸塩及び/又は分解温度が100℃〜350℃である、Ni、Co及びMnからなる群より選ばれた少なくとも1種の有機酸塩
また、このような製造方法では、正極活物質中に含まれる遷移金属(Ni、Co又はMn)の原料として、これらの元素の硝酸塩及び/又は分解温度が100℃〜350℃である有機酸塩を用いることが好ましい。
(2) At least one nitrate selected from the group consisting of Ni, Co and Mn and / or at least one selected from the group consisting of Ni, Co and Mn having a decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C. In addition, in such a production method, the nitrate and / or decomposition temperature of these elements is 100 ° C. to 350 ° C. as a raw material for the transition metal (Ni, Co or Mn) contained in the positive electrode active material. It is preferable to use an organic acid salt.

硝酸塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、硝酸ニッケル・6水和物、硝酸マンガン・6水和物、硝酸コバルト・6水和物等の硝酸塩の水和物を用いることが好ましい。これらの硝酸塩は、分解温度が比較的低いため(例えば、硝酸ニッケル・6水和物:137℃、硝酸マンガン・6水和物:129℃、硝酸コバルト・6水和物:100〜105℃)、後述の第2工程(熱分解工程)で容易に熱分解される。   Although it does not specifically limit as nitrate, For example, it is preferable to use nitrate hydrates, such as nickel nitrate hexahydrate, manganese nitrate hexahydrate, and cobalt nitrate hexahydrate. . These nitrates have relatively low decomposition temperatures (for example, nickel nitrate hexahydrate: 137 ° C, manganese nitrate hexahydrate: 129 ° C, cobalt nitrate hexahydrate: 100-105 ° C) In the second step (pyrolysis step) described later, it is easily pyrolyzed.

分解温度が100℃〜350℃である有機酸塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、クエン酸ニッケル、クエン酸マンガン、クエン酸コバルト等のクエン酸塩、酢酸ニッケル・4水和物、酢酸マンガン・4水和物、酢酸コバルト・4水和物等の酢酸塩等の水和物を用いることが好ましい。中でも、後述の第2工程で容易に熱分解させることができるという観点から、分解温度が100℃〜300℃である有機酸塩を用いると好ましく、分解温度が100℃〜280℃である有機酸塩を用いるとより好ましい。特に、上記酢酸塩は、分解温度が比較的低いため(例えば、酢酸ニッケル・4水和物:250℃、酢酸マンガン・4水和物:210℃、酢酸コバルト・4水和物:140℃)、後述の第2工程で容易に熱分解される。   The organic acid salt having a decomposition temperature of 100 ° C to 350 ° C is not particularly limited. For example, citrates such as nickel citrate, manganese citrate, and cobalt citrate, nickel acetate tetrahydrate It is preferable to use hydrates such as acetate, manganese acetate tetrahydrate, cobalt acetate tetrahydrate and the like. Among these, from the viewpoint that it can be easily thermally decomposed in the second step described later, it is preferable to use an organic acid salt having a decomposition temperature of 100 ° C. to 300 ° C., and an organic acid having a decomposition temperature of 100 ° C. to 280 ° C. It is more preferable to use a salt. In particular, the above-mentioned acetate has a relatively low decomposition temperature (for example, nickel acetate tetrahydrate: 250 ° C., manganese acetate tetrahydrate: 210 ° C., cobalt acetate tetrahydrate: 140 ° C.). It is easily pyrolyzed in the second step described later.

(3)硝酸リチウム及び/又は分解温度が100℃〜350℃であるリチウムの有機酸塩
また、このような製造方法では、正極活物質中に含まれるリチウムの原料として、硝酸リチウム及び/又は分解温度が100℃〜350℃であるリチウムの有機酸塩が用いることが好ましい。
(3) Lithium nitrate and / or an organic acid salt of lithium having a decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C. In such a production method, lithium nitrate and / or decomposition are used as a raw material of lithium contained in the positive electrode active material. It is preferable to use an organic acid salt of lithium having a temperature of 100 ° C to 350 ° C.

分解温度が100℃〜350℃であるリチウムの有機酸塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、酢酸リチウム、クエン酸リチウム、シュウ酸リチウム等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as an organic acid salt of lithium whose decomposition temperature is 100 degreeC-350 degreeC, For example, lithium acetate, lithium citrate, lithium oxalate etc. are mentioned.

上記リチウムの原料は、正極活物質の組成を均一にし、より安定な結晶構造を得る観点から、分解温度が100℃〜350℃であるリチウムの有機酸塩を少なくとも1種含むことが好ましい。さらに上記リチウムの原料は、分解温度が100℃〜300℃であるリチウムの有機酸塩を少なくとも1種含むことがより好ましく、酢酸リチウム及び/又はクエン酸リチウムを含むことが特に好ましい。   The lithium source material preferably contains at least one organic acid salt of lithium having a decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C. from the viewpoint of making the composition of the positive electrode active material uniform and obtaining a more stable crystal structure. Further, the lithium raw material preferably contains at least one organic acid salt of lithium having a decomposition temperature of 100 ° C. to 300 ° C., and particularly preferably contains lithium acetate and / or lithium citrate.

このような製造方法では、原料として硫酸塩やハロゲン化物を用いず、上記(1)〜(3)の特定の硝酸塩や有機酸塩を用いることにより、生産性を向上させることができる。すなわち、原料として硫酸塩やハロゲン化物を用いると、硫酸やハロゲンを除去する工程が必須となるが、上述のように、硝酸塩や有機酸塩を用いると、硫酸やハロゲンの除去工程を行う必要がない。後述するように、硝酸塩や有機酸塩は、加熱(熱分解)することで、硝酸や有機酸を十分に除去することができるため、硝酸や有機酸の特別な除去工程は不要である。また、硝酸塩や有機酸塩を用いることにより、硫酸やハロゲンのように、電池特性を低下させる不純物の混入もまた抑制することができる。   In such a manufacturing method, productivity can be improved by using the specific nitrate and organic acid salt of said (1)-(3), without using a sulfate and a halide as a raw material. That is, when sulfate or halide is used as a raw material, a step of removing sulfuric acid or halogen becomes essential. However, as described above, when nitrate or organic acid salt is used, it is necessary to perform a step of removing sulfuric acid or halogen. Absent. As will be described later, since nitric acid and organic acid salt can sufficiently remove nitric acid and organic acid by heating (thermal decomposition), a special removal step of nitric acid and organic acid is unnecessary. In addition, by using a nitrate or an organic acid salt, it is possible to suppress contamination of impurities such as sulfuric acid and halogen, which deteriorate battery characteristics.

第1工程において、上記原料を水系溶媒に溶解させた原料混合溶液の調製方法は、特に限定されるものではない。なお、本明細書において、「水系溶媒」とは、水又は水を主成分とした溶媒をいう。より具体的には、水、又は水と水溶性有機溶媒、例えばメタノール、エタノール、アセトン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン等との混合溶媒を挙げることができ、好ましくは水である。   In the first step, the preparation method of the raw material mixed solution in which the raw material is dissolved in the aqueous solvent is not particularly limited. In the present specification, “aqueous solvent” refers to water or a solvent containing water as a main component. More specifically, water or a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent such as methanol, ethanol, acetone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, tetrahydrofuran and the like can be mentioned. Is water.

上記原料の配合割合は、所望の正極活物質の組成により、当業者が適宜設定することができる。また、上記原料の混合順も特に限定されるものではにない。一例を挙げると、後述の実施例のように、純水に、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種のクエン酸錯体水溶液に、遷移金属(Ni、Co又はMn)の硝酸塩及び/又は分解温度が100℃〜350℃である有機酸塩、硝酸リチウム及び/又は分解温度が100℃〜350℃であるリチウムの有機酸塩を順次溶解させる方法が挙げられる。   The blending ratio of the raw materials can be appropriately set by those skilled in the art depending on the composition of the desired positive electrode active material. Further, the order of mixing the raw materials is not particularly limited. For example, as in the examples described later, transition water (Ni, Co or Mn) is added to pure water, at least one citric acid complex aqueous solution selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al. And a method of sequentially dissolving an organic acid salt having a nitrate and / or decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C., lithium nitrate and / or an organic acid salt of lithium having a decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C.

このような製造方法では、上記原料の他に、別途無水クエン酸を添加して原料混合溶液を調製してもよい。無水クエン酸を添加することにより、原料混合溶液中におけるTi、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種のクエン酸錯体の安定化を図ることができ、当該クエン酸錯体を均一な状態で分散させることに寄与できる。   In such a production method, in addition to the above raw materials, citric anhydride may be added separately to prepare a raw material mixed solution. By adding anhydrous citric acid, it is possible to stabilize at least one citric acid complex selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al in the raw material mixed solution. Can contribute to dispersion in a stable state.

また、このような製造方法では、必要に応じて、アンモニア水等の塩基性水溶液を用いて原料混合溶液のpH調整することが好ましい。具体的には、原料混合溶液のpHを8以下とすることが好ましく、pH4〜8とすることがより好ましく、pHを5〜7とすることがさらに好ましい。原料混合溶液のpHを上記範囲とすることにより、噴霧乾燥後に得られる乾燥物の粉体密度や嵩高さを好適な値とすることができる。さらに、原料混合溶液のpHを調整することにより、原料混合溶液中に沈殿を生じにくくすることができる。   Moreover, in such a manufacturing method, it is preferable to adjust pH of a raw material mixed solution using basic aqueous solution, such as aqueous ammonia, as needed. Specifically, the pH of the raw material mixed solution is preferably 8 or less, more preferably 4 to 8, and even more preferably 5 to 7. By setting the pH of the raw material mixed solution in the above range, it is possible to set the powder density and bulkiness of the dried product obtained after spray drying to suitable values. Furthermore, by adjusting the pH of the raw material mixed solution, it is possible to make precipitation less likely to occur in the raw material mixed solution.

第1工程では、上記原料混合溶液を噴霧乾燥させて、乾燥物を得る。具体的には、噴霧乾燥装置を用いて、原料混合溶液を噴霧し、熱風乾燥させる。これにより、原料混合溶液中の溶媒が除去され、金属元素がほぼ均一に混合された粉末状の乾燥物が得られる。   In the first step, the raw material mixed solution is spray-dried to obtain a dried product. Specifically, the raw material mixed solution is sprayed and dried with hot air using a spray drying apparatus. Thereby, the solvent in the raw material mixed solution is removed, and a powdery dried product in which the metal elements are mixed almost uniformly is obtained.

本工程において、原料混合溶液の噴霧に用いる噴霧ガスや、熱風乾燥の際の雰囲気として、不活性ガス(N等)や低酸素濃度ガス(酸素濃度5体積%以下)を用いることが好ましい。原料中の有機酸塩(クエン酸塩、酢酸塩等)が熱分解して有機物(クエン酸、酢酸)が発生し、発火するのを防ぐためである。 In this step, it is preferable to use an inert gas (N 2 or the like) or a low oxygen concentration gas (oxygen concentration of 5% by volume or less) as a spray gas used for spraying the raw material mixed solution or an atmosphere during hot air drying. This is to prevent the organic acid salt (citrate, acetate, etc.) in the raw material from being thermally decomposed to generate organic substances (citric acid, acetic acid) and ignite.

本工程において、乾燥の際の熱風温度は特に限定されるものではないが、200〜350℃であることが好ましく、200〜300℃であることがより好ましい。熱風温度を当該範囲とすると、被乾燥物の実温度は、概ね150〜300℃となり、短時間での溶媒除去が可能となる。特に、原料混合溶液の溶媒が水である場合、被乾燥物の温度を上記範囲とすることで、十分に水を除去することができる。その結果、原料混合溶液に含まれる有機酸塩の吸湿を防止し、以下に続く第2工程を効率よく行うことが可能となる。また、有機酸塩の吸湿を防止することにより、噴霧乾燥後の乾燥物(粉末)の凝集を抑制することができる。なお、上記温度範囲においては、原料中の硝酸塩、有機酸塩(クエン酸、酢酸等)の一部が熱分解する場合がある。   In this step, the hot air temperature at the time of drying is not particularly limited, but is preferably 200 to 350 ° C, more preferably 200 to 300 ° C. When the hot air temperature is in this range, the actual temperature of the material to be dried is approximately 150 to 300 ° C., and the solvent can be removed in a short time. In particular, when the solvent of the raw material mixture solution is water, water can be sufficiently removed by setting the temperature of the material to be dried within the above range. As a result, it is possible to prevent moisture absorption of the organic acid salt contained in the raw material mixed solution and to efficiently perform the second step that follows. Moreover, aggregation of the dried substance (powder) after spray-drying can be suppressed by preventing the organic acid salt from absorbing moisture. In addition, in the said temperature range, a part of nitrate and organic acid salt (citric acid, acetic acid, etc.) in a raw material may thermally decompose.

[第2工程(熱分解工程)]
第2工程では、上記第1工程で得られた乾燥物中に含まれる塩の少なくとも一部を、熱分解させ、正極活物質の前駆体を得る。熱分解させる際の温度(熱処理温度)は、原料となる塩の熱分解温度により異なるが、150〜400℃であることが好ましく、200〜400℃であることがより好ましく、200〜350℃であることがさらに好ましい。また、熱処理時間も、原料となる塩の種類により異なるが、1〜48時間が好ましく、4〜12時間であることがより好ましい。なお、本工程では、乾燥物中に含まれる塩の全てを熱分解させる必要はなく、原料として、硝酸リチウム(分解温度:約600℃)を用いる場合は、本工程においても熱分解されずに残る場合がある。一方、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種のクエン酸塩、遷移元素(Ni、Co又はMn)の硝酸塩及び/又は分解温度が100℃〜350℃である有機酸塩、分解温度が100℃〜350℃であるリチウムの有機酸塩は本工程により熱分解され、不要な、硝酸(NO)や、有機物(クエン酸、酢酸等)が除かれる。
[Second step (pyrolysis step)]
In the second step, at least a part of the salt contained in the dried product obtained in the first step is thermally decomposed to obtain a precursor of the positive electrode active material. The temperature at the time of thermal decomposition (heat treatment temperature) varies depending on the thermal decomposition temperature of the salt as a raw material, but is preferably 150 to 400 ° C, more preferably 200 to 400 ° C, and 200 to 350 ° C. More preferably it is. Moreover, although heat processing time also changes with kinds of salt used as a raw material, 1 to 48 hours are preferable and it is more preferable that it is 4 to 12 hours. In this step, it is not necessary to thermally decompose all of the salt contained in the dried product. When lithium nitrate (decomposition temperature: about 600 ° C.) is used as a raw material, it is not thermally decomposed in this step. May remain. On the other hand, at least one citrate selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al, an nitrate of a transition element (Ni, Co or Mn) and / or an organic acid having a decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C. The salt and the organic acid salt of lithium having a decomposition temperature of 100 ° C. to 350 ° C. are thermally decomposed in this step, and unnecessary nitric acid (NO 3 ) and organic substances (citric acid, acetic acid, etc.) are removed.

本工程では、上述の第1工程(噴霧乾燥工程)と同様に、不活性ガス(N等)や低酸素濃度ガス(酸素濃度5体積%以下)雰囲気下で熱分解を行うことが好ましい。熱分解により、有機酸塩(クエン酸塩、酢酸塩等)から有機物(クエン酸、酢酸等)が発生し、発火するのを防ぐためである。 In this step, it is preferable to perform thermal decomposition in an atmosphere of an inert gas (N 2 or the like) or a low oxygen concentration gas (oxygen concentration of 5% by volume or less), as in the first step (spray drying step) described above. This is because organic substances (citric acid, acetic acid, etc.) are generated from organic acid salts (citrate, acetate, etc.) due to thermal decomposition and are prevented from igniting.

また、本工程では、熱分解時に第1工程で得られた乾燥物(粉末)を流動させながら、熱処理することが好ましい。具体的には、流動焼成炉(ロータリーキルン)等の流動装置を用いて、乾燥物(粉末)を流動させながら熱処理する。このように熱処理することで、粒子(1次粒子、2次粒子)の成長が抑えられるため、得られる正極活物質のBET比表面積を大きくすることができる。   Moreover, it is preferable to heat-process in this process, making the dried material (powder) obtained at the 1st process flow at the time of thermal decomposition. Specifically, it heat-processes, making a dry substance (powder) flow, using flow apparatuses, such as a fluid-fired furnace (rotary kiln). By performing the heat treatment in this manner, the growth of particles (primary particles, secondary particles) can be suppressed, so that the BET specific surface area of the obtained positive electrode active material can be increased.

[第3工程(焼成工程)]
第3工程では、上記第2工程で得られた前駆体を焼成することによって、結晶構造が構築・安定化され、正極活物質が得られる。本工程における焼成は、特に限定されるものではないが、焼成温度(熱処理温度)400〜1200℃で、焼成時間1〜48時間の範囲内で行うことが好ましい。また、焼成温度を低い温度から高い温度へと、段階的に、又は、連続的に上げながら焼成を行うことが好ましい。例えば、400〜600℃で1〜24時間仮焼成した後に、700〜1000℃で1〜24時間本焼成することが好ましい。このような焼成工程を経ることで、安定な結晶構造を有する正極活物質を得ることができる。
[Third step (firing step)]
In the third step, the precursor obtained in the second step is fired, whereby the crystal structure is constructed and stabilized, and a positive electrode active material is obtained. The firing in this step is not particularly limited, but is preferably performed at a firing temperature (heat treatment temperature) of 400 to 1200 ° C. within a range of firing time of 1 to 48 hours. Further, it is preferable to perform the firing while raising the firing temperature from a low temperature to a high temperature stepwise or continuously. For example, it is preferable to perform primary firing at 700 to 1000 ° C. for 1 to 24 hours after preliminary firing at 400 to 600 ° C. for 1 to 24 hours. Through such a firing step, a positive electrode active material having a stable crystal structure can be obtained.

次に、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Next, a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the dimension ratio of drawing quoted by the following embodiment is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.

図3は、図3は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池であって、扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池の外観を示す斜視図である。また、図4は、図3に示した扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池の一実施形態である、双極型でないリチウムイオン二次電池のIII−III線に沿った模式的な断面図である。   FIG. 3 is a perspective view showing an external appearance of a flat (stacked) lithium ion secondary battery, which is a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic cross section taken along line III-III of a non-bipolar lithium ion secondary battery which is an embodiment of the flat (stacked) lithium ion secondary battery shown in FIG. FIG.

図3に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、正極タブ21及び負極タブ22が取り付けられた電池要素10が電池外装体30によって包まれており、電池外装体30の周囲が熱融着されており、電池要素10が正極21及び負極タブ22を電池外装体30の外部に引き出した状態で電池外装体30の内部に封入されている。そして、正極タブ21及び負極タブ22が、電池外装体30の内部から外部に向かって、反対方向に導出されている。   As shown in FIG. 3, in the lithium ion secondary battery 1 of the present embodiment, the battery element 10 to which the positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 22 are attached is wrapped by the battery outer body 30, and the periphery of the battery outer body 30 is The battery element 10 is sealed inside the battery outer package 30 with the positive electrode 21 and the negative electrode tab 22 drawn out of the battery outer package 30. The positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 22 are led out in opposite directions from the inside of the battery outer package 30 to the outside.

なお、図示しないが、正極タブ及び負極タブは、例えば、電池外装体の内部から外部に向かって、同じ辺から同一方向に導出されていてもよい。また、図示しないが、正極タブ及び負極タブは、例えば、それぞれを複数に分けて、各辺から導出されていてもよい。さらに、このような正極タブ及び負極タブは、例えば、超音波溶接や抵抗溶接などにより、それぞれ後述する正極集電体及び負極集電体に取り付けることができる。   Although not shown, the positive electrode tab and the negative electrode tab may be led out from the same side in the same direction, for example, from the inside to the outside of the battery outer package. Moreover, although not shown in figure, the positive electrode tab and the negative electrode tab may be derived | led-out from each edge | side, for example, dividing each into plurality. Further, such a positive electrode tab and a negative electrode tab can be attached to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, which will be described later, by, for example, ultrasonic welding or resistance welding.

また、図4に示すように、実際に充放電反応が進行する略矩形の電池要素10は、正極集電体11Aの両方の表面に正極活物質層11Bが形成された正極11と、電解質層13と、負極集電体12Aの両方の表面に負極活物質層12Bが形成された負極12とを複数積層した構成を有している。このとき、一の正極11の正極集電体11Aの片方の表面に形成された正極活物質層11Bと該一の正極11に隣接する負極12の負極集電体12Aの片方の表面に形成された負極活物質層12Bとが電解質層13を介して向き合うように、正極、電解質層、負極の順に複数積層されている。これにより、隣接する正極活物質層11B、電解質層13及び負極活物質層12Bは、1つの単電池層14を構成する。従って、リチウムイオン二次電池1は、単電池層14が複数積層されることにより、電気的に並列接続された構成を有するものとなる。なお、電池要素10の両最外層に位置する最外層負極集電体12A’には、いずれも片面のみに負極活物質層12Bが配置されている。   As shown in FIG. 4, the substantially rectangular battery element 10 in which the charge / discharge reaction actually proceeds includes a positive electrode 11 having a positive electrode active material layer 11B formed on both surfaces of the positive electrode current collector 11A, and an electrolyte layer. 13 and a plurality of negative electrodes 12 having a negative electrode active material layer 12B formed on both surfaces of the negative electrode current collector 12A. At this time, the positive electrode active material layer 11B formed on one surface of the positive electrode current collector 11A of one positive electrode 11 and the negative electrode current collector 12A of the negative electrode 12 adjacent to the one positive electrode 11 are formed. A plurality of layers of a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode are stacked in this order so that the negative electrode active material layer 12 </ b> B faces the electrolyte layer 13. As a result, the adjacent positive electrode active material layer 11B, electrolyte layer 13 and negative electrode active material layer 12B constitute one unit cell layer. Therefore, the lithium ion secondary battery 1 has a configuration in which a plurality of single battery layers 14 are stacked and electrically connected in parallel. In each of the outermost layer negative electrode current collectors 12 </ b> A ′ positioned in both outermost layers of the battery element 10, the negative electrode active material layer 12 </ b> B is disposed only on one side.

なお、図示しないが、電池要素の両最外層に位置する最外層負極集電体の両面に負極活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ負極活物質層を設けた最外層専用の負極集電体とするのではなく、両面に負極活物質層がある負極集電体をそのまま最外層の負極集電体として用いてもよい。また、図2とは正極及び負極の配置を逆にすることで、発電要素の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面又は両面に正極活物質層が配置されているようにしてもよい。   Although not shown, negative electrode active material layers may be provided on both surfaces of the outermost negative electrode current collector located in both outermost layers of the battery element. In other words, the negative electrode current collector having the negative electrode active material layer on both sides is not used as the negative electrode current collector for the outermost layer provided with the negative electrode active material layer only on one side. Also good. Further, the arrangement of the positive electrode and the negative electrode is reversed from that in FIG. 2 so that the outermost positive electrode current collector is positioned in both outermost layers of the power generation element, and the positive electrode is disposed on one or both surfaces of the outermost layer positive electrode current collector. An active material layer may be arranged.

また、図4では、扁平型(積層型)の双極型ではないリチウムイオン二次電池を示したが、集電体の一方の面に配設された正極活物質層と、集電体の反対側の面に配設された負極活物質層とを有する扁平型(積層型)の双極型であるリチウムイオン二次電池としてもよい。なお、この場合、一の集電体が正極集電体及び負極集電体を兼ねることとなる。   FIG. 4 shows a lithium ion secondary battery that is not a flat type (stacked type) bipolar type. However, the positive electrode active material layer disposed on one surface of the current collector is opposite to the current collector. A flat type (stacked type) bipolar bipolar battery having a negative electrode active material layer disposed on the side surface may be used. In this case, one current collector also serves as a positive electrode current collector and a negative electrode current collector.

さらに、積層型のリチウムイオン二次電池は、巻回型のリチウムイオン二次電池のような正極に適度な圧迫がかかることで、膨潤の抑制効果が期待されるリチウムイオン二次電池と比べて、正極への圧迫がかかりづらいという利点がある。   Furthermore, the laminated lithium ion secondary battery is more suitable than the lithium ion secondary battery, which is expected to have an effect of suppressing swelling, by applying an appropriate pressure to the positive electrode such as a wound lithium ion secondary battery. There is an advantage that it is difficult to apply pressure to the positive electrode.

以下、各構成について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, each configuration will be described in more detail.

[正極]
正極11は、正極集電体11Aと、正極集電体11Aの表面に形成された正極活物質層11Bとを有するものである。
[Positive electrode]
The positive electrode 11 has a positive electrode current collector 11A and a positive electrode active material layer 11B formed on the surface of the positive electrode current collector 11A.

(正極集電体)
正極集電体としては、特に限定されるものではないが、例えば、金属や導電性高分子、非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された導電性を有する樹脂を適用することができる。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector is not particularly limited. For example, a conductive resin in which a conductive filler is added to a metal, a conductive polymer, or a nonconductive polymer material can be applied. .

金属としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼(SUS)、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、さらには、これらの金属の組み合わせのめっき材などを好適例として挙げることができる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。中でも、導電性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス鋼(SUS)、銅を用いることが好ましい。   Examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel (SUS), titanium, and copper. In addition to these, preferred examples include a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, and a plated material of a combination of these metals. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum, stainless steel (SUS), and copper are preferably used from the viewpoint of conductivity and battery operating potential.

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾールなどが挙げられる。このような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化又は正極集電体の軽量化の点において有利である。   Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the positive electrode current collector.

さらに、非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE))、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリスチレン(PS)などが挙げられる。このような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性又は耐溶媒性を有する。   Further, as the non-conductive polymer material, for example, polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE)), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), Polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) ), Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polystyrene (PS), and the like. Such a non-conductive polymer material has excellent potential resistance or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料又は非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーを添加することができる。特に、正極集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば、特に限定されるものではなく、例えば、導電性、耐電位性、又はリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属、導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に限定されるものではないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb及びKからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属若しくはこれらの金属を含む合金又は金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に限定されるものではないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン及びフラーレンからなる群より選ばれた少なくとも1種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、正極集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に限定されるものではなく、一般的には、5〜35質量%程度である。   A conductive filler can be added to the conductive polymer material or the non-conductive polymer material as necessary. In particular, when the resin that is the base material of the positive electrode current collector is made of only a nonconductive polymer, a conductive filler is essential to impart conductivity to the resin. The conductive filler is not particularly limited as long as it is a substance having conductivity, and examples thereof include metals, conductive carbon, and the like as materials excellent in conductivity, potential resistance, or lithium ion blocking properties. It is done. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these It is preferable to contain an alloy or metal oxide containing any of these metals. The conductive carbon is not particularly limited, but is selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It is preferable that at least one kind is included. The addition amount of the conductive filler is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the positive electrode current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

正極集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて適宜決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな正極集電体が用いられる。正極集電体の厚さについても、特に限定されるものではない。正極集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。   The size of the positive electrode current collector is appropriately determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery requiring high energy density, a positive electrode current collector having a large area is used. The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited. The thickness of the positive electrode current collector is usually about 1 to 100 μm.

(正極活物質層)
正極活物質層は、上述した組成式(1)で表される正極活物質を必須成分として含み、必要に応じて、導電助剤、バインダなどを含んでもよい。なお、組成式(1)で表される正極活物質は上記説明したので、説明を省略する。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer includes the positive electrode active material represented by the composition formula (1) described above as an essential component, and may include a conductive additive, a binder, and the like as necessary. Since the positive electrode active material represented by the composition formula (1) has been described above, the description thereof is omitted.

(導電助剤)
導電助剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、グラファイトなどのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維などの炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。正極活物質層が導電助剤を含むと、正極活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性を向上させることができる。
(Conductive aid)
The conductive auxiliary agent is not particularly limited. For example, carbon black such as acetylene black, channel black, thermal black and ketjen black, carbon powder such as graphite, and carbon fiber such as vapor grown carbon fiber. And carbon materials. When the positive electrode active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the positive electrode active material layer is effectively formed, and the output characteristics of the battery can be improved.

(バインダ)
バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドを挙げることができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池に用いられる従来公知のものを適用することができる。また、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(Binder)
Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide. However, the present invention is not limited to these, and conventionally known ones used for lithium ion secondary batteries can be applied. Moreover, these may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

[負極]
負極12は、負極集電体12Aと、負極集電体12Aの表面に形成された負極活物質層12Bとを有するものである。なお、負極集電体は、正極において説明したものと同様のものを適宜選択して用いることができるため、説明を省略する。
[Negative electrode]
The negative electrode 12 has a negative electrode current collector 12A and a negative electrode active material layer 12B formed on the surface of the negative electrode current collector 12A. Note that the negative electrode current collector can be appropriately selected and used as described for the positive electrode, and thus the description thereof is omitted.

(負極活物質層)
負極活物質層は、負極活物質を必須成分として含み、必要に応じて、導電助剤、バインダなどを含んでもよい。なお、導電助剤やバインダは、正極において説明したものと同様のものを適宜選択して用いることができるため、説明を省略する。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material as an essential component, and may include a conductive additive, a binder, and the like as necessary. Note that the conductive auxiliary agent and binder can be appropriately selected and used as those described for the positive electrode, and thus description thereof is omitted.

(負極活物質)
負極活物質は、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、SiやSnなどの金属、又はTiO、Ti、TiO、若しくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3若しくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、又は炭素粉末、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、若しくはハードカーボンなどの炭素材料などが挙げられる。このような負極活物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。またこのような負極活物質のうち、リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する、高容量、かつ、優れた出力特性を有する電池を得ることが可能となる。また、リチウムと合金化する元素としては、特に限定されるものではないが、例えば、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Clを挙げることができる。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can release lithium ions during discharge and occlude lithium ions during charging. For example, a metal such as Si or Sn, or a metal oxide such as TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , SiO, SnO 2 , Li 4/3 Ti 5/3 O 4, or Li 7 MnN 4 Complex oxide of lithium and transition metal, Li-Pb alloy, Li-Al alloy, Li, or carbon powder, natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, or hard Examples thereof include carbon materials such as carbon. Such a negative electrode active material may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types as appropriate. In addition, by using an element that forms an alloy with lithium among these negative electrode active materials, a battery having a high energy density, a high capacity, and excellent output characteristics as compared with a conventional carbon-based material can be obtained. Is possible. In addition, the element that forms an alloy with lithium is not particularly limited. For example, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl can be mentioned.

また、負極活物質のうち、炭素材料、並びに/又はSi、Ge、Sn、Pb、Al、In及びZnからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Si又はSnの元素を含むことがより好ましく、炭素材料を用いることが特に好ましい。   In addition, the negative electrode active material preferably includes a carbon material and / or at least one element selected from the group consisting of Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, and Zn. It is more preferable to include an element of Sn, and it is particularly preferable to use a carbon material.

炭素材料としては、リチウム対比放電電位が低い炭素質粒子が好ましく、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛と人造黒鉛とのブレンド、天然黒鉛に非晶質をコートした材料、ソフトカーボン、ハードカーボンなどを好適例として挙げることができる。炭素質粒子の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、塊状、球状、繊維状等のいずれの形状であってもよいが、鱗片状ではないことが好ましく、球状、塊状であることが好ましい。鱗片状でないものは、性能及び耐久性の観点から好ましい。   As the carbon material, carbonaceous particles having a low discharge potential relative to lithium are preferable. For example, natural graphite, artificial graphite, a blend of natural graphite and artificial graphite, natural graphite coated material, soft carbon, hard carbon Etc. can be mentioned as a suitable example. The shape of the carbonaceous particles is not particularly limited. For example, the shape may be any shape such as a lump shape, a sphere shape, and a fiber shape, but is preferably not a scale shape, and may be a sphere shape or a lump shape. preferable. What is not scale-like is preferable from a viewpoint of performance and durability.

また、炭素質粒子は、その表面を非晶質炭素で被覆したものが好ましい。その際、非晶質炭素は、炭素質粒子の全表面を被覆していることがより好ましいが、一部の表面のみの被覆であってもよい。炭素質粒子の表面が非晶質炭素で被覆されていることにより、電池の充放電時に、黒鉛と電解液とが反応することを防止できる。黒鉛粒子の表面に非晶質炭素を被覆する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、非晶質炭素を溶媒に溶解、又は分散させた混合溶液に核となる炭素質粒子(粉末)を分散・混合した後、溶媒を除去する湿式方式が挙げられる。他にも、炭素質粒子と非晶質炭素を固体同士で混合し、その混合物に力学エネルギーを加え非晶質炭素を被覆する乾式方式、CVD法などの気相法などが挙げられる。炭素質粒子が非晶質炭素で被覆されていることは、レーザー分光法などの方法により確認することができる。   The carbonaceous particles are preferably those whose surfaces are coated with amorphous carbon. At that time, it is more preferable that the amorphous carbon covers the entire surface of the carbonaceous particles, but it may be a coating of only a part of the surface. By covering the surfaces of the carbonaceous particles with amorphous carbon, it is possible to prevent the graphite and the electrolytic solution from reacting during charging and discharging of the battery. The method for coating the surface of the graphite particles with amorphous carbon is not particularly limited. For example, carbonaceous particles (cores) in a mixed solution in which amorphous carbon is dissolved or dispersed in a solvent are used. There is a wet method in which the solvent is removed after the powder is dispersed and mixed. Other examples include a dry method in which carbonaceous particles and amorphous carbon are mixed with each other, and mechanical energy is added to the mixture to cover the amorphous carbon, and a vapor phase method such as a CVD method. Whether the carbonaceous particles are coated with amorphous carbon can be confirmed by a method such as laser spectroscopy.

[非水電解質層]
非水電解質層13は、正極11と負極12との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。非水電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質、並びに高分子ゲル電解質及び高分子固体電解質などのポリマー電解質を適宜用いることができる。本実施形態においては、液体電解質を適用することが好ましい。
[Nonaqueous electrolyte layer]
The nonaqueous electrolyte layer 13 functions as a spatial partition (spacer) between the positive electrode 11 and the negative electrode 12. In addition, it also has a function of holding an electrolyte that is a lithium ion transfer medium between the positive and negative electrodes during charging and discharging. There is no restriction | limiting in particular in the electrolyte which comprises a nonaqueous electrolyte layer, Polymer electrolytes, such as a liquid electrolyte, a polymer gel electrolyte, and a polymer solid electrolyte, can be used suitably. In the present embodiment, it is preferable to apply a liquid electrolyte.

液体電解質は、有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。有機溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、エチルプロピルカーボネート(EPC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、含フッ素環状カーボネート(フルオロエチレンカーボネート(FEC)等)、含フッ素鎖状カーボネート、含フッ素鎖状エーテル、含フッ素鎖状エステルを挙げることができる。これらは1種を単独でも用いてもよく、2種以上を適宜混合して用いてもよい。   The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent. Examples of the organic solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC), ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), fluorine-containing cyclic carbonate (fluoroethylene carbonate (FEC), etc.), fluorine-containing chain carbonate, fluorine-containing chain ether, and fluorine-containing chain ester. it can. These may be used alone or in combination of two or more.

また、リチウム塩としては、少なくともLiPFを使用することが好ましい。これ以外に、LiN(SO、LiN(SOCF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiSOCFなどを用いることができる。リチウム塩濃度としては、0.1〜5mol/Lが好ましく、0.1〜2mol/Lがより好ましい。 Moreover, it is preferable to use at least LiPF 6 as the lithium salt. In addition, LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiSO 3 CF 3, or the like can be used. The lithium salt concentration is preferably 0.1 to 5 mol / L, more preferably 0.1 to 2 mol / L.

さらに、液体電解質の場合は、添加剤として、有機スルホン系化合物、有機ジスルホン系化合物、ビニレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート誘導体、エステル誘導体、2価フェノール誘導体、テルフェニル誘導体、ホスフェート誘導体及びフルオロリン酸リチウム誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種を含むことが好ましい。このうち、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムなどのフルオロリン酸リチウム誘導体がより好ましい。これらの添加剤の使用は、性能及び寿命特性の観点から好ましい。添加剤は、電解液中に0.1〜5質量%含まれることが好ましく、0.5〜3.5質量%含まれることがより好ましい。   Furthermore, in the case of liquid electrolytes, organic sulfone compounds, organic disulfone compounds, vinylene carbonate derivatives, ethylene carbonate derivatives, ester derivatives, divalent phenol derivatives, terphenyl derivatives, phosphate derivatives, and lithium fluorophosphate derivatives as additives Preferably, at least one selected from the group consisting of: Of these, lithium fluorophosphate derivatives such as lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate are more preferable. Use of these additives is preferable from the viewpoint of performance and life characteristics. It is preferable that 0.1-5 mass% of additives are contained in electrolyte solution, and it is more preferable that 0.5-3.5 mass% is contained.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない高分子固体電解質に分類される。   On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and a polymer solid electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体などが挙げられる。このようなマトリックスポリマーは、リチウム塩などの電解質塩を溶解させやすい。   The gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer having lithium ion conductivity. Examples of the matrix polymer having lithium ion conductivity include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. Such a matrix polymer easily dissolves an electrolyte salt such as a lithium salt.

なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。   In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, a hydrocarbon such as polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, or the like.

高分子固体電解質は、上記のマトリックスポリマーにリチウム塩が溶解してなる構成を有し、有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が高分子固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上させることができる。   The polymer solid electrolyte has a configuration in which a lithium salt is dissolved in the matrix polymer and does not contain an organic solvent. Therefore, when the electrolyte layer is composed of a polymer solid electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.

高分子ゲル電解質や高分子固体電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮させることができる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などの重合処理を施せばよい。なお、上記電解質は、電極の活物質層中に含まれていてもよい。   The matrix polymer of the polymer gel electrolyte or the polymer solid electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte, using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed. In addition, the said electrolyte may be contained in the active material layer of an electrode.

(正極タブ及び負極タブ)
正極タブ21及び負極タブ22を構成する材料は、特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用の正極タブ及び負極タブとして従来用いられている公知の高導電性材料を用いることができる。正極タブ及び負極タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極タブ21と負極タブ22とにおいては、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
(Positive electrode tab and negative electrode tab)
The material which comprises the positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 22 is not specifically limited, The well-known highly conductive material conventionally used as a positive electrode tab and a negative electrode tab for lithium ion secondary batteries can be used. . As a constituent material of the positive electrode tab and the negative electrode tab, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. In the positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 22, the same material may be used, or different materials may be used.

(電池外装体)
電池外装体30としては、特に限定されるものではないが、例えば、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースを用いることが好適である。このような形態は、例えば、軽量化を図るという観点から好適である。このようなラミネートフィルムには、具体例としては、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルムを挙げることができる。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが好ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、所望の電解質層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
(Battery exterior)
Although it does not specifically limit as the battery exterior body 30, For example, it is suitable to use the bag-shaped case using the laminate film containing aluminum which can cover an electric power generation element. Such a form is suitable from the viewpoint of achieving weight reduction, for example. Specific examples of such a laminate film include a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order. A laminate film is preferred from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance and can be suitably used for a battery for large equipment for EV and HEV. Moreover, since the group pressure to the electric power generation element applied from the outside can be adjusted easily and it is easy to adjust to the desired electrolyte layer thickness, the exterior body is more preferably an aluminate laminate.

(組電池)
リチウムイオン二次電池は、複数個接続して構成した組電池としてもよい。詳しくは複数のリチウムイオン二次電池を用いて、直列化若しくは並列化又はその両方で構成される組電池とすることができる。直列化や並列化することにより、容量や電圧を自由に調節することが可能になる。
(Battery)
The lithium ion secondary battery may be an assembled battery formed by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries. In detail, it can be set as the assembled battery comprised by serialization or parallelization, or both using several lithium ion secondary batteries. Capacitance and voltage can be freely adjusted by serialization or parallelization.

リチウムイオン二次電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個のリチウムイオン二次電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   A plurality of lithium ion secondary batteries can be connected in series or in parallel to form a small assembled battery that can be attached and detached. Then, a plurality of small assembled batteries that can be attached and detached are connected in series or in parallel to provide a large capacity and large capacity suitable for vehicle drive power supplies and auxiliary power supplies that require high volume energy density and high volume output density. An assembled battery having an output can also be formed. How many lithium-ion secondary batteries are connected to produce an assembled battery, and how many stages of small assembled batteries are stacked to produce a large-capacity assembled battery depends on the mounted vehicle (electric vehicle) Depending on the battery capacity and output.

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

[実施例1]
<組成式(1)で表される正極活物質の調製>
(チタンクエン酸錯体水溶液の調製)
無水クエン酸(分子量:192.12g/mol)155g(0.8mol)をエタノール1000mlに加え、これを60℃に加温して、溶解させた。次いで、得られた溶液に、チタンテトライソプロポキシド(分子量:284.22g/mol、純度95%)120g(0.4mol)を加え、これを約10分間攪拌した。さらに、得られた溶液に、純水(500ml)と5.6%アンモニア水(約100ml)をゆっくり加えた。さらに、得られた溶液を沸騰させ、水分とエタノール/イソプロパノールを除去し、500mlになるまで濃縮した後、室温まで降温させた。さらに、得られた濃縮液に、5.6%アンモニア水(約50ml)をゆっくり加えて、pH=6に調整した。さらに、得られた溶液をろ紙でろ過して、不溶物を除去した。さらに、得られたろ液の一部を蒸発皿に入れて、100℃で24時間乾燥させた。しかる後、得られた乾燥物(粉末)を600℃で12時間焼成分解して、TiOとして定量した。Ti濃度は、TiO(分子量:79.87g/mol)として6.0質量%であった。
[Example 1]
<Preparation of Positive Electrode Active Material Represented by Composition Formula (1)>
(Preparation of aqueous solution of titanium citrate complex)
155 g (0.8 mol) of anhydrous citric acid (molecular weight: 192.12 g / mol) was added to 1000 ml of ethanol, and this was heated to 60 ° C. and dissolved. Next, 120 g (0.4 mol) of titanium tetraisopropoxide (molecular weight: 284.22 g / mol, purity 95%) was added to the obtained solution, and this was stirred for about 10 minutes. Further, pure water (500 ml) and 5.6% aqueous ammonia (about 100 ml) were slowly added to the obtained solution. Further, the obtained solution was boiled to remove water and ethanol / isopropanol, concentrated to 500 ml, and then cooled to room temperature. Further, 5.6% aqueous ammonia (about 50 ml) was slowly added to the obtained concentrated liquid to adjust pH = 6. Furthermore, the obtained solution was filtered with a filter paper to remove insoluble matters. Further, a part of the obtained filtrate was put in an evaporating dish and dried at 100 ° C. for 24 hours. Thereafter, the obtained dried product (powder) was calcined and decomposed at 600 ° C. for 12 hours and quantified as TiO 2 . The Ti concentration was 6.0% by mass as TiO 2 (molecular weight: 79.87 g / mol).

(原料混合溶液の調製)
次に、純水2500mlに、上記チタンクエン酸錯体水溶液(Ti濃度:TiO(分子量:79.87g/mol)として6.0質量%)66.6g、酢酸ニッケル・4水和物(分子量:248.84g/mol)186.6g、酢酸コバルト・4水和物(分子量:249.08g/mol)24.9g、酢酸マンガン・4水和物(分子量:245.09g/mol)24.5g、酢酸リチウム・2水和物(分子量:102.02g/mol)103.0gを順に加え、溶解させた。しかる後、得られた溶液に、5.6%アンモニア水をゆっくり加え、pH=6に調整して、原料混合溶液を得た。
(Preparation of raw material mixed solution)
Next, 66.5 g of the titanium citrate complex aqueous solution (Ti concentration: 6.0% by mass as TiO 2 (molecular weight: 79.87 g / mol)), nickel acetate tetrahydrate (molecular weight: molecular weight: 2500 ml of pure water. 248.84 g / mol) 186.6 g, cobalt acetate tetrahydrate (molecular weight: 249.08 g / mol) 24.9 g, manganese acetate tetrahydrate (molecular weight: 245.09 g / mol) 24.5 g, Lithium acetate dihydrate (molecular weight: 102.02 g / mol) 103.0 g was added in order and dissolved. Thereafter, 5.6% aqueous ammonia was slowly added to the resulting solution to adjust to pH = 6 to obtain a raw material mixed solution.

(第1工程(乾燥工程))
上記原料混合溶液を、不活性ガス(N)を用いたスプレー装置により、熱風温度250℃〜300℃で噴霧乾燥し、水分を除去して、原料の混合物である乾燥物(粉末)を得た。
(First step (drying step))
The raw material mixed solution is spray-dried at a hot air temperature of 250 ° C. to 300 ° C. by a spray device using an inert gas (N 2 ) to remove moisture, and a dried product (powder) is obtained as a raw material mixture. It was.

(第2工程(熱分解工程))
次に、上記乾燥物(粉末)を、流動焼成炉により、5体積%−O/Nバランスガス流通下、300℃〜400℃で4時間焼成し、有機酸塩を熱分解して、前駆体を得た。
(Second step (pyrolysis step))
Next, the dried product (powder) is baked for 4 hours at 300 ° C. to 400 ° C. under a flow of 5% by volume-O 2 / N 2 in a fluidized baking furnace to thermally decompose the organic acid salt, A precursor was obtained.

(第3工程(焼成工程))
しかる後、上記前駆体を、酸素雰囲気下、600℃で12時間仮焼成し、続いて900℃で12時間本焼成して、本例の正極活物質を得た。
(Third step (firing step))
Thereafter, the precursor was calcined at 600 ° C. for 12 hours in an oxygen atmosphere, and then calcined at 900 ° C. for 12 hours to obtain a positive electrode active material of this example.

(組成の定量分析:ICP)
上記正極活物質の試料を酸に溶解し、溶液中に含まれるニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)及びリチウム(Li)を誘導結合プラズマ発光分光分析法により定量した。なお、測定には、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製の誘導結合プラズマ発光分光分析装置SPS−3520型を使用した。その結果、本例の正極活物質の組成は、以下の通りであった。
(Quantitative analysis of composition: ICP)
The positive electrode active material sample is dissolved in an acid, and nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), titanium (Ti), and lithium (Li) contained in the solution are analyzed by inductively coupled plasma emission spectroscopy. Quantified. For the measurement, an inductively coupled plasma emission spectrometer SPS-3520 type manufactured by SII Nanotechnology Inc. was used. As a result, the composition of the positive electrode active material of this example was as follows.

組成式:Li1.01Ni0.75Co0.10Mn0.10Ti0.05 Composition formula: Li 1.01 Ni 0.75 Co 0.10 Mn 0.10 Ti 0.05 O z

これは、組成式(1)において、XがTiであり、x=1.01、1−a−b−c=0.75、a=0.10、b=0.10、c=0.05、Ti/(Mn+Ti)=0.33、(Mn+Ti)/Co=1.5、Ti/Mn=0.50である。   This is because in the composition formula (1), X is Ti, x = 1.01, 1-abc = 0.75, a = 0.10, b = 0.10, c = 0. 05, Ti / (Mn + Ti) = 0.33, (Mn + Ti) /Co=1.5, Ti / Mn = 0.50.

(X線回折測定)
上記正極活物質について、X線回折により結晶構造及び結晶性の評価をした。X線源にはCu−Kα線を用い、測定条件は管電圧40KV、管電流20mA、走査速度2°/分、発散スリット幅0.5°、受光スリット幅0.15°で行った。
(X-ray diffraction measurement)
The positive electrode active material was evaluated for crystal structure and crystallinity by X-ray diffraction. Cu-Kα rays were used as the X-ray source, and the measurement conditions were a tube voltage of 40 KV, a tube current of 20 mA, a scanning speed of 2 ° / min, a divergence slit width of 0.5 °, and a light receiving slit width of 0.15 °.

(BET比表面積)
上記正極活物質について、BET比表面積測定装置(日本ベル製、BELSORP−miniIIでBET)を使用して、BET比表面積を測定した。その結果、BET比表面積は0.5m/gであった。
(BET specific surface area)
About the said positive electrode active material, the BET specific surface area was measured using the BET specific surface area measuring apparatus (Nippon Bell, BET by BELSORP-miniII). As a result, the BET specific surface area was 0.5 m 2 / g.

<正極集電体の片面に正極活物質層を形成した正極の作製>
まず、下記組成の正極用スラリーを調製した。
<Preparation of Positive Electrode with Positive Electrode Active Material Layer Formed on One Side of Positive Electrode Current Collector>
First, a positive electrode slurry having the following composition was prepared.

(正極用スラリーの組成)
正極活物質:上記正極活物質(9.2重量部)
導電助剤:燐片状黒鉛(0.2重量部)、アセチレンブラック(0.2重量部)
バインダ:ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(0.4重量部)
溶媒:N−メチル−2−ピロリドン(NMP)(8.2重量部)
(Composition of slurry for positive electrode)
Positive electrode active material: positive electrode active material (9.2 parts by weight)
Conductive aid: flake graphite (0.2 parts by weight), acetylene black (0.2 parts by weight)
Binder: Polyvinylidene fluoride (PVDF) (0.4 parts by weight)
Solvent: N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (8.2 parts by weight)

具体的には、次のようにして、上記組成の正極用スラリーを調製した。まず、50mlのディスポカップに、導電助剤0.4重量部と、正極活物質9.2重量部と、溶媒(NMP)4.0重量部を加え、撹拌脱泡機(自転公転ミキサー:あわとり錬太郎AR−100)で1分間撹拌した。次いで、得られた混合物に、溶媒(NMP)にバインダを溶解した10%バインダ溶液4.0重量部と、溶媒(NMP)0.6重量部とを加えた。しかる後、これを撹拌脱泡機で3分間撹拌して、正極スラリー(固形分濃度:55質量%)を得た。   Specifically, a positive electrode slurry having the above composition was prepared as follows. First, 0.4 parts by weight of a conductive additive, 9.2 parts by weight of a positive electrode active material, and 4.0 parts by weight of a solvent (NMP) are added to a 50 ml disposable cup, and a stirring defoamer (spinning revolution mixer: Awa It was stirred for 1 minute with Tori Rentaro AR-100). Next, 4.0 parts by weight of a 10% binder solution in which the binder was dissolved in the solvent (NMP) and 0.6 parts by weight of the solvent (NMP) were added to the obtained mixture. Thereafter, this was stirred for 3 minutes with a stirring deaerator to obtain a positive electrode slurry (solid content concentration: 55% by mass).

(正極用スラリーの塗布)
次に、20μm厚のアルミニウム集電箔の片面に、得られた正極用スラリーを自動塗工装置(テスター産業製ドクターブレード:PI−1210自動塗工装置)により、所望の量を塗布した。
(Application of positive electrode slurry)
Next, a desired amount of the obtained positive electrode slurry was applied to one surface of an aluminum current collector foil having a thickness of 20 μm by an automatic coating apparatus (Doctor blade manufactured by Tester Sangyo: PI-1210 automatic coating apparatus).

(正極用スラリーの乾燥)
さらに、この正極用スラリーを塗布した集電箔を、ホットプレートにて乾燥(乾燥温度:100〜110℃、乾燥時間:30分間)させ、正極活物質層に残留するNMP量を0.02質量%以下としたシート状正極を得た。片面の正極活物質層の重量は約15.0mg/cmであった。
(Drying positive electrode slurry)
Further, the current collector foil coated with the positive electrode slurry was dried on a hot plate (drying temperature: 100 to 110 ° C., drying time: 30 minutes), and the amount of NMP remaining in the positive electrode active material layer was 0.02 mass. % Sheet-shaped positive electrode was obtained. The weight of the positive electrode active material layer on one side was about 15.0 mg / cm 2 .

(正極のプレス)
さらに、得られたシート状正極を、片面の正極活物質層の密度が2.5〜2.7g/cmとなるようにローラープレスをかけて圧縮成形し、セル作製用に切断した。
(Positive electrode press)
Furthermore, the obtained sheet-like positive electrode was compression-molded by a roller press so that the density of the positive electrode active material layer on one side was 2.5 to 2.7 g / cm 3, and cut for cell production.

(正極の乾燥)
しかる後、この切断されたシート状正極を真空乾燥炉にて乾燥させた。具体的には、次のようにして、シート状正極を乾燥させた。まず、切断されたシート状正極を、シート状正極がガラス板に挟まれた状態で、乾燥炉内部に設置した。次いで、室温(25℃)にて減圧(100mmHg(1.33×10Pa))し、乾燥炉内部の空気を除去した。続いて、窒素ガスを流通(100cm/分)しながら、10℃/分で120℃まで昇温し、120℃で再度減圧して乾燥炉内部の窒素を排気したまま12時間保持した。しかる後、室温まで降温し、正極表面の水分を除去して、本例の正極を得た。
(Dry cathode)
Thereafter, the cut sheet-like positive electrode was dried in a vacuum drying furnace. Specifically, the sheet-like positive electrode was dried as follows. First, the cut sheet-like positive electrode was placed inside the drying furnace with the sheet-like positive electrode sandwiched between glass plates. Subsequently, the pressure was reduced (100 mmHg (1.33 × 10 4 Pa)) at room temperature (25 ° C.) to remove air inside the drying furnace. Subsequently, while flowing nitrogen gas (100 cm 3 / min), the temperature was raised to 120 ° C. at 10 ° C./min, and the pressure was reduced again at 120 ° C., and the inside of the drying furnace was evacuated and held for 12 hours. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, moisture on the surface of the positive electrode was removed, and the positive electrode of this example was obtained.

<負極集電体の片面に負極活物質層を形成した負極の作製>
まず、下記組成の負極用スラリーを調製した。
<Preparation of Negative Electrode with Negative Electrode Active Material Layer Formed on One Side of Negative Electrode Current Collector>
First, a negative electrode slurry having the following composition was prepared.

(負極用スラリーの組成)
負極活物質:天然グラファイト(9.3重量部)
導電助剤:アセチレンブラック(0.1重量部)
バインダ:ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(0.6重量部)
溶媒:N−メチル−2−ピロリドン(NMP)(10.0重量部)
(Composition of slurry for negative electrode)
Negative electrode active material: natural graphite (9.3 parts by weight)
Conductive aid: acetylene black (0.1 parts by weight)
Binder: Polyvinylidene fluoride (PVDF) (0.6 parts by weight)
Solvent: N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (10.0 parts by weight)

具体的には、次のようにして、上記組成の負極用スラリーを調製した。まず。50mlのディスポカップに、導電助剤0.1重量部と、負極活物質9.3重量部と、溶媒(NMP)4.0重量部を加え、撹拌脱泡機(自転公転ミキサー:あわとり錬太郎AR−100)で1分間撹拌した。次いで、得られた混合物に、溶媒(NMP)にバインダを溶解した10%バインダ溶液6.0重量部と、溶媒(NMP)0.6重量部とを加えた。しかる後、これを撹拌脱泡機で3分間撹拌して、負極スラリー(固形分濃度:50質量%)を得た。   Specifically, a negative electrode slurry having the above composition was prepared as follows. First. To a 50 ml disposable cup, 0.1 part by weight of a conductive additive, 9.3 parts by weight of a negative electrode active material, and 4.0 parts by weight of a solvent (NMP) are added, and a stirring defoaming machine (spinning revolution mixer: Awatori smelting) Taro AR-100) was stirred for 1 minute. Next, 6.0 parts by weight of a 10% binder solution in which the binder was dissolved in the solvent (NMP) and 0.6 parts by weight of the solvent (NMP) were added to the obtained mixture. Thereafter, this was stirred for 3 minutes with a stirring deaerator to obtain a negative electrode slurry (solid content concentration: 50% by mass).

(負極用スラリー塗布)
次に、10μm厚の銅集電箔の片面に、得られた負極用スラリーを自動塗工装置(テスター産業製ドクターブレード:PI−1210自動塗工装置)により、所望の量を塗布した。
(Slurry coating for negative electrode)
Next, a desired amount of the obtained negative electrode slurry was applied to one side of a 10 μm thick copper current collector foil using an automatic coating apparatus (Doctor blade manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd .: PI-1210 automatic coating apparatus).

(負極用スラリー乾燥)
さらに、この負極用スラリーを塗布した集電箔を、ホットプレートにて乾燥(乾燥温度:100〜110℃、乾燥時間:30分間)させ、負極活物質層に残留するNMP量を0.02質量%以下としたシート状負極を得た。片面の負極活物質層の重量は約9.0mg/cmであった。
(Slurry drying for negative electrode)
Further, the current collector foil coated with the negative electrode slurry was dried on a hot plate (drying temperature: 100 to 110 ° C., drying time: 30 minutes), and the amount of NMP remaining in the negative electrode active material layer was 0.02 mass. % Sheet-shaped negative electrode was obtained. The weight of the negative electrode active material layer on one side was about 9.0 mg / cm 2 .

(負極のプレス)
さらに、得られたシート状負極を、片面の負極活物質層の密度が1.4〜1.6g/cmとなるようにローラープレスをかけて圧縮成形し、セル作製用に切断した。
(Negative electrode press)
Furthermore, the obtained sheet-like negative electrode was compression-molded with a roller press so that the density of the negative electrode active material layer on one side was 1.4 to 1.6 g / cm 3, and cut for cell production.

(負極の乾燥)
しかる後、この切断されたシート状負極を真空乾燥炉にて乾燥させた。具体的には、次のようにして、シート状負極を乾燥させた。まず、切断されたシート状負極を、シート状負極がガラス板に挟まれた状態で、乾燥炉内部に設置した。次いで、室温(25℃)にて減圧(100mmHg(1.33×10Pa))し、乾燥炉内部の空気を除去した。続いて、窒素ガスを流通(100cm/分)しながら、10℃/分で130℃まで昇温し、130℃で再度減圧して乾燥炉内部の窒素を排気したまま12時間保持した。しかる後、室温まで降温し、負極表面の水分を除去して、本例の負極を得た。
(Dry anode drying)
Thereafter, the cut sheet-like negative electrode was dried in a vacuum drying furnace. Specifically, the sheet-like negative electrode was dried as follows. First, the cut sheet-like negative electrode was placed inside the drying furnace with the sheet-like negative electrode sandwiched between glass plates. Subsequently, the pressure was reduced (100 mmHg (1.33 × 10 4 Pa)) at room temperature (25 ° C.) to remove air inside the drying furnace. Subsequently, while flowing nitrogen gas (100 cm 3 / min), the temperature was raised to 130 ° C. at 10 ° C./min, and the pressure was reduced again at 130 ° C., and the nitrogen inside the drying furnace was evacuated and held for 12 hours. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, the moisture on the negative electrode surface was removed, and the negative electrode of this example was obtained.

<パウチセルの作製>
正極集電体部分にアルミニウムタブを超音波溶接した上記正極(塗工部面積2.4cm×4.0cm)と、負極集電体部分にニッケルタブを超音波溶接した上記負極(塗工部面積2.6cm×4.4cm)とをセパレータ(3.5cm×5.0cm、セルガード社製、セルガード2400)を介して対向させた後、アルミラミネートフィルムからなる外装体(5.0cm×6.5cm)で積層体の両面を挟み込み、外装体の3辺を熱圧着封止して積層体を収納した。エチレンカーボネート(EC)30体積%とジエチルカーボネート(DEC)70体積%の混合溶媒に、1.0mol/LのLiPF(電解質)を溶解した電解液0.3cm/セルを注入した後、残りの1辺を熱圧着で封止し、電池(パウチセル)を作製した。電解液を電極細孔内に十分に浸透させるため、面圧0.5MPaで加圧しながら、室温にて24時間保持し、本例の電池を完成させた。
<Production of pouch cell>
The positive electrode (coated portion area 2.4 cm × 4.0 cm) ultrasonically welded with an aluminum tab to the positive electrode current collector portion and the negative electrode (coated portion area) ultrasonically welded with a nickel tab to the negative electrode current collector portion 2.6 cm × 4.4 cm) through a separator (3.5 cm × 5.0 cm, Celgard Corp., Cellguard 2400), and then an exterior body made of an aluminum laminate film (5.0 cm × 6.5 cm) ) Sandwiched both sides of the laminate, and thermocompression sealed the three sides of the outer package to store the laminate. After injecting 0.3 cm 3 / cell of an electrolyte solution in which 1.0 mol / L LiPF 6 (electrolyte) was dissolved in a mixed solvent of 30% by volume of ethylene carbonate (EC) and 70% by volume of diethyl carbonate (DEC), the rest Was sealed by thermocompression bonding to produce a battery (pouch cell). In order to sufficiently permeate the electrolyte into the electrode pores, the battery of this example was completed by holding at room temperature for 24 hours while applying a surface pressure of 0.5 MPa.

[実施例2〜実施例4]
組成式(1)で表される正極活物質の調製において、コバルト、マンガン、チタンのうちの2種の含有割合を変えたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の正極活物質、正極及び電池を得た。
[Examples 2 to 4]
In the preparation of the positive electrode active material represented by the composition formula (1), the same operation as in Example 1 was repeated except that the content ratios of two of cobalt, manganese, and titanium were changed. A positive electrode active material, a positive electrode, and a battery were obtained.

[実施例5]
上記チタンクエン酸錯体水溶液(Ti濃度:TiO(分子量:79.87g/mol)として6.0質量%)66.6gに代えて、オキシ硝酸ジルコニウム・2水和物(分子量:267.26g/mol)13.3gを用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の正極活物質、正極及び電池を得た。なお、本例の正極活物質の組成は、以下の通りであった。
[Example 5]
Instead of 66.6 g of the titanium citrate complex aqueous solution (Ti concentration: TiO 2 (molecular weight: 79.87 g / mol), 66.6 g), zirconium oxynitrate dihydrate (molecular weight: 267.26 g / mol) Except for using 13.3 g, the same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode active material, a positive electrode, and a battery of this example. In addition, the composition of the positive electrode active material of this example was as follows.

組成式:Li1.01Ni0.75Co0.10Mn0.10Zr0.05 Composition formula: Li 1.01 Ni 0.75 Co 0.10 Mn 0.10 Zr 0.05 O z

これは、組成式(1)において、XがZrであり、x=1.01、1−a−b−c=0.75、a=0.10、b=0.10、c=0.05、Zr/(Mn+Zr)=0.33、(Mn+Zr)/Co=1.5、Zr/Mn=0.50である。   In the composition formula (1), X is Zr, x = 1.01, 1-abc = 0.75, a = 0.10, b = 0.10, c = 0. 05, Zr / (Mn + Zr) = 0.33, (Mn + Zr) /Co=1.5, Zr / Mn = 0.50.

[実施例6]
上記チタンクエン酸錯体水溶液(Ti濃度:TiO(分子量:79.87g/mol)として6.0質量%)66.6gに代えて、スズクエン酸錯体水溶液(Sn濃度:SnO(分子量:134.71g/mol)として6.0重量%)112.2gを用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の正極活物質、正極及び電池を得た。なお、本例の正極活物質の組成は、以下の通りであった。
[Example 6]
Instead of the above-mentioned titanium citrate complex aqueous solution (Ti concentration: TiO 2 (molecular weight: 79.87 g / mol) 6.0 mass%) 66.6 g, tin citrate complex aqueous solution (Sn concentration: SnO (molecular weight: 134.71 g) The same operation as in Example 1 was repeated except that 6.0 wt%) and 112.2 g were used as / mol), to obtain a positive electrode active material, a positive electrode, and a battery of this example. In addition, the composition of the positive electrode active material of this example was as follows.

組成式:Li1.01Ni0.75Co0.10Mn0.10Sn0.05 Composition formula: Li 1.01 Ni 0.75 Co 0.10 Mn 0.10 Sn 0.05 O z

これは、組成式(1)において、XがSnであり、x=1.01、1−a−b−c=0.75、a=0.10、b=0.10、c=0.05、Sn/(Mn+Sn)=0.33、(Mn+Sn)/Co=1.5、Sn/Mn=0.50である。   In the composition formula (1), X is Sn, x = 1.01, 1-abc = 0.75, a = 0.10, b = 0.10, c = 0. 05, Sn / (Mn + Sn) = 0.33, (Mn + Sn) /Co=1.5, Sn / Mn = 0.50.

[実施例7]
上記チタンクエン酸錯体水溶液(Ti濃度:TiO(分子量:79.87g/mol)として6.0質量%)66.6gに代えて、硝酸アルミニウム・9水和物(分子量375.13g/mol)18.7gを用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の正極活物質、正極及び電池を得た。なお、本例の正極活物質の組成は、以下の通りであった。
[Example 7]
In place of 66.6 g of the titanium citrate complex aqueous solution (Ti concentration: TiO 2 (molecular weight: 79.87 g / mol) 66.6 g), aluminum nitrate.9 hydrate (molecular weight 375.13 g / mol) Except having used 18.7g, the same operation as Example 1 was repeated and the positive electrode active material of this example, the positive electrode, and the battery were obtained. In addition, the composition of the positive electrode active material of this example was as follows.

組成式:Li1.01Ni0.75Co0.10Mn0.10Al0.05 Composition formula: Li 1.01 Ni 0.75 Co 0.10 Mn 0.10 Al 0.05 O z

これは、組成式(1)において、XがAlであり、x=1.01、1−a−b−c=0.75、a=0.10、b=0.10、c=0.05、Al/(Mn+Al)=0.33、(Mn+Al)/Co=1.5、Al/Mn=0.50である。   This is because in the composition formula (1), X is Al, x = 1.01, 1-abc = 0.75, a = 0.10, b = 0.10, c = 0. 05, Al / (Mn + Al) = 0.33, (Mn + Al) /Co=1.5, Al / Mn = 0.50.

[実施例8〜実施例13]
正極活物質の調製において、リチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、チタンの含有割合を変えたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の正極活物質、正極及び電池を得た。
[Examples 8 to 13]
In the preparation of the positive electrode active material, the same operation as in Example 1 was repeated except that the content ratios of lithium, nickel, cobalt, manganese, and titanium were changed to obtain the positive electrode active material, the positive electrode, and the battery of this example. .

[比較例1]
組成式(1)で表される正極活物質の調製において、酢酸ニッケル・4水和物(分子量:248.84g/mol)186.6g、酢酸コバルト・4水和物(分子量:249.08g/mol)24.9g、酢酸マンガン・4水和物(分子量:245.09g/mol)36.8g、酢酸リチウム・2水和物(分子量:102.02g/mol)103.0gのみを用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の正極活物質、正極及び電池を得た。
[Comparative Example 1]
In preparation of the positive electrode active material represented by the composition formula (1), nickel acetate tetrahydrate (molecular weight: 248.84 g / mol) 186.6 g, cobalt acetate tetrahydrate (molecular weight: 249.08 g / mol) 24.9 g, manganese acetate tetrahydrate (molecular weight: 245.09 g / mol) 36.8 g, lithium acetate dihydrate (molecular weight: 102.02 g / mol) 103.0 g only. Except for the above, the same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode active material, a positive electrode, and a battery of this example.

[比較例2〜比較例4]
正極活物質の調製において、リチウム、ニッケル、コバルト、マンガンの含有割合を変えたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例の正極活物質、正極及び電池を得た。
[Comparative Examples 2 to 4]
In the preparation of the positive electrode active material, the same operation as in Example 1 was repeated except that the content ratios of lithium, nickel, cobalt, and manganese were changed to obtain the positive electrode active material, the positive electrode, and the battery of this example.

[比較例5]
正極活物質の調製において、酢酸マンガン・4水和物(分子量:245.09g/mol)36.8gに代えて、チタンクエン酸錯体水溶液(Ti濃度:TiO(分子量:79.87g/mol)として6.0質量%)199.7gを用いたこと以外は、比較例1と同様の操作を繰り返して、本例の正極活物質、正極及び電池を得た。各例の仕様の一部を表1に示す。
[Comparative Example 5]
In preparation of the positive electrode active material, instead of 36.8 g of manganese acetate tetrahydrate (molecular weight: 245.09 g / mol), an aqueous solution of titanium citrate complex (Ti concentration: TiO 2 (molecular weight: 79.87 g / mol)) The same procedure as in Comparative Example 1 was repeated except that 199.7 g was used, and a positive electrode active material, a positive electrode, and a battery of this example were obtained. A part of the specification of each example is shown in Table 1.

Figure 2017045651
Figure 2017045651

[性能評価]
上記各例のパウチセルを用いて、以下の各種性能を室温(25℃)下で評価した。
[Performance evaluation]
Using the pouch cell of each of the above examples, the following various performances were evaluated at room temperature (25 ° C.).

[0.1C容量評価]
0.1Cレートにて最高電圧が4.35Vとなるまで定電流充電法により充電した。次いで、約0.5時間保持(休止)した。しかる後、電池の最低電圧が2.5Vとなるまで0.1Cレートで定電流放電法により放電した。このときの0.1Cレートでの放電容量を「0.1C放電容量(mAh/g)」とした。得られた結果を表1に併記する。
[0.1C capacity evaluation]
The battery was charged by a constant current charging method until the maximum voltage reached 4.35 V at a 0.1 C rate. Then, it was kept (rested) for about 0.5 hours. Thereafter, the battery was discharged by a constant current discharge method at a 0.1 C rate until the minimum voltage of the battery reached 2.5V. The discharge capacity at the 0.1 C rate at this time was defined as “0.1 C discharge capacity (mAh / g)”. The obtained results are also shown in Table 1.

[レート特性評価]
1.0Cレートにて最高電圧が4.35Vとなるまで定電流定電圧充電法により充電した。次いで、約0.5時間保持(休止)した。しかる後、電池の最低電圧が2.5Vとなるまで0.2Cレートで定電流放電法により放電した。このときの0.2Cレートでの放電容量を「0.2C放電容量(mAh/g)」とした。
[Rate characteristics evaluation]
The battery was charged by a constant current constant voltage charging method until the maximum voltage reached 4.35 V at a 1.0 C rate. Then, it was kept (rested) for about 0.5 hours. Thereafter, the battery was discharged by a constant current discharge method at a 0.2 C rate until the minimum voltage of the battery became 2.5V. The discharge capacity at the 0.2 C rate at this time was defined as “0.2 C discharge capacity (mAh / g)”.

また、1.0Cレートにて最高電圧が4.35Vとなるまで定電流定電圧充電法により充電した。次いで、約0.5時間保持(休止)した。しかる後、電池の最低電圧が2.5Vとなるまで2.0Cレートで定電流放電法により放電した。このときの2.0Cレートでの放電容量を「2.0C放電容量(mAh/g)」とした。   Moreover, it charged by the constant current constant voltage charging method until the maximum voltage became 4.35V at 1.0C rate. Then, it was kept (rested) for about 0.5 hours. Thereafter, the battery was discharged by a constant current discharge method at a 2.0 C rate until the minimum voltage of the battery became 2.5V. The discharge capacity at the 2.0 C rate at this time was defined as “2.0 C discharge capacity (mAh / g)”.

0.2C放電容量に対する2.0C放電容量の割合を「2.0C/0.2C容量維持率(%)」とした(数式(1)参照。)。得られた結果を表1に併記する。   The ratio of the 2.0 C discharge capacity to the 0.2 C discharge capacity was defined as “2.0 C / 0.2 C capacity retention rate (%)” (see Formula (1)). The obtained results are also shown in Table 1.

Figure 2017045651
Figure 2017045651

[サイクル耐久性評価]
電池のサイクル耐久性試験は、1.0Cでの定電流充放電を、25℃で100サイクルを繰り返した。サイクル耐久性試験における電池の性能評価は、充電は、活物質重量当たりの充電容量が180mAh/gとなるように制御する定電流充電法とし、放電は、電池の最低電圧が2.0Vとなるまで1.0Cレートで放電する定電流放電法で行った。1サイクル後の放電容量に対する100サイクル後の放電容量の割合を「100サイクル後容量維持率(%)」(数式(2)参照。)とした。得られた結果を表1に併記する。
[Cycle durability evaluation]
In the cycle durability test of the battery, constant current charge / discharge at 1.0 C was repeated 100 cycles at 25 ° C. The battery performance evaluation in the cycle endurance test is a constant current charging method in which charging is controlled so that the charging capacity per active material weight is 180 mAh / g, and discharging is performed with a minimum battery voltage of 2.0V. Up to 1.0 C rate. The ratio of the discharge capacity after 100 cycles to the discharge capacity after 1 cycle was defined as “capacity maintenance rate after 100 cycles (%)” (see formula (2)). The obtained results are also shown in Table 1.

Figure 2017045651
Figure 2017045651

表1から、本発明の範囲に属する実施例1〜実施例13は、本発明外の比較例1〜比較例5と比較して、放電容量とレート特性が維持できており、サイクル耐久性が優れていることが分かる。これは、組成式(1)で表される正極活物質を用いたためと考えられる。   From Table 1, in Examples 1 to 13 belonging to the scope of the present invention, compared with Comparative Examples 1 to 5 outside the present invention, discharge capacity and rate characteristics can be maintained, and cycle durability is improved. It turns out that it is excellent. This is presumably because the positive electrode active material represented by the composition formula (1) was used.

実施例1〜実施例13の正極活物質のX線回折(XRD)測定においては、層状岩塩型(α−NaFeO)構造を示す、18−20°(003)、36−37°(101)、37−38°(006)、38−39°(012)、44−45°(104)及び64−65(108)/65−66(110)の位置に観察される回折ピークが、Ti、Zr、Sn又はAlが含まれることにより、低角度側へシフトした位置に観察された。また、このX線回折(XRD)測定においては、例えば不純物等に由来する他の回折ピークが実質的に観察されなかった。このような結果から、実施例1〜実施例13において、放電容量及びレート特性を維持しつつ、高いサイクル耐久性を実現できたのは、上述のような回折パターンを有するためとも考えられる。 In the X-ray diffraction (XRD) measurement of the positive electrode active materials of Examples 1 to 13, 18-20 ° (003), 36-37 ° (101) indicating a layered rock salt type (α-NaFeO 2 ) structure. , 37-38 ° (006), 38-39 ° (012), 44-45 ° (104) and 64-65 (108) / 65-66 (110) at diffraction peaks observed at Ti, By including Zr, Sn, or Al, it was observed at a position shifted to the low angle side. Further, in this X-ray diffraction (XRD) measurement, for example, other diffraction peaks derived from impurities or the like were not substantially observed. From these results, it is considered that the high cycle durability can be realized while maintaining the discharge capacity and the rate characteristics in Examples 1 to 13 because of the diffraction pattern as described above.

そして、組成式(1)において、例えば、1−a−b−cが0.75以上0.80未満の場合、X/(Mn+X)は0.50以上であることが好ましく、また、X/Mnは1.0以上であることが好ましい。
また、組成式(1)において、例えば、1−a−b−cが0.80以上0.85未満の場合、X/(Mn+X)は0.33以下であることが好ましく、また、X/Mnは0.5以下であることが好ましい。
さらに、組成式(1)において、例えば、1−a−b−cが0.85以上0.90以下の場合、cは0.03〜0.08であることが好ましく、そして、X/(Mn+X)は0.23以上であることが好ましく、また、X/Mnは0.3以上であることが好ましい。
In the composition formula (1), for example, when 1-abc is 0.75 or more and less than 0.80, X / (Mn + X) is preferably 0.50 or more, and X / Mn is preferably 1.0 or more.
In the composition formula (1), for example, when 1-abc is 0.80 or more and less than 0.85, X / (Mn + X) is preferably 0.33 or less, and X / Mn is preferably 0.5 or less.
Furthermore, in the composition formula (1), for example, when 1-abc is 0.85 or more and 0.90 or less, c is preferably 0.03 to 0.08, and X / ( Mn + X) is preferably 0.23 or more, and X / Mn is preferably 0.3 or more.

また、実施例1〜実施例13において、3.5V程度の高い平均電圧を示したが、XとしてTiを適用した場合には、特に高い平均電圧を示した(下記試験例7及び試験例8参照。)。   Moreover, in Examples 1 to 13, a high average voltage of about 3.5 V was shown, but when Ti was applied as X, a particularly high average voltage was shown (Test Examples 7 and 8 below). reference.).

図5は、若干の試験例で得られたリチウムイオン二次電池における平均電圧を示すグラフである。図中の試験例6〜試験例10は、それぞれ、上記実施例におけるリチウムイオン二次電池用正極活物質の調製と同様の操作により調製したLiNi0.75Co0.1Mn0.15、LiNi0.75Co0.1Mn0.10Ti0.05、LiNi0.75Co0.1Mn0.05Ti0.10、LiNi0.75Co0.1Ti0.15及びLiNi0.8Co0.05Mn0.15を用いて、所定の電池を作製したものである。なお、試験例7及び試験例8は、本発明の範囲に含まれる。試験例6〜試験例10の電池について、1.0Cレートにて最高電圧が4.35Vとなるまで定電流定電圧充電法により充電し、約0.5時間保持(休止)し、電池の最低電圧が2.5Vとなるまで0.2C、0.5C、1.0C、2.0Cレートで定電流放電法により放電し、平均放電電圧(V)を算出した(数式(3)参照。)。 FIG. 5 is a graph showing average voltages in lithium ion secondary batteries obtained in some test examples. In Test Example 6 to Test Example 10 in the figure, LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.15 O 2 prepared by the same operation as the preparation of the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery in the above-described example, respectively. LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.10 Ti 0.05 O 2 , LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.05 Ti 0.10 O 2 , LiNi 0.75 Co 0.1 Ti 0. A predetermined battery is manufactured using 15 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.05 Mn 0.15 O 2 . Note that Test Example 7 and Test Example 8 are included in the scope of the present invention. The batteries of Test Example 6 to Test Example 10 were charged by the constant current constant voltage charging method until the maximum voltage reached 4.35 V at a 1.0 C rate, and held (rested) for about 0.5 hours. The battery was discharged by a constant current discharge method at a rate of 0.2C, 0.5C, 1.0C, and 2.0C until the voltage reached 2.5 V, and an average discharge voltage (V) was calculated (see Formula (3)). .

Figure 2017045651
Figure 2017045651

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.

上記実施形態及び実施例においては、リチウムイオン二次電池として、積層型(但し、実施例においては単層である。)の電池要素をラミネートフィルムからなる外装体で密封した積層型・ラミネート型電池を例示したが、これに限定されるものではない。すなわち、従来公知の形態や構造を有するリチウムイオン二次電池に対しても適用することができ、例えば、積層型又は巻回型の電池要素を角形の金属缶からなる外装体で密封したリチウムイオン二次電池や、巻回型の電池要素を円筒形の金属缶からなる外装体で密封したリチウムイオン二次電池などを挙げることができる。なお、巻回型の電池要素を円筒形の金属缶からなる外装体で密封したリチウムイオン二次電池においては、タブに代えて、例えば、金属缶を利用して端子を形成すればよい。   In the above-described embodiments and examples, as a lithium ion secondary battery, a laminated type (laminated type battery) in which a laminated type battery element (however, in the examples is a single layer) is sealed with an outer package made of a laminated film. However, the present invention is not limited to this. That is, it can also be applied to a lithium ion secondary battery having a conventionally known form or structure, for example, a lithium ion in which a laminated or wound battery element is sealed with an outer package made of a rectangular metal can. Examples thereof include a secondary battery and a lithium ion secondary battery in which a wound battery element is sealed with an outer package made of a cylindrical metal can. Note that in a lithium ion secondary battery in which a wound battery element is sealed with an outer package made of a cylindrical metal can, a terminal may be formed using a metal can, for example, instead of a tab.

1 リチウムイオン二次電池
10 電池要素
11 正極
11A 正極集電体
11B 正極活物質層
12 負極
12A 負極集電体
12A’ 最外層負極集電体
12B 負極活物質層
13 非水電解質層
14 単電池層
21 正極タブ
22 負極タブ
30 外装体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 10 Battery element 11 Positive electrode 11A Positive electrode collector 11B Positive electrode active material layer 12 Negative electrode 12A Negative electrode collector 12A 'Outermost layer negative electrode collector 12B Negative electrode active material layer 13 Nonaqueous electrolyte layer 14 Single battery layer 21 Positive electrode tab 22 Negative electrode tab 30 Exterior body

Claims (6)

下記の組成式(1)
Li1−a−b−cCoMn・・・(1)
(組成式(1)中、Xは、Ti、Zr、Sn及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種、zは、原子価を満足する酸素数を示し、xが、0.9≦x≦1.1、1−a−b−cが、0.75≦1−a−b−c≦0.90、aが、0<a≦0.10、bが、0.05≦b≦0.20、cが、0.01≦c≦0.10、X/(Mn+X)が、0.1≦X/(Mn+X)≦0.8の関係を満足する。)で表されることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。
The following composition formula (1)
Li x N 1-abc Co a Mn b X c O z (1)
(In the composition formula (1), X is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Sn and Al, z is the number of oxygens satisfying the valence, and x is 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 1-abc is 0.75 ≦ 1-abc ≦ 0.90, a is 0 <a ≦ 0.10, b is 0.05 ≦ b ≦ 0.20, c is 0.01 ≦ c ≦ 0.10, and X / (Mn + X) satisfies the relationship 0.1 ≦ X / (Mn + X) ≦ 0.8). A positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.
X線回折(XRD)測定において、層状岩塩型(α−NaFeO)構造を示す、18−20°(003)、36−37°(101)、37−38°(006)、38−39°(012)、44−45°(104)及び64−65(108)/65−66(110)の位置に表れる回折ピークが、上記Xが含まれることにより、低角度側へシフトした位置に表れることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。 In X-ray diffraction (XRD) measurement, it shows a layered rock salt type (α-NaFeO 2 ) structure, 18-20 ° (003), 36-37 ° (101), 37-38 ° (006), 38-39 °. The diffraction peaks appearing at positions (012), 44-45 ° (104) and 64-65 (108) / 65-66 (110) appear at positions shifted to the lower angle side due to the inclusion of X. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1. 上記組成式(1)中、(Mn+X)/Coが、1.0<(Mn+X)/Coの関係を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。   3. The positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein in the composition formula (1), (Mn + X) / Co satisfies a relationship of 1.0 <(Mn + X) / Co. material. 上記組成式(1)中、X/Mnが、0.05≦X/Mn≦2.0の関係を満足することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。   The lithium ion according to any one of claims 1 to 3, wherein in the composition formula (1), X / Mn satisfies a relationship of 0.05 ≦ X / Mn ≦ 2.0. Positive electrode active material for secondary battery. 請求項1〜4のいずれか1つの項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。   A positive electrode for a lithium ion secondary battery comprising the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、リチウムイオンを吸蔵及び放出できる負極活物質を含むリチウムイオン二次電池用負極と、該リチウムイオン二次電池用正極と該リチウムイオン二次電池用負極との間に配設された非水電解質層と、を備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 5, a negative electrode for a lithium ion secondary battery containing a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, the positive electrode for a lithium ion secondary battery, and the lithium ion secondary And a nonaqueous electrolyte layer disposed between the negative electrode for the battery.
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