JP2017084788A - Lithium titanium composite oxide powder and active substance material for power storage device electrode, and electrode sheet and power storage device which are arranged by use thereof - Google Patents

Lithium titanium composite oxide powder and active substance material for power storage device electrode, and electrode sheet and power storage device which are arranged by use thereof Download PDF

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Atsumasa Nakagawa
敦允 中川
大谷 慎一郎
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慎一郎 大谷
三好 和弘
Kazuhiro Miyoshi
和弘 三好
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: lithium titanium composite oxide powder which is superior in high-temperature charge and discharge cycle characteristics, and enables the suppression of gas generation at a high temperature; an active substance material; and a power storage device arranged by use thereof.SOLUTION: Powder of a lithium titanium composite oxide has a crystal structure belonging to the space group Fd-3 m and is expressed by LiM1M2M3M4TiO(where M1 represents at least one of Mg, Ca, Sr, Ba and Ni, M2 represents at least one of Cr, Al, Ga, Co and Y, M3 represents at least one of Zr and Ge, M4 represents at least one of V, Nb, Sb and Ta, 0.9≤x≤1.1, 0≤y1≤1.1, 0≤y2≤1.1, 0≤y3≤1.1, 0≤y4≤1.10≤(y1+y2+y3+y4)≤1.1, 2.9≤{(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)}≤3.1). The lithium titanium composite oxide powder has a specific surface area of 1-50 m/g, and a crystallite diameter of 80 nm or larger.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、蓄電デバイスの電極材料等として好適なリチウムチタン複合酸化物粉末、および、このリチウムチタン複合酸化物粉末を含む活物質材料と、この活物質材料を用いた電極シートおよび蓄電デバイスに関するものである。   The present invention relates to a lithium-titanium composite oxide powder suitable as an electrode material for an electricity storage device, an active material containing the lithium-titanium composite oxide powder, an electrode sheet using the active material, and an electricity storage device It is.

近年、蓄電デバイスの電極材料として種々の材料が研究されている。その中でも、リチウムチタン複合酸化物は、負極の活物質として用いた場合に入出力特性に優れる蓄電デバイスを提供できるので、HEV、PHEV、BEVといった電気自動車用の蓄電デバイスの活物質材料として注目されている。なかでも、スピネル構造を有するチタン酸リチウムは、充放電に伴う体積変化がほとんどなく、三次元的なLiイオンの移動が可能であり、特に充放電サイクル特性や入出力特性に優れるため、電気自動車用の蓄電デバイスの活物質材料として有望である。   In recent years, various materials have been studied as electrode materials for power storage devices. Among them, lithium-titanium composite oxides can provide an electricity storage device with excellent input / output characteristics when used as an active material for a negative electrode, and thus are attracting attention as an active material material for electricity storage devices for electric vehicles such as HEV, PHEV, and BEV. ing. Among them, lithium titanate having a spinel structure has almost no volume change associated with charge / discharge and can move three-dimensional Li ions, and is particularly excellent in charge / discharge cycle characteristics and input / output characteristics. It is promising as an active material for electricity storage devices.

しかしながら、スピネル構造を有するチタン酸リチウム(LiTi12)は、リチウムの吸蔵放出反応が約1.55Vという高い電位で進行するため、それが適用された蓄電デバイスの作動電圧が低くなり、エネルギー密度が小さくなる。 However, in lithium titanate having a spinel structure (Li 4 Ti 5 O 12 ), the lithium occlusion and release reaction proceeds at a high potential of about 1.55 V, so the operating voltage of the electricity storage device to which it is applied is low. , Energy density becomes smaller.

そこで、リチウムの吸蔵放出反応が比較的高い電極材料として、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTi、およびLiTiのLiサイトやTiサイトの一部が他の元素で置換されたリチウムチタン複合酸化物が注目され、電極材料として種々の検討がなされている。 Therefore, as an electrode material having a relatively high lithium occlusion-release reaction, LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m, and a part of the Li site or Ti site of LiTi 2 O 4 are other elements. Substituted lithium titanium composite oxides have attracted attention, and various studies have been made as electrode materials.

例えば特許文献1には、LiTi(ここに、0<x≦2、0<y≦3),もしくはLiTi(ここに、0<a≦2、0<b≦3、0<c≦3、Mは、Mn、Fe、Cr、Ni、Co、Mg、Bのうちから選択される少なくとも一種の元素)で表される組成式が記載され、LiTi、LiTi0.9Mn1.1などのリチウムチタン複合酸化物が具体的に開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses Li x Ti y O 4 (where 0 <x ≦ 2, 0 <y ≦ 3) or Li a Ti b McO 4 (where 0 <a ≦ 2, 0 <B ≦ 3, 0 <c ≦ 3, where M is at least one element selected from Mn, Fe, Cr, Ni, Co, Mg, and B), and LiTi 2 A lithium titanium composite oxide such as O 4 and LiTi 0.9 Mn 1.1 O 4 is specifically disclosed.

また特許文献2には、リチウム化合物、TiOおよびTiを反応させることによって、高純度なLiTiが製造できることが記載されており、LiTiOとTiとを混合し、得られた混合粉末を800℃で16時間加熱し、12時間かけて冷却することで、高純度なLiTiを得たことが具体的に開示されている。 Patent Document 2 describes that high-purity LiTi 2 O 4 can be produced by reacting a lithium compound, TiO 2 and Ti 3 O 5 , and Li 2 TiO 3 and Ti 3 O 5 are combined with each other. It is specifically disclosed that high purity LiTi 2 O 4 was obtained by mixing and heating the obtained mixed powder at 800 ° C. for 16 hours and cooling over 12 hours.

また特許文献3には、Li(1+x)/2Fe(5−3x)/2Ti(0≦x<1)で表され、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するリチウム鉄チタン酸化物が記載され、Li0.9375Fe1.1875Ti0.875などのリチウム鉄チタン酸化物が、LiFeTiOなどよりも、充放電サイクル試験(25℃)における初期放電容量が大きいことが具体的に開示されている。また、前記組成式で表される組成物において、xが大きい組成物ほど初期放電容量は小さくなるものの、充放電サイクル試験(25℃)における容量維持率が大きくなることが具体的に開示されている。 Patent Document 3 discloses lithium iron titanium having a crystal structure represented by Li (1 + x) / 2 Fe (5-3x) / 2 Ti x O 4 (0 ≦ x <1) and belonging to the space group Fd-3m. An oxide is described, and lithium iron titanium oxide such as Li 0.9375 Fe 1.1875 Ti 0.875 O 4 has a larger initial discharge capacity in a charge / discharge cycle test (25 ° C.) than LiFeTiO 4 or the like. Is specifically disclosed. Further, in the composition represented by the composition formula, it is specifically disclosed that although the initial discharge capacity becomes smaller as the composition of x increases, the capacity retention rate in the charge / discharge cycle test (25 ° C.) becomes larger. Yes.

特開平8−180874号公報JP-A-8-180874 特開2003−238156号公報JP 2003-238156 A 特開2014−78442号公報JP 2014-78442 A

しかしながら、以上のような、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTi、およびLiTiのLiサイトやTiサイトの一部が他の元素で置換されたリチウムチタン複合酸化物は、高温における充放電サイクル特性が悪く、高温環境下でも充放電サイクル特性に優れることが要求される電気自動車用の蓄電デバイスへの適用には重要な課題となっている。また、高温環境下でのガス発生を抑制することも重要な課題である。 However, LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m as described above, and a lithium titanium composite oxide in which a part of the Li site or Ti site of LiTi 2 O 4 is substituted with another element Has a poor charge / discharge cycle characteristic at high temperatures, and is an important subject for application to an electric storage device for an electric vehicle that is required to have excellent charge / discharge cycle characteristics even in a high temperature environment. It is also an important issue to suppress gas generation in a high temperature environment.

そこで本発明は、高温環境下での充放電サイクル特性に優れ、高温環境下での充放電サイクル後のガス発生が抑制されたリチウムチタン複合酸化物粉末、及び活物質材料、並びにそれを用いた電極シートおよび蓄電デバイスを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention is a lithium-titanium composite oxide powder that is excellent in charge / discharge cycle characteristics under a high-temperature environment and that suppresses gas generation after the charge-discharge cycle under a high-temperature environment, and an active material, and the same. It aims at providing an electrode sheet and an electrical storage device.

本発明者らは、以上の課題について検討した結果、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiで表されるリチウムチタン複合酸化物と、LiTiのTiサイトの一部が特定の元素で置換され、Tiサイトを置換する元素が二種以上の場合には、それらの割合に特定の関係があるリチウムチタン複合酸化物において、特定の比表面積と特定の結晶子径を有するリチウムチタン複合酸化物が、高温における充放電サイクル寿命が長く、高温環境下における充放電サイクル後のガス発生量が少ないことを見出して本発明を完成した。すなわち、本発明は以下の事項に関する。 As a result of examining the above problems, the present inventors have found that a lithium titanium composite oxide represented by LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m and a part of the Ti site of LiTi 2 O 4. Is substituted with a specific element, and when there are two or more elements that replace the Ti site, a specific specific surface area and a specific crystallite diameter in a lithium-titanium composite oxide having a specific relationship in their proportion. It was found that the lithium titanium composite oxide had a long charge / discharge cycle life at a high temperature and a small amount of gas was generated after the charge / discharge cycle in a high temperature environment, thereby completing the present invention. That is, the present invention relates to the following matters.

(1) 空間群Fd−3mに属する結晶構造を有する、一般式:LiM1y1M2y2M3y3M4y4Ti2−y1−y2―y3−y4(ただし、M1はMg、Ca、Sr、BaおよびNiから選択される少なくとも一種の元素であり、M2はCr、Al、Ga、CoおよびYから選択される少なくとも一種の元素であり、M3はZrおよびGeから選択される少なくとも一種の元素であり、M4はV、Nb、SbおよびTaから選択される少なくとも一種の元素であり、xは0.9≦x≦1.1であり、y1は0≦y1≦1.1であり、y2は0≦y2≦1.1であり、y3は0≦y3≦1.1であり、y4は0≦y4≦1.1であり、y1+y2+y3+y4は0≦(y1+y2+y3+y4)≦1.1であり、(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)は2.9≦{(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)}≦3.1である。)で表されるリチウムチタン複合酸化物を主相とするリチウムチタン複合酸化物粉末であり、BET法によって求められる比表面積が1m/g〜50m/gであり、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiの(111)面に相当するX線回折ピークの半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとしたときに、Dが80nm以上であることを特徴とする蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。 (1) has a crystal structure belonging to the space group Fd-3m, the general formula: Li x M1 y1 M2 y2 M3 y3 M4 y4 Ti 2-y1-y2-y3-y4 O 4 ( provided that, M1 is Mg, Ca, Sr , Ba and Ni, M2 is at least one element selected from Cr, Al, Ga, Co and Y, and M3 is at least one element selected from Zr and Ge M4 is at least one element selected from V, Nb, Sb and Ta, x is 0.9 ≦ x ≦ 1.1, y1 is 0 ≦ y1 ≦ 1.1, and y2 Is 0 ≦ y2 ≦ 1.1, y3 is 0 ≦ y3 ≦ 1.1, y4 is 0 ≦ y4 ≦ 1.1, y1 + y2 + y3 + y4 is 0 ≦ (y1 + y2 + y3 + y4) ≦ 1.1, 2y + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) is a lithium-titanium composite oxide powder having a lithium-titanium composite oxide represented by 2.9 ≦ {(2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4)} ≦ 3.1. , specific surface area determined by the BET method is 1m 2 / g~50m 2 / g, the X-ray diffraction peak corresponding to (111) plane of LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m half the crystallite size calculated from the Scherrer formula from the width is taken as D X, the electrode active material for a lithium-titanium composite oxide powder of the power storage device, wherein the D X is 80nm or more.

(2) 比表面積相当径をDBETとしたときに、DBETとDの比DBET/D(μm/μm)が4以下であることを特徴とする(1)の蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。 (2) The electrode of the electricity storage device according to (1), wherein the ratio D BET / D X (μm / μm) of D BET and D X is 4 or less when the specific surface area equivalent diameter is D BET Lithium titanium composite oxide powder for active materials.

(3) 全細孔容積が0.001ml/g〜0.5ml/gであることを特徴とする(1)または(2)の蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。   (3) The lithium-titanium composite oxide powder for an electrode active material for an electricity storage device according to (1) or (2), wherein the total pore volume is 0.001 ml / g to 0.5 ml / g.

(4) 前記一般式において、y2がy2>0であることを特徴とする(1)〜(3)いずれかに記載の蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。   (4) The lithium titanium composite oxide powder for an electrode active material for an electricity storage device according to any one of (1) to (3), wherein y2 is y2> 0 in the general formula.

(5) 前記一般式において、y1、y2、y3およびy4のうち、少なくとも二種の係数が0より大きいことを特徴とする(1)〜(4)いずれかに記載の蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。   (5) The electrode active material for an electricity storage device according to any one of (1) to (4), wherein at least two of y1, y2, y3, and y4 in the general formula are greater than 0. Lithium titanium composite oxide powder.

(6) (1)〜(5)いずれかに記載の蓄電デバイスの電極用チタン酸リチウム粉末を含む活物質材料。   (6) An active material containing the lithium titanate powder for an electrode of the electricity storage device according to any one of (1) to (5).

(7) (6)の活物質材料と、グラファイト類、カーボンブラック類、およびカーボンナノチューブ類から選ばれる少なくとも一種の導電剤と、結着剤とを含むことを特徴とする蓄電デバイス用電極シート。   (7) An electrode sheet for an electricity storage device, comprising the active material of (6), at least one conductive agent selected from graphites, carbon blacks, and carbon nanotubes, and a binder.

(8) 前記導電剤として、カーボンナノチューブ類を少なくとも含むことを特徴とする(7)の蓄電デバイス用電極シート。   (8) The electrode sheet for an electricity storage device according to (7), wherein the conductive agent contains at least carbon nanotubes.

(9) 前記導電剤として、カーボンナノチューブ類に加えて、グラファイト類およびカーボンブラック類から選ばれる少なくとも一種の導電剤を含み、全導電剤中のカーボンナノチューブ類の割合が1質量%以上49質量%以下であることを特徴とする(8)の蓄電デバイス用電極シート。   (9) The conductive agent contains at least one conductive agent selected from graphites and carbon blacks in addition to carbon nanotubes, and the proportion of carbon nanotubes in the total conductive agent is 1% by mass or more and 49% by mass. The electrode sheet for an electricity storage device according to (8), characterized in that:

(10) 前記カーボンナノチューブ類が、そのグラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、前記カーボンナノチューブ類は、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする(7)〜(9)いずれかの蓄電デバイス用電極シート。   (10) The carbon nanotubes are formed by stacking 2 to 30 bell-shaped structural units having a top portion having a closed graphite mesh surface and a trunk portion having an open lower portion, sharing a central axis. A plurality of bell-shaped structural unit aggregates, and the carbon nanotubes are formed by connecting a plurality of bell-shaped structural unit aggregates at intervals in a head-to-tail manner to form fibers. The electrode sheet for an electricity storage device according to any one of (7) to (9).

(11) (7)〜(10)いずれかの記載の電極シートを用いることを特徴とする蓄電デバイス。   (11) An electricity storage device using the electrode sheet according to any one of (7) to (10).

(12) リチウムを吸蔵および放出可能な材料を活物質材料として含む正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水電解液と、を含む蓄電デバイスであって、前記負極が、(7)〜(10)いずれかの電極シートを含むことを特徴とする蓄電デバイス。   (12) An electricity storage device including a positive electrode including a material capable of inserting and extracting lithium as an active material, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. And the said negative electrode contains the electrode sheet in any one of (7)-(10), The electrical storage device characterized by the above-mentioned.

(13) 前記非水電解液が、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものであり、前記非水溶媒中にエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、および2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる少なくとも一種の環状カーボネートが含まれており、全環状カーボネート中のプロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネートおよび2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる少なくとも一種のアルキレン鎖を有する環状カーボネートの割合が55体積%以上100体積%以下であることを特徴とする(12)の蓄電デバイス。   (13) The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a nonaqueous solvent, and ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene are dissolved in the nonaqueous solvent. A ratio of cyclic carbonate having at least one alkylene chain selected from propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate in all cyclic carbonates, including at least one cyclic carbonate selected from carbonates (55) is 55 volume% or more and 100 volume% or less.

(14) 前記非水電解液が、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものであり、前記非水溶媒中にジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸メチルおよび酢酸エチルから選ばれる少なくとも一種のメチル基を有する鎖状エステルを含み、非水溶媒中の全鎖状エステルの含有量が60体積%以上90体積%以下であることを特徴とする(12)または(13)の蓄電デバイス。   (14) The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, and dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, methyl butyl carbonate, It contains a chain ester having at least one methyl group selected from methyl propionate, methyl acetate and ethyl acetate, and the content of all chain esters in the non-aqueous solvent is 60% by volume or more and 90% by volume or less. The electric storage device according to (12) or (13),

(15) 前記非水電解液が、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものであり、前記電解質塩として少なくともLiPFを非水電解液中に含み、更にLiBF、LiPOおよびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を0.001M以上1M以下の濃度で非水電解液中に含むことを特徴とする(12)〜(14)の蓄電デバイス。 (15) The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, and includes at least LiPF 6 as the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte, and further includes LiBF 4 , LiPO 2 F 2 and The electrical storage device according to (12) to (14), wherein at least one lithium salt selected from LiN (SO 2 F) 2 is contained in the nonaqueous electrolytic solution at a concentration of 0.001M to 1M.

(16) (11)〜(15)いずれかの蓄電デバイスがリチウムイオン二次電池であり、前記リチウムイオン二次電池の負極の完全充電状態における充電電位が、リチウム基準極に対して1.15V以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   (16) The power storage device according to any one of (11) to (15) is a lithium ion secondary battery, and a charging potential in a fully charged state of a negative electrode of the lithium ion secondary battery is 1.15 V with respect to a lithium reference electrode. A lithium ion secondary battery characterized by the above.

(17) 前記負極の完全放電状態における放電電位が、リチウム基準極に対して1.8V以下であることを特徴とする(16)のリチウムイオン二次電池。   (17) The lithium ion secondary battery according to (16), wherein a discharge potential of the negative electrode in a completely discharged state is 1.8 V or less with respect to a lithium reference electrode.

(18) 前記正極に含まれる活物質材料が、スピネル構造を有する複合金属酸化物であることを特徴とする(16)または(17)に記載のリチウムイオン二次電池。   (18) The lithium ion secondary battery according to (16) or (17), wherein the active material contained in the positive electrode is a composite metal oxide having a spinel structure.

(19) 前記スピネル構造を有する複合金属酸化物が、マンガンを含有することを特徴とする(18)に記載のリチウムイオン二次電池。   (19) The lithium ion secondary battery according to (18), wherein the composite metal oxide having a spinel structure contains manganese.

(20) 前記スピネル構造を有する複合金属酸化物が、LiMnまたはLiNi0.5Mn1.5であることを特徴とする(19)に記載のリチウムイオン二次電池。 (20) The lithium ion secondary battery according to (19), wherein the composite metal oxide having a spinel structure is LiMn 2 O 4 or LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .

(21) 前記スピネル構造を有する複合金属酸化物が、LiMnであることを特徴とする(19)に記載のリチウムイオン二次電池。 (21) The lithium ion secondary battery according to (19), wherein the composite metal oxide having a spinel structure is LiMn 2 O 4 .

本発明によれば、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に、高温における充放電サイクル寿命が長く、すなわち、高温における充放電サイクル後の放電容量維持率が大きく、また、充放電サイクル後のガス発生量が少ないリチウムチタン複合酸化物粉末、それを含む活物質材料、その活物質材料が用いられた電極シートおよび蓄電デバイスを提供することができる。   According to the present invention, when applied as an electrode material for an electricity storage device, the charge / discharge cycle life at high temperatures is long, that is, the discharge capacity retention rate after charge / discharge cycles at high temperatures is large, and the gas after charge / discharge cycles A lithium-titanium composite oxide powder with a small amount of generation, an active material containing the same, an electrode sheet using the active material, and an electricity storage device can be provided.

(リチウムチタン複合酸化物粉末)
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末は、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有する、一般式:LiM1y1M2y2M3y3M4y4Ti2−y1−y2―y3−y4(ただし、M1はMg、Ca、Sr、BaおよびNiから選択される少なくとも一種の元素であり、M2はCr、Al、Ga、CoおよびYから選択される少なくとも一種の元素であり、M3はZrおよびGeから選択される少なくとも一種の元素であり、M4はV、Nb、SbおよびTaから選択される少なくとも一種の元素であり、xは0.9≦x≦1.1であり、y1は0≦y1≦1.1であり、y2は0≦y2≦1.1であり、y3は0≦y3≦1.1であり、y4は0≦y4≦1.1であり、y1+y2+y3+y4は0≦(y1+y2+y3+y4)≦1.1であり、(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)は2.9≦{(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)}≦3.1である。)で表されるリチウムチタン複合酸化物を主相とするリチウムチタン複合酸化物粉末であり、BET法によって求められる比表面積が1m/g〜50m/gであり、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiM1y1M2y2M3y3M4y4Ti2−y1−y2―y3−y4(ただし、M1はMg、Ca、Sr、BaおよびNiから選択される少なくとも一種の元素であり、M2はCr、Al、Ga、CoおよびYから選択される少なくとも一種の元素であり、M3はZrおよびGeから選択される少なくとも一種の元素であり、M4はV、Nb、SbおよびTaから選択される少なくとも一種の元素であり、xは0.9≦x≦1.1であり、y1は0≦y1≦1.1であり、y2は0≦y2≦1.1であり、y3は0≦y3≦1.1であり、y4は0≦y4≦1.1であり、y1+y2+y3+y4は0≦(y1+y2+y3+y4)≦1.1であり、(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)は2.9≦{(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)}≦3.1である。)と同様のX線回折パターンを示す、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiの(111)面に相当するX線回折ピークの半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとしたときに、Dが80nm以上であることを特徴とする蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末である。
(Lithium titanium composite oxide powder)
The lithium titanium composite oxide powder of the present invention has a crystal structure belonging to the space group Fd-3m, and has a general formula: Li x M1 y1 M2 y2 M3 y3 M4 y4 Ti 2-y1-y2-y3-y4 O 4 , M1 is at least one element selected from Mg, Ca, Sr, Ba and Ni, M2 is at least one element selected from Cr, Al, Ga, Co and Y, and M3 is Zr and Ge M4 is at least one element selected from V, Nb, Sb and Ta, x is 0.9 ≦ x ≦ 1.1, and y1 is 0 ≦ y1 ≦ 1.1, y2 is 0 ≦ y2 ≦ 1.1, y3 is 0 ≦ y3 ≦ 1.1, y4 is 0 ≦ y4 ≦ 1.1, and y1 + y2 + y3 + y4 is 0 ≦ (y1 + y2 + 3 + y4) ≦ 1.1, and (2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) is 2.9 ≦ {(2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4)} ≦ 3.1.) a lithium-titanium composite oxide powder with a specific surface area determined by the BET method is that 1m 2 / g~50m 2 / g, Li x M1 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m y1 M2 y2 M3 y3 M4 y4 Ti 2-y1-y2-y3-y4 O 4 (where M1 is at least one element selected from Mg, Ca, Sr, Ba and Ni, and M2 is Cr, Al, Ga, Co and Y) At least one element selected from: M3 is at least selected from Zr and Ge Is also a kind of element, M4 is at least one element selected from V, Nb, Sb and Ta, x is 0.9 ≦ x ≦ 1.1, and y1 is 0 ≦ y1 ≦ 1.1. Y2 is 0 ≦ y2 ≦ 1.1, y3 is 0 ≦ y3 ≦ 1.1, y4 is 0 ≦ y4 ≦ 1.1, and y1 + y2 + y3 + y4 is 0 ≦ (y1 + y2 + y3 + y4) ≦ 1.1 (2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) is 2.9 ≦ {(2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4)} ≦ 3.1)) belonging to the space group Fd-3m, which belongs to the space group Fd-3m. When the crystallite diameter calculated from the Scherrer equation from the half-value width of the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of LiTi 2 O 4 having a structure is D X An electrode active material for lithium-titanium composite oxide powder of the power storage device, wherein the D X is 80nm or more.

ここで、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有する、一般式:LiM1y1M2y2M3y3M4y4Ti2−y1−y2―y3−y4(ただし、M1はMg、Ca、Sr、BaおよびNiから選択される少なくとも一種の元素であり、M2はCr、Al、Ga、CoおよびYから選択される少なくとも一種の元素であり、M3はZrおよびGeから選択される少なくとも一種の元素であり、M4はV、Nb、SbおよびTaから選択される少なくとも一種の元素であり、xは0.9≦x≦1.1であり、y1は0≦y1≦1.1であり、y2は0≦y2≦1.1であり、y3は0≦y3≦1.1であり、y4は0≦y4≦1.1であり、y1+y2+y3+y4は0≦(y1+y2+y3+y4)≦1.1であり、(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)は2.9≦{(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)}≦3.1である。)で表されるリチウムチタン複合酸化物を主相とするとは、X線回折法によって測定される回折ピークのうち、ICDD(PDF2010)のPDFカード00−040−0407におけるLiTiのメインピーク、すなわち空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiの(111)面(2θ=18.1〜18.5°)に帰属する回折ピークに相当するピークのピーク強度を100としたときに、検出される他の相のメインピークのピーク強度の合計が5以下であることを言う。 Here, the general formula Li x M1 y1 M2 y2 M3 y3 M4 y4 Ti 2-y1-y2-y3-y4 O 4 (where M1 is Mg, Ca, Sr) having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m. , Ba and Ni, M2 is at least one element selected from Cr, Al, Ga, Co and Y, and M3 is at least one element selected from Zr and Ge M4 is at least one element selected from V, Nb, Sb and Ta, x is 0.9 ≦ x ≦ 1.1, y1 is 0 ≦ y1 ≦ 1.1, and y2 Is 0 ≦ y2 ≦ 1.1, y3 is 0 ≦ y3 ≦ 1.1, y4 is 0 ≦ y4 ≦ 1.1, y1 + y2 + y3 + y4 is 0 ≦ (y1 + y2 + y3 + y4) ≦ 1.1, 2 1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) is 2.9 ≦ {(2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4)} ≦ 3.1.) The main phase is measured by the X-ray diffraction method. Among the diffraction peaks, the main peak of LiTi 2 O 4 in the PDF card 00-040-0407 of ICDD (PDF 2010), that is, the (111) plane of LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m ( When the peak intensity of the peak corresponding to the diffraction peak belonging to 2θ = 18.1 to 18.5 ° is defined as 100, the total peak intensity of the main peaks of other phases detected is 5 or less. Say.

前記一般式で表されるリチウムチタン複合酸化物を合成した場合に検出される他の相としては、通常、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタンおよびLiTiOが挙げられ、本発明のリチウムチタン複合酸化物としては、X線回折法によって測定される回折ピークのうち、ICDD(PDF2010)のPDFカード00−040−0407におけるLiTiのメインピーク、すなわち空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiの(111)面(2θ=18.1〜18.5°)に帰属する回折ピークに相当するピークのピーク強度を100としたときに、PDFカード01−070−6826におけるアナターゼ型二酸化チタンのメインピーク、すなわち(101)面(2θ=24.7〜25.7°)に帰属する回折ピークに相当するピークの強度、PDFカード01−070−7347におけるルチル型二酸化チタンのメインピーク、すなわち(110)面(2θ=27.2〜27.6°)に帰属する回折ピークに相当するピークの強度、PDFカード00−033−0831におけるLiTiOの(−133)面(2θ=2θ=43.5〜43.8°)に帰属する回折ピークに相当するピークのピーク強度に100/80を乗じて算出した、LiTiOのメインピークである(002)面相当のピーク強度の合計が5以下であることが好ましい。LiTiOについて、LiTiOのメインピークである(002)面帰属のピークに代えて、LiTiOの(−133)面帰属のピークの強度に100/80を乗じて算出した値を用いるものとし、これをLiTiOのメインピークである(002)面相当のピークの強度とする。LiTiOのメインピークである(002)面帰属のピークがLiTiの(111)面帰属のピークの裾野と重なってピーク分離処理が必要になることがあるのに対し、LiTiOの(−133)面帰属のピークは他の構成相帰属のピークと重ならないので、より簡単にLiTiOのメインピーク相当の強度を算出できるからである。また、100/80を乗じるのは、これらのピーク強度比に基づくものである。なお、「ICDD」は、International Centre for Diffraction Data(国際回折データセンター)の略であり、「PDF」は、Powder Diffraction File(粉末回折ファイル)の略である。 Other phases detected when the lithium titanium composite oxide represented by the above general formula is synthesized usually include anatase type titanium dioxide, rutile type titanium dioxide and Li 2 TiO 3, and the lithium of the present invention. As the titanium composite oxide, among the diffraction peaks measured by the X-ray diffraction method, the main peak of LiTi 2 O 4 in PDF card 00-040-0407 of ICDD (PDF2010), that is, a crystal belonging to the space group Fd-3m. When the peak intensity of a peak corresponding to the diffraction peak attributed to the (111) plane (2θ = 18.1 to 18.5 °) of LiTi 2 O 4 having a structure is 100, PDF card 01-070-6826 The main peak of anatase-type titanium dioxide at, ie, (101) plane (2θ = 24.7 to 25.7) ), The intensity of the peak corresponding to the diffraction peak attributed to), the main peak of rutile titanium dioxide in PDF card 01-070-7347, ie the diffraction attributed to the (110) plane (2θ = 27.2 to 27.6 °). The intensity of the peak corresponding to the peak, the peak corresponding to the diffraction peak attributed to the (−133) plane (2θ = 2θ = 43.5 to 43.8 °) of Li 2 TiO 3 in PDF card 00-033-0831 The total peak intensity corresponding to the (002) plane, which is the main peak of Li 2 TiO 3 , calculated by multiplying the peak intensity by 100/80, is preferably 5 or less. For Li 2 TiO 3, a main peak of Li 2 TiO 3 (002) plane attributed to place the peak was calculated by multiplying the 100/80 to the intensity of the peak of Li 2 TiO 3 of (-133) plane attributed The value is used, and this is the intensity of the peak corresponding to the (002) plane, which is the main peak of Li 2 TiO 3 . A main peak of Li 2 TiO 3 (002) plane whereas it may be necessary to peak separation peak attributions overlap with skirt of the peak of attribution (111) plane of LiTi 2 O 4, Li 2 This is because the peak corresponding to the (−133) plane of TiO 3 does not overlap with the peaks attributed to other constituent phases, and the intensity corresponding to the main peak of Li 2 TiO 3 can be calculated more easily. Also, multiplying by 100/80 is based on these peak intensity ratios. Note that “ICDD” is an abbreviation for International Center for Diffraction Data, and “PDF” is an abbreviation for Powder Diffraction File.

空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiM1y1M2y2M3y3M4y4Ti2−y1−y2―y3−y4(ただし、M1はMg、Ca、Sr、BaおよびNiから選択される少なくとも一種の元素であり、M2はCr、Al、Ga、CoおよびYから選択される少なくとも一種の元素であり、M3はZrおよびGeから選択される少なくとも一種の元素であり、M4はV、Nb、SbおよびTaから選択される少なくとも一種の元素であり、xは0.9≦x≦1.1であり、y1は0≦y1≦1.1であり、y2は0≦y2≦1.1であり、y3は0≦y3≦1.1であり、y4は0≦y4≦1.1であり、y1+y2+y3+y4は0≦(y1+y2+y3+y4)≦1.1であり、(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)は2.9≦{(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)}≦3.1である。)以外の成分は少ない方が、蓄電デバイスの初期放電容量が高くなりやすいため、これらの他の相は少ないことが好ましく、検出される他の相のメインピークのピーク強度の合計は3以下であることが特に好ましい。 Li x M1 y1 M2 y2 M3 y3 M4 y4 Ti 2-y1-y2-y3-y4 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m (although, M1 is selected from Mg, Ca, Sr, Ba and Ni M2 is at least one element selected from Cr, Al, Ga, Co and Y, M3 is at least one element selected from Zr and Ge, M4 is V, And at least one element selected from Nb, Sb and Ta, x is 0.9 ≦ x ≦ 1.1, y1 is 0 ≦ y1 ≦ 1.1, and y2 is 0 ≦ y2 ≦ 1. 1, y3 is 0 ≦ y3 ≦ 1.1, y4 is 0 ≦ y4 ≦ 1.1, y1 + y2 + y3 + y4 is 0 ≦ (y1 + y2 + y3 + y4) ≦ 1.1, and (2y1 + 3y2 + 4y + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) is 2.9 ≦ {(2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4)} ≦ 3.1.) The smaller the components, the higher the initial discharge capacity of the electricity storage device. The number of other phases is preferably small, and the total peak intensity of main peaks of other phases to be detected is particularly preferably 3 or less.

前記一般式におけるM1は、Mg、Ca、Sr、BaおよびNiから選択される少なくとも一種の元素である。M1がこれらの少なくとも一種の元素の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。M1としては、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率をさらに向上させる観点からは、MgまたはNiが好ましく、Mgが特に好ましい。   M1 in the general formula is at least one element selected from Mg, Ca, Sr, Ba, and Ni. When M1 is at least one of these elements, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment is increased. As M1, Mg or Ni is preferable and Mg is particularly preferable from the viewpoint of further improving the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment.

前記一般式におけるM2は、Cr、Al、Ga、CoおよびYから選択される少なくとも一種の元素である。M2がこれらの少なくとも一種の元素の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。M2としては、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率をさらに向上させる観点からは、AlまたはCrが好ましく、Crが特に好ましい。   M2 in the general formula is at least one element selected from Cr, Al, Ga, Co, and Y. When M2 is at least one of these elements, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment is increased. As M2, Al or Cr is preferable, and Cr is particularly preferable from the viewpoint of further improving the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment.

前記一般式におけるM3は、ZrおよびGeから選択される少なくとも一種の元素である。M3がこれらの少なくとも一種の元素の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。M3としては、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率を向上させる観点からは、Geが好ましい。   M3 in the general formula is at least one element selected from Zr and Ge. When M3 is at least one of these elements, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle under a high temperature environment is increased. As M3, Ge is preferable from the viewpoint of improving the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment.

前記一般式におけるM4は、V、Nb、SbおよびTaから選択される少なくとも一種の元素である。M4がこれらの少なくとも一種の元素の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。M4としては、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率を向上させる観点からは、VまたはNbが好ましく、Nbが特に好ましい。   M4 in the general formula is at least one element selected from V, Nb, Sb, and Ta. When M4 is at least one of these elements, the discharge capacity retention rate after a charge / discharge cycle in a high temperature environment increases. M4 is preferably V or Nb, particularly preferably Nb, from the viewpoint of improving the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment.

前記一般式におけるxの上限は1.1である。xが1.1以下の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。xの上限は、リチウムイオンの利用効率を最大化させて高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率を向上させる観点からは、好ましくは1.08であり、さらに好ましくは1.06であり、特に好ましくは1.04である。前記一般式におけるxの下限は0.9である。xが0.9以上の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。xの下限は、好ましくは0.92であり、さらに好ましくは0.94であり、特に好ましくは0.96以上である。   The upper limit of x in the general formula is 1.1. When x is 1.1 or less, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment increases. The upper limit of x is preferably 1.08, more preferably 1.06 from the viewpoint of maximizing the utilization efficiency of lithium ions and improving the discharge capacity retention rate after a charge / discharge cycle in a high temperature environment. And particularly preferably 1.04. The lower limit of x in the general formula is 0.9. When x is 0.9 or more, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment increases. The lower limit of x is preferably 0.92, more preferably 0.94, and particularly preferably 0.96 or more.

前記一般式におけるy1の上限は1.1である。y1が1.1以下の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。y1の上限は、結晶構造を強固にして高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率を向上させる観点から、1.08が好ましく、さらに好ましくは1.06であり、特に好ましくは1.04である。前記一般式におけるy1の下限は0である。y1の下限は、0.01が好ましく、さらに好ましくは0.05であり、特に好ましくは0.1である。   The upper limit of y1 in the general formula is 1.1. When y1 is 1.1 or less, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment increases. The upper limit of y1 is preferably 1.08, more preferably 1.06, and particularly preferably 1 from the viewpoint of strengthening the crystal structure and improving the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment. .04. The lower limit of y1 in the general formula is 0. The lower limit of y1 is preferably 0.01, more preferably 0.05, and particularly preferably 0.1.

前記一般式におけるy2の上限は1.1である。y2が1.1以下の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。y2の上限は、結晶構造を強固にして高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率を向上させる観点から、1.08が好ましく、さらに好ましくは1.06であり、特に好ましくは1.04である。前記一般式におけるy2の下限は0である。y2はy2>0であることが好ましい。y2の下限は、0.01が好ましく、さらに好ましくは0.05であり、特に好ましくは0.1である。   The upper limit of y2 in the general formula is 1.1. When y2 is 1.1 or less, the discharge capacity maintenance rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment increases. The upper limit of y2 is preferably 1.08, more preferably 1.06, and particularly preferably 1 from the viewpoint of strengthening the crystal structure and improving the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment. .04. The lower limit of y2 in the general formula is 0. y2 is preferably y2> 0. The lower limit of y2 is preferably 0.01, more preferably 0.05, and particularly preferably 0.1.

前記一般式におけるy3の上限は1.1である。y3が1.1以下の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。y3の上限は、結晶構造を強固にして高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率を向上させる観点から、1.08が好ましく、さらに好ましくは1.06であり、特に好ましくは1.04である。前記一般式におけるy3の下限は0である。y3の下限は、0.01が好ましく、さらに好ましくは0.05であり、特に好ましくは0.1である。   The upper limit of y3 in the general formula is 1.1. When y3 is 1.1 or less, the discharge capacity maintenance rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment increases. The upper limit of y3 is preferably 1.08, more preferably 1.06, and particularly preferably 1 from the viewpoint of strengthening the crystal structure and improving the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment. .04. The lower limit of y3 in the general formula is 0. The lower limit of y3 is preferably 0.01, more preferably 0.05, and particularly preferably 0.1.

前記一般式におけるy4の上限は1.1である。y4が1.1以下の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。y4の上限は、結晶構造を強固にして高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率を向上させる観点から、1.08が好ましく、さらに好ましくは1.06であり、特に好ましくは1.04である。前記一般式におけるy4の下限は0である。y4の下限は、0.01が好ましく、さらに好ましくは0.05であり、特に好ましくは0.1である。   The upper limit of y4 in the general formula is 1.1. When y4 is 1.1 or less, the discharge capacity maintenance rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment increases. The upper limit of y4 is preferably 1.08, more preferably 1.06, and particularly preferably 1 from the viewpoint of strengthening the crystal structure and improving the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment. .04. The lower limit of y4 in the general formula is 0. The lower limit of y4 is preferably 0.01, more preferably 0.05, and particularly preferably 0.1.

前記一般式におけるy1+y2+y3+y4の上限は1.1である。y1+y2+y3+y4が1.1以下の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。y1+y2+y3+y4の上限は、結晶構造を強固にして放電容量維持率を向上させる観点から、1.08が好ましく、さらに好ましくは1.06であり、特に好ましくは1.04である。前記一般式におけるy1+y2+y3+y4の下限は0である。y1+y2+y3+y4の下限は、0.01が好ましく、さらに好ましくは0.05であり、特に好ましくは0.1である。   The upper limit of y1 + y2 + y3 + y4 in the general formula is 1.1. When y1 + y2 + y3 + y4 is 1.1 or less, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high-temperature environment increases. The upper limit of y1 + y2 + y3 + y4 is preferably 1.08, more preferably 1.06, and particularly preferably 1.04 from the viewpoint of strengthening the crystal structure and improving the discharge capacity retention rate. The lower limit of y1 + y2 + y3 + y4 in the general formula is 0. The lower limit of y1 + y2 + y3 + y4 is preferably 0.01, more preferably 0.05, and particularly preferably 0.1.

本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末は、前記一般式において、(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)が、2.9≦{(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)}≦3.1である。(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)がこの範囲である場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)の上限は、3.08が好ましく、3.06がさらに好ましく、3.04が特に好ましい。(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)の下限は、2.92が好ましく、2.94がさらに好ましく、2.96以上が特に好ましい。   In the above general formula, the lithium titanium composite oxide powder of the present invention has (2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) satisfying 2.9 ≦ {(2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4)} ≦ 3.1. When (2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) is within this range, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high-temperature environment increases. The upper limit of (2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) is preferably 3.08, more preferably 3.06, and particularly preferably 3.04. The lower limit of (2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) is preferably 2.92, more preferably 2.94, and particularly preferably 2.96 or more.

また、前記一般式において、y1、y2、y3およびy4のうち、少なくとも二種の係数が0より大きいことが好ましい。特に、高温環境下での充放電サイクル特性に優れ、高温環境下での充放電サイクル後のガス発生が抑制されるからである。   In the general formula, at least two of y1, y2, y3, and y4 are preferably larger than zero. This is because, in particular, the charge / discharge cycle characteristics under a high temperature environment are excellent, and gas generation after the charge / discharge cycle under a high temperature environment is suppressed.

<比表面積>
BET法によって求められる本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積は1m/g〜50m/gである。比表面積がこの範囲であれば、粉体のハンドリング性を損なうことなく高い入出力特性が実現できる。これらの観点からは2m/g〜45m/gが好ましく、3m/g〜40m/gが特に好ましい。
<Specific surface area>
The specific surface area of the lithium-titanium composite oxide powder of the present invention as determined by the BET method is 1m 2 / g~50m 2 / g. If the specific surface area is in this range, high input / output characteristics can be realized without impairing the handling of the powder. Preferably 2m 2 / g~45m 2 / g from the above viewpoints, 3m 2 / g~40m 2 / g is particularly preferred.

<比表面積相当径DBET
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBETは、BET法により求める比表面積から算出される比表面積相当径である。本発明のリチウムチタン複合酸化物の比表面積相当径DBETは0.03μm〜0.6μmであることが好ましい。DBETが0.03μm〜0.6μmであれば、蓄電デバイスの充放電容量を大きくすることができる。また、DBETは0.03〜0.4μmであることが特に好ましく、この範囲であれば蓄電デバイスの入力特性も向上する。
<Specific surface area equivalent diameter D BET >
The specific surface area equivalent diameter D BET of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is a specific surface area equivalent diameter calculated from the specific surface area determined by the BET method. The specific surface area equivalent diameter D BET of the lithium titanium composite oxide of the present invention is preferably 0.03 μm to 0.6 μm. When D BET is 0.03 μm to 0.6 μm, the charge / discharge capacity of the electricity storage device can be increased. Moreover, it is especially preferable that D BET is 0.03 to 0.4 μm, and if it is within this range, the input characteristics of the electricity storage device are also improved.

<結晶子径D
本発明においては、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiの(111)面に相当する回折ピークの半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとする。ここで、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiの(111)面に相当する回折ピークとは、X線回折法によって測定される回折ピークのうち、ICDD(PDF2010)のPDFカード00−040−0407において、LiTiの(111)面(2θ=18.1〜18.5°)に帰属する回折ピークに相当するピークのことを言う。本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末のDは、80nm以上である。Dが80nmより大きいと、リチウムイオンが粒界を移動するときの抵抗の影響を最小限に抑えることができ、粒界をリチウムイオンが移動することで生じる分極増加による電池性能の低下を抑制できる。またDは500nm以下であることが好ましい。Dが500nm以下であれば粒子内部の拡散抵抗の影響を最小限に抑えることができ、粒子内部をリチウムイオンが移動することで生じる分極増加による電池性能の低下を抑制できる。Dの測定方法については、実施例にて詳細に説明する。
<Crystallite diameter D X >
In the present invention, the crystallite diameter calculated from the Scherrer equation from the half-value width of the diffraction peak corresponding to the (111) plane of LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m is represented by D X. Here, the diffraction peak corresponding to the (111) plane of LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m is a PDF of ICDD (PDF2010) among diffraction peaks measured by the X-ray diffraction method. In Card 00-040-0407, it refers to a peak corresponding to the diffraction peak attributed to the (111) plane (2θ = 18.1 to 18.5 °) of LiTi 2 O 4 . D X of the lithium-titanium composite oxide powder of the present invention is 80nm or more. Suppression and D X is larger than 80 nm, lithium ions can minimize the effects of resistance when moving the grain boundary, deterioration in battery performance due to polarization increases caused by the grain boundaries lithium ion moves it can. The D X is preferably at 500nm or less. D X it is possible to minimize the influence of diffusion resistance inside the particles as long as 500nm or less, it is possible to suppress the deterioration of the cell performance due to polarization increases caused by the internal particles of lithium ions to move. A method for measuring the D X, described in detail in Example.

<DBET/D(μm/μm)>
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末のDBETとDの比DBET/D(μm/μm)は、4以下であることが好ましく、3以下であることがより好ましく、2.5以下であることがさらに好ましく、2以下であることが特に好ましい。DBET/Dが小さいほど、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末が電極材料として適用された蓄電デバイスの、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。
<D BET / D X (μm / μm)>
The ratio D BET / D X (μm / μm) of D BET and D X of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is preferably 4 or less, more preferably 3 or less, and 2.5 or less. It is more preferable that it is 2 or less. The smaller the D BET / D X is, the larger the discharge capacity maintenance rate after a charge / discharge cycle in a high temperature environment of the electricity storage device to which the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is applied as an electrode material.

<全細孔容積>
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の全細孔容積は、0.001〜0.5ml/gであることが好ましい。全細孔容積がこの範囲であれば、蓄電デバイスに適用することで、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率の高い蓄電デバイスが得られる。全細孔容積は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率をさらに向上させる観点からは、0.005ml/g以上であることが好ましく、0.01ml/g以上であることがより好ましく、0.015ml/g以上であることが特に好ましい。また、0.45ml/g以下であることが好ましく、0.4ml/g以下であることが更に好ましく、0.35ml/g以下であることが特に好ましい。なお、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の全細孔容積は、ガス吸着法によって測定される全細孔容積である。
<Total pore volume>
The total pore volume of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is preferably 0.001 to 0.5 ml / g. When the total pore volume is within this range, an electricity storage device having a high discharge capacity retention rate after a charge / discharge cycle in a high temperature environment can be obtained by applying to the electricity storage device. The total pore volume is preferably 0.005 ml / g or more and more preferably 0.01 ml / g or more from the viewpoint of further improving the discharge capacity maintenance rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment. More preferably, it is particularly preferably 0.015 ml / g or more. Further, it is preferably 0.45 ml / g or less, more preferably 0.4 ml / g or less, and particularly preferably 0.35 ml / g or less. The total pore volume of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is the total pore volume measured by a gas adsorption method.

<体積中位粒径>
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の体積中位粒径(平均粒径、以下D50と記す)は、0.01〜30μmであることが好ましい。電極を作製する際に、リチウムチタン複合酸化物粉末の凝集を抑制し取扱性を良くするためには、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末のD50の上限は、好ましくは20μm以下であり、さらに好ましくは15μm以下であり、最も好ましくは10μm以下である。D50の下限は、0.1μm以上が好ましく、さらに好ましくは0.5μm以上である。ここでD50とは、体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して50%になる粒径を意味する。その測定方法については、後述の[各種物性測定方法]の〔5.粒度分布〕にて説明する。
<Volume median particle size>
The volume median particle size (average particle size, hereinafter referred to as D50) of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is preferably 0.01 to 30 μm. In order to suppress the aggregation of the lithium titanium composite oxide powder and improve the handleability when producing the electrode, the upper limit of D50 of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is preferably 20 μm or less, Preferably it is 15 micrometers or less, Most preferably, it is 10 micrometers or less. The lower limit of D50 is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.5 μm or more. Here, D50 means a particle size in which the cumulative volume frequency calculated by the volume fraction is 50% when integrated from the smaller particle size. The measurement method is described in [5. Particle size distribution].

(リチウムチタン複合酸化物粉末の製造方法)
以下に、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の製造方法の一例を、原料の調製工程、乾燥・造粒工程、および焼成工程に分けて説明するが、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の製造方法はこれに限定されない。
(Method for producing lithium titanium composite oxide powder)
Hereinafter, an example of the method for producing the lithium titanium composite oxide powder of the present invention will be described by dividing it into a raw material preparation process, a drying / granulation process, and a firing process. The manufacturing method is not limited to this.

<原料の調製工程>
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の原料としては、チタン原料およびリチウム原料を用いる。チタンサイトの一部を置換する金属元素(前記一般式におけるM1、M2、M3およびM4)を含有する組成のリチウムチタン複合酸化物粉末を得る場合は、これら原料に加えて、一種以上のチタンサイト置換元素の原料を用いる。チタン原料としては、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、Ti,HTiO、Ti金属等のチタン化合物が用いられる。二種類以上のチタン原料を用いても良い。チタン原料としては、短時間でリチウム原料と反応し易いことが好ましく、その観点で、アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。特にアナターゼ型に酸化チタンを用いる際は、ルチル化率が0%の完全アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。
<Raw material preparation process>
As a raw material of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention, a titanium raw material and a lithium raw material are used. When obtaining a lithium-titanium composite oxide powder having a composition containing a metal element (M1, M2, M3 and M4 in the above general formula) substituting a part of the titanium site, in addition to these raw materials, one or more titanium sites Substitute element materials are used. As the titanium raw material, titanium compounds such as anatase type titanium dioxide, rutile type titanium dioxide, Ti 2 O 3 , H 2 TiO 3 and Ti metal are used. Two or more kinds of titanium raw materials may be used. As a titanium raw material, it is preferable that it reacts easily with a lithium raw material in a short time, and the anatase type titanium dioxide is preferable from the viewpoint. In particular, when titanium oxide is used for the anatase type, complete anatase type titanium dioxide having a rutile ratio of 0% is preferable.

リチウム原料としては、水酸化リチウム一水和物、酸化リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸リチウム等のリチウム化合物が用いられるが、水酸化リチウム一水和物、炭酸リチウムが好ましい。   As the lithium raw material, lithium compounds such as lithium hydroxide monohydrate, lithium oxide, lithium hydrogen carbonate, and lithium carbonate are used, and lithium hydroxide monohydrate and lithium carbonate are preferable.

チタンサイトの一部を置換する元素の原料としては、Mの酸化物、水酸化物、窒化物、リン化物、硫化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、または炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩などの無機塩や、酢酸塩などの有機塩が用いられる。合成のしやすさの観点から、酸化物、フッ化物、硫酸塩、および酢酸塩が好ましい。   Examples of the raw material of the element that substitutes a part of the titanium site include M oxide, hydroxide, nitride, phosphide, sulfide, fluoride, chloride, bromide, iodide, or carbonate, sulfate, Inorganic salts such as nitrates, borates and phosphates, and organic salts such as acetates are used. From the viewpoint of ease of synthesis, oxides, fluorides, sulfates, and acetates are preferable.

本発明においては、以上の原料からなる混合物の焼成前に、混合物を構成する混合粉末のレーザ回折・散乱型粒度分布測定機にて測定される粒度分布曲線において、D95が4μm以下になるように調製することが好ましい。このD95は、Dを大きくし、DBET/D(μm/μm)を小さくし、全細孔容積を大きくする観点から、より好ましくは3μm以下であり、さらに好ましくは2.5μm以下であり、特に好ましくは2μm以下である。ここで、D95とは、体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して95%になる粒径のことである。混合物は、以上のように調製された混合粉末であっても、あるいは、以上のように調製された混合粉末を造粒して得られた造粒粉末であっても良い。また、焼成に供する混合物の状態を、以上の混合粉末または造粒粉末を含むスラリー状としても良い。混合物が造粒粉末である場合は、造粒粉末のD95が4μm以下である必要はなく、D95が4μm以下の混合粉末を造粒して得られた造粒粉末であることが好ましい。 In the present invention, before firing the mixture composed of the above raw materials, the particle size distribution curve measured by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring machine of the mixed powder constituting the mixture is such that D95 is 4 μm or less. It is preferable to prepare. The D95 is to increase the D x, to reduce the D BET / D X (μm / μm), from the viewpoint of increasing the total pore volume, more preferably 3μm or less, more preferably at 2.5μm or less Yes, particularly preferably 2 μm or less. Here, D95 is a particle size in which the cumulative volume frequency calculated by the volume fraction is 95% when integrated from the smaller particle size. The mixture may be a mixed powder prepared as described above, or a granulated powder obtained by granulating the mixed powder prepared as described above. Moreover, it is good also considering the state of the mixture used for baking as the slurry form containing the above mixed powder or granulated powder. When the mixture is a granulated powder, the D95 of the granulated powder is not necessarily 4 μm or less, and is preferably a granulated powder obtained by granulating a mixed powder having a D95 of 4 μm or less.

以上のチタン原料とリチウム原料、そして、チタンサイトの一部を置換する金属元素を含有する組成の場合は、これらに加えてチタンサイト置換元素の原料を混合する。チタン原料、リチウム原料、および必要に応じて加えるチタンサイト置換元素の原料の混合物の調製方法としては、次に挙げる方法を採用することができる。第一の方法は、原料を調合後、混合と同時に粉砕を行う方法である。第二の方法は、各原料を粉砕した後、これらを混合、あるいは軽く粉砕しながら混合する方法である。第三の方法は、各原料を晶析などの方法によって微粒子からなる粉末を製造し、必要に応じて分級して、これらを混合、あるいは軽く粉砕しながら混合する方法である。なかでも、第一の方法において、原料の混合と同時に粉砕を行う方法は、工程が少ない方法なので工業的に有利な方法である。   In the case of the composition containing the titanium raw material, the lithium raw material, and the metal element that substitutes a part of the titanium site, the raw material of the titanium site substitution element is mixed in addition to these. As a method for preparing a mixture of a titanium raw material, a lithium raw material, and a titanium site-substitution element raw material to be added as necessary, the following methods can be employed. The first method is a method in which the raw materials are mixed and then pulverized simultaneously with mixing. The second method is a method in which each raw material is pulverized and then mixed or mixed while lightly pulverizing. The third method is a method in which powders made of fine particles are produced from each raw material by a method such as crystallization, classified as necessary, and mixed while mixing or lightly pulverizing. Among them, in the first method, the method of pulverizing simultaneously with the mixing of the raw materials is an industrially advantageous method because it involves fewer steps.

[焼成工程]
次いで、得られた混合物を焼成する。焼成により得られる粉末の粒径を小さく、かつ結晶子径を大きくする観点からは、高温かつ短時間で焼成することが好ましい。このような観点から、焼成時の最高温度は、好ましくは820〜990℃であり、更に好ましくは840〜970℃であり、特に好ましくは860〜950℃である。同様に前記観点から、焼成時の最高温度での保持時間は、好ましくは8時間以下であり、より好ましくは7時間以下であり、更に好ましくは6時間以下である。焼成時の最高温度が高い時には、より短い保持時間を選択することになる。同様に、焼成により得られる粉末の粒径を小さく、かつ結晶子径を大きくする観点から、焼成時の昇温過程においては、700℃〜最高温度の滞留時間を特に短くすることが好ましく、例えば昇温速度を200℃/h以上にすることが好ましい。
[Baking process]
The resulting mixture is then fired. From the viewpoint of reducing the particle size of the powder obtained by firing and increasing the crystallite size, firing is preferably performed at a high temperature for a short time. From such a viewpoint, the maximum temperature during firing is preferably 820 to 990 ° C, more preferably 840 to 970 ° C, and particularly preferably 860 to 950 ° C. Similarly, from the above viewpoint, the holding time at the maximum temperature during firing is preferably 8 hours or less, more preferably 7 hours or less, and even more preferably 6 hours or less. When the maximum temperature during firing is high, a shorter holding time is selected. Similarly, from the viewpoint of reducing the particle size of the powder obtained by firing and increasing the crystallite size, it is preferable to particularly shorten the residence time from 700 ° C. to the highest temperature in the temperature rising process during firing, It is preferable that the heating rate is 200 ° C./h or more.

このような条件で焼成できる方法であれば、焼成方法は特に限定されるものではない。利用できる焼成炉としては、箱型や管状などの固定床式焼成炉、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、流動床式、ロータリーキルン式焼成炉が挙げられる。ただし、匣鉢に造粒粉末を収容して焼成するローラーハース式焼成炉、またはメッシュベルト式焼成炉を用いる場合は、得られるリチウムチタン複合酸化物粉末の品質を一定にするために、焼成時の混合粉末の温度分布を均一にすることが好ましく、匣鉢への混合粉末の収容量を少量にすることが好ましい。   The firing method is not particularly limited as long as it can be fired under such conditions. Examples of calcining furnaces that can be used include box-shaped and tubular fixed-bed calcining furnaces, roller hearth calcining furnaces, mesh belt calcining furnaces, fluidized-bed calcining furnaces, and rotary kiln calcining furnaces. However, when using a roller hearth firing furnace or a mesh belt firing furnace that contains the granulated powder in a sagger and fires, in order to keep the quality of the resulting lithium titanium composite oxide powder constant, It is preferable to make the temperature distribution of the mixed powder uniform, and it is preferable to reduce the amount of the mixed powder contained in the mortar.

焼成時の雰囲気は、特に限定されないが、チタン原料が、チタンの価数が4価のチタン原料のみの場合は、酸素を含む雰囲気であることが好ましく、チタン原料に、チタンの価数が4価以外のチタン原料が含まれる場合は、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性雰囲気であることが好ましい。   The atmosphere at the time of firing is not particularly limited, but when the titanium raw material is only a titanium raw material having a valence of titanium of 4, the atmosphere containing oxygen is preferable, and the titanium raw material has a valence of titanium of 4 When a titanium raw material other than the valence is included, an inert atmosphere such as argon gas or nitrogen gas is preferable.

(活物質材料)
本発明の活物質材料は、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末を含むものである。本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末以外の物質を1種又は2種以上含んでいてもよい。他の物質としては、例えば、炭素材料〔熱分解炭素類、コークス類、グラファイト類(人造黒鉛、天然黒鉛等)、有機高分子化合物燃焼体、炭素繊維〕、スズやスズ化合物、ケイ素やケイ素化合物が使用される。
(Active material)
The active material of the present invention contains the lithium titanium composite oxide powder of the present invention. One or more substances other than the lithium titanium composite oxide powder of the present invention may be contained. Examples of other substances include carbon materials (pyrolytic carbons, cokes, graphites (artificial graphite, natural graphite, etc.), organic polymer compound combustion bodies, carbon fibers), tin and tin compounds, silicon and silicon compounds. Is used.

(電極シート)
本発明の電極シートは、集電体の片面または両面に、電極合剤層として、本発明の活物質材料と、グラファイト類、カーボンブラック類、およびカーボンナノチューブ類から選ばれる少なくとも一種の導電剤と、結着剤とを含むことを特徴とする蓄電デバイス用電極シートであり、蓄電デバイスの設計形状に合わせて裁断され、負極として使用される。グラファイト類としては、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等が挙げられ、カーボンブラック類としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チェンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等が挙げられ、カーボンナノチューブ類としては、単相カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ(グラファイト層が多層同心円筒状)(非魚骨状)、カップ積層型カーボンナノチューブ(魚骨状(フィッシュボーン))、節型カーボンナノファイバー(非魚骨構造)、プレートレット型カーボンナノファイバー(トランプ状)などが挙げられる。これらグラファイト類とカーボンブラック類とカーボンナノチューブ類を適宜混合して用いることもできる。特に限定されることはないが、カーボンブラック類の比表面積は好ましくは30〜3000m/gであり、さらに好ましくは50〜2000m/gである。また、グラファイト類の比表面積は、好ましくは30〜600m/gであり、さらに好ましくは50〜500m/gである。また、カーボンナノチューブ類のアスペクト比は、好ましくは10〜1000である。このような導電剤であれば、特に電極密度が大きくなりやすく、高容量化が容易である。導電剤の添加量は、活物質の比表面積や導電剤の種類や組合せにより最適化されるが、電極合剤層全体に対して、好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは8質量%以下であり、さらに好ましくは6質量%以下である。
(Electrode sheet)
The electrode sheet of the present invention comprises, as an electrode mixture layer on one or both sides of a current collector, an active material of the present invention, and at least one conductive agent selected from graphites, carbon blacks, and carbon nanotubes. The electrode sheet for an electricity storage device including a binder, and is cut according to the design shape of the electricity storage device and used as a negative electrode. Examples of graphites include natural graphite (such as flake graphite), artificial graphite, and the like. Examples of carbon blacks include acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and the like. Carbon nanotubes include single-phase carbon nanotubes, multi-wall carbon nanotubes (graphite layers are multi-layer concentric cylinders) (non-fishbones), cup-stacked carbon nanotubes (fishbones), and nodal carbon nanofibers (Non-fishbone structure), platelet-type carbon nanofibers (like a playing card), and the like. These graphites, carbon blacks, and carbon nanotubes can be appropriately mixed and used. There is no particular limitation, specific surface area of the carbon blacks is preferably 30~3000m 2 / g, more preferably from 50~2000m 2 / g. The specific surface area of the graphite is preferably 30 to 600 m 2 / g, more preferably 50 to 500 m 2 / g. The aspect ratio of the carbon nanotubes is preferably 10 to 1000. With such a conductive agent, the electrode density is particularly likely to increase, and the capacity can be easily increased. The addition amount of the conductive agent is optimized depending on the specific surface area of the active material and the type and combination of the conductive agent, but is preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass with respect to the entire electrode mixture layer. Or less, more preferably 6% by mass or less.

また、本発明の電極シートは、前記導電剤として、カーボンナノチューブ類を含むことが好ましい。導電剤としてカーボンナノチューブ類が含まれれば、高温における充放電サイクル後の放電容量維持率がより大きくなる。カーボンナノチューブ類のうち、多層カーボンナノチューブ(グラファイト層が多層同心円筒状)(非魚骨状)が好ましく、なかでも、特開2012―46864などに記載されている、そのグラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、かつ、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成している繊維状炭素が特に好ましい。導電剤として、この繊維状炭素が含まれれば、高温における充放電サイクル後の放電容量維持率が特に大きくなる。   The electrode sheet of the present invention preferably contains carbon nanotubes as the conductive agent. If carbon nanotubes are included as a conductive agent, the discharge capacity retention rate after a charge / discharge cycle at a high temperature is further increased. Among the carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes (graphite layers are multi-layer concentric cylinders) (non-fish-bone-like) are preferable. In particular, a head with a closed graphite network surface described in JP 2012-46864 A or the like is used. A bell-shaped structural unit having a top portion and a body portion having an open bottom includes a plurality of bell-shaped structural unit assemblies formed by stacking 2 to 30 layers sharing a central axis, and a plurality of the bell-shaped structural units. Particularly preferred is fibrous carbon in which bell-shaped structural unit aggregates are connected in a head-to-tail manner at intervals to form fibers. If this fibrous carbon is contained as a conductive agent, the discharge capacity maintenance rate after a charge / discharge cycle at a high temperature is particularly increased.

さらに、本発明の電極シートは、前記導電剤として、カーボンナノチューブ類を含むことに加えて、グラファイト類およびカーボンブラック類から選ばれる少なくとも一種の導電剤を含むことが好ましく、その場合、全導電剤中のカーボンナノチューブ類の割合は1質量%以上49質量%以下であることが好ましく、5質量%以上40質量%以下であることがさらに好ましい。   Furthermore, the electrode sheet of the present invention preferably contains at least one conductive agent selected from graphites and carbon blacks in addition to containing carbon nanotubes as the conductive agent. The proportion of the carbon nanotubes in it is preferably 1% by mass or more and 49% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 40% by mass or less.

前記結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルピロリドン(PVP)、スチレンとブタジエンの共重合体(SBR)、アクリロニトリルとブタジエンの共重合体(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。特に限定されることはないが、ポリフッ化ビニリデンの分子量は、好ましくは2万〜20万である。電極合剤層の結着性を確保する観点から、2.5万以上であることが好ましく、3万以上であることがより好ましく、5万以上であることがさらに好ましい。導電性を確保する観点から、15万以下であることが好ましい。特に活物質の比表面積が10m/g以上の場合には、分子量は10万以上であることが好ましい。 Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylpyrrolidone (PVP), a copolymer of styrene and butadiene (SBR), and a copolymer of acrylonitrile and butadiene (NBR). ), Carboxymethylcellulose (CMC) and the like. Although not particularly limited, the molecular weight of polyvinylidene fluoride is preferably 20,000 to 200,000. From the viewpoint of securing the binding property of the electrode mixture layer, it is preferably 25,000 or more, more preferably 30,000 or more, and further preferably 50,000 or more. From the viewpoint of ensuring conductivity, it is preferably 150,000 or less. In particular, when the specific surface area of the active material is 10 m 2 / g or more, the molecular weight is preferably 100,000 or more.

前記結着剤の添加量は、活物質の比表面積や導電剤の種類や組合せにより最適化を行うが、通常、電極合剤層全体に対して、好ましくは0.2〜15質量%である。結着性を高め合剤層の強度を高める観点から、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましく、2質量%以上であることが特に好ましい。合剤層における活物質比率を高め、合剤層の単位質量および単位体積あたりの蓄電デバイスの放電容量を大きくする観点から、結着剤の添加量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。   The amount of the binder added is optimized depending on the specific surface area of the active material and the type and combination of the conductive agent, but is usually 0.2 to 15% by mass with respect to the entire electrode mixture layer. . From the viewpoint of enhancing the binding property and increasing the strength of the mixture layer, the content is more preferably 0.5% by mass or more, further preferably 1% by mass or more, and particularly preferably 2% by mass or more. From the viewpoint of increasing the active material ratio in the mixture layer and increasing the discharge capacity of the electricity storage device per unit mass and unit volume of the mixture layer, the addition amount of the binder is preferably 10% by mass or less, More preferably, it is 5 mass% or less.

前記集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、焼成炭素、あるいはそれらの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を被覆させたもの等が挙げられる。また、これらの材料の表面を酸化してもよく、表面処理により集電体表面に凹凸を付けてもよい。また、前記集電体の形態としては、例えば、シート、ネット、フォイル、フィルム、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発砲体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。   Examples of the current collector include aluminum, stainless steel, nickel, copper, titanium, baked carbon, and those whose surfaces are coated with carbon, nickel, titanium, and silver. Moreover, the surface of these materials may be oxidized, and unevenness | corrugation may be given to the collector surface by surface treatment. Examples of the shape of the current collector include a sheet, a net, a foil, a film, a punched one, a lath body, a porous body, a foamed body, a fiber group, and a nonwoven fabric molded body.

前記電極シートは、本発明の活物質材料、導電剤および結着剤に溶剤を加えて、これらを混合・混練し、さらに溶剤を加えながら粘度を調節して塗料化した後、前記集電体上に塗布し、乾燥、圧縮することによって得ることができる。   The electrode sheet is prepared by adding a solvent to the active material, conductive agent and binder of the present invention, mixing and kneading them, adjusting the viscosity while adding the solvent, and forming a paint. It can be obtained by coating on top, drying and compressing.

本発明の活物質材料、導電剤、および結着剤を溶剤中に混合する方法としては、特に限定されることはないが、本発明の活物質材料と導電剤と結着剤を同時に溶剤中で混合する方法、導電剤と結着剤をあらかじめ溶剤中で混合した後に本発明の活物質材料を追加混合する方法、本発明の活物質材料のスラリーと導電剤スラリーと結着剤溶液をあらかじめ作製し、それぞれを混合する方法などが挙げられる。これらの電極合剤層構成材料を合剤層に均一に分散させて存在させるには、導電剤と結着剤をあらかじめ溶剤中で混合した後に活物質を追加混合する方法および負極活物質スラリーと導電剤スラリーと結着剤溶液をあらかじめ作製し、それぞれを混合する方法が好ましい。   A method for mixing the active material of the present invention, the conductive agent, and the binder in the solvent is not particularly limited, but the active material of the present invention, the conductive agent, and the binder are simultaneously mixed in the solvent. The method of mixing in the method, the method of mixing the conductive material and the binder in a solvent in advance, and then the additional mixing of the active material of the present invention, the slurry of the active material of the present invention, the conductive agent slurry and the binder solution in advance The method of producing and mixing each is mentioned. In order to make these electrode mixture layer constituent materials uniformly disperse in the mixture layer, a method in which the conductive material and the binder are previously mixed in a solvent and then the active material is additionally mixed, and the negative electrode active material slurry, A method of preparing a conductive agent slurry and a binder solution in advance and mixing them is preferable.

溶剤としては、水や有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなど非プロトン性有機溶媒を単独、または2種類以上混合したものが挙げられ、好ましくはN−メチルピロリドンである。   As the solvent, water or an organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include aprotic organic solvents such as N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide, or a mixture of two or more kinds, preferably N-methylpyrrolidone.

溶剤に水を用いる場合には、結着剤を凝集させないために、結着剤は、最終的に所望の粘度に調整する段階で添加することが好ましい。また、負極集電体としてアルミニウムを用いた場合、アルミニウムの腐食を抑制するために、酸性化合物を加えて、pHを調整することが好ましい。酸性化合物としては、無機酸や有機酸のどちらも使用できる。無機酸としては、好ましくはリン酸、ホウ酸、シュウ酸であり、より好ましくはシュウ酸である。有機酸としては、好ましくは有機カルボン酸である。また、アルミニウムの腐食を防ぐ方法として、アルミニウム集電体の表面にカーボンなど耐アルカリ性のあるものを被覆させたアルミニウム集電体を用いるのが好ましい。溶剤に有機溶媒を用いる場合には、結着剤をあらかじめ有機溶媒に溶解させて使用することが好ましい。   When water is used as the solvent, the binder is preferably added at the stage of finally adjusting to a desired viscosity in order not to cause the binder to aggregate. When aluminum is used as the negative electrode current collector, it is preferable to adjust pH by adding an acidic compound in order to suppress corrosion of aluminum. As the acidic compound, either an inorganic acid or an organic acid can be used. As the inorganic acid, phosphoric acid, boric acid and oxalic acid are preferable, and oxalic acid is more preferable. The organic acid is preferably an organic carboxylic acid. Further, as a method for preventing corrosion of aluminum, it is preferable to use an aluminum current collector in which the surface of the aluminum current collector is coated with an alkali-resistant material such as carbon. In the case of using an organic solvent as the solvent, it is preferable to use the binder by dissolving it in an organic solvent in advance.

本発明の活物質材料、導電剤および結着剤に溶剤を加えて、混合・混練する装置としては、例えば、プラネタリーミキサーなどの混練容器内で攪拌棒が自転しながら公転するタイプの混練機、二軸押し出し型混練機、遊星式撹拌脱泡装置、ビーズミル、高速旋回型ミキサ、粉体吸引連続溶解分散装置などを用いることができる。また、固形分濃度が高い状態で、混合・混練を開始し、段階的に固形分濃度を下げて塗料の粘度を調整することが好ましく、その場合は、粘度に応じて、その粘度に適した前記混合・混練装置を使い分けることが好ましい。なお、混合・混練を開始する段階の固形分濃度は、好ましくは60〜90質量%、さらに好ましくは70〜90質量%である。
固形分濃度が60質量%以上であれば、本発明の活物質材料、結着剤、および導電剤を均一分散させるのに十分なせん断力を得ることができ、90質量%以下であれば、装置に極度に大きな負荷を与えることを避けることができる。
As an apparatus for mixing and kneading by adding a solvent to the active material, the conductive agent and the binder of the present invention, for example, a kneader of a type in which a stirring bar rotates while rotating in a kneading container such as a planetary mixer In addition, a twin-screw extrusion kneader, a planetary stirring and defoaming device, a bead mill, a high-speed swirling mixer, a powder suction continuous dissolution and dispersion device, and the like can be used. In addition, it is preferable to start mixing and kneading in a state where the solid content concentration is high, and adjust the viscosity of the coating material by gradually reducing the solid content concentration. It is preferable to use the mixing / kneading apparatus properly. The solid content concentration at the stage of starting mixing and kneading is preferably 60 to 90% by mass, and more preferably 70 to 90% by mass.
If the solid content concentration is 60% by mass or more, sufficient shearing force can be obtained to uniformly disperse the active material of the present invention, the binder, and the conductive agent, and if it is 90% by mass or less, It is possible to avoid applying an extremely large load to the device.

(蓄電デバイス)
本発明の蓄電デバイスは、本発明の電極シートを用いる蓄電デバイスであり、前記活物質材料を含む電極へのリチウムイオンのインターカレーション、脱インターカレーションを利用してエネルギーを貯蔵、放出するデバイスであって、例えば、ハイブリッドキャパシタやリチウム電池などである。
(Electric storage device)
The power storage device of the present invention is a power storage device using the electrode sheet of the present invention, and stores and releases energy using intercalation and deintercalation of lithium ions to the electrode containing the active material. For example, it is a hybrid capacitor or a lithium battery.

[ハイブリッドキャパシタ]
前記ハイブリッドキャパシタとしては、正極に、活性炭など電気二重層キャパシタの電極材料と同様の物理的な吸着によって容量が形成される活物質や、グラファイトなど物理的な吸着とインターカレーション、脱インターカレーションによって容量が形成される活物質や、導電性高分子などレドックスにより容量が形成される活物質を使用し、負極に前記活物質材料を使用するデバイスである。
[Hybrid capacitor]
As the hybrid capacitor, an active material having a capacity formed by physical adsorption similar to the electrode material of an electric double layer capacitor, such as activated carbon, or physical adsorption, intercalation, deintercalation, etc., such as graphite. In this device, an active material in which a capacity is formed by an active material having a capacity formed by redox, such as a conductive polymer, and the active material is used for a negative electrode.

[リチウム電池]
本発明のリチウム電池は、リチウム一次電池およびリチウム二次電池を総称する。また、本明細書において、リチウム二次電池という用語は、いわゆるリチウムイオン二次電池も含む概念として用いる。
[Lithium battery]
The lithium battery of the present invention is a generic term for a lithium primary battery and a lithium secondary battery. In this specification, the term lithium secondary battery is used as a concept including a so-called lithium ion secondary battery.

前記リチウム電池は、正極、負極および非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液等により構成されている。以下に、本発明のリチウム電池を構成する正極、非水電解液、リチウム電池の構造について説明する。   The lithium battery includes a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent, and the like. Below, the structure of the positive electrode which comprises the lithium battery of this invention, a non-aqueous electrolyte, and a lithium battery is demonstrated.

<非水電解液>
非水電解液は、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものである。この非水電解液には特に制限は無く、種々のものを用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte>
The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a nonaqueous solvent. There is no restriction | limiting in particular in this non-aqueous electrolyte, A various thing can be used.

前記電解質塩としては、非水電解質に溶解するものが用いられ、例えば、LiPF、LiBF、LiPO、LiN(SOF)、LiClO等の無機リチウム塩、LiN(SOCF、LiN(SO、LiCFSO、LiC(SOCF、LiPF(CF、LiPF(C、LiPF(CF、LiPF(iso−C、LiPF(iso−C)等の鎖状のフッ化アルキル基を含有するリチウム塩や、(CF(SONLi、(CF(SONLi等の環状のフッ化アルキレン鎖を含有するリチウム塩、ビス[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウム(リチウムビスオキサレートボラート)やジフルオロ[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウム等のオキサレート錯体をアニオンとするリチウム塩が挙げられる。これらの中でも、特に好ましい電解質塩は、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)であり、最も好ましい電解質塩はLiPFである。これらの電解質塩は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。また、これらの電解質塩の好適な組み合わせとしては、LiPFを含み、更にLiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が非水電解液中に含まれている場合が好ましい。 As the electrolyte salt, one that dissolves in a non-aqueous electrolyte is used. For example, an inorganic lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , LiN (SO 2 F) 2 , LiClO 4, or LiN (SO 2). CF 3) 2, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiCF 3 SO 3, LiC (SO 2 CF 3) 3, LiPF 4 (CF 3) 2, LiPF 3 (C 2 F 5) 3, LiPF 3 Lithium salts containing a chain-like fluorinated alkyl group such as (CF 3 ) 3 , LiPF 3 (iso-C 3 F 7 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ), and (CF 2 ) 2 ( SO 2 ) 2 NLi, (CF 2 ) 3 (SO 2 ) 2 NLi and other lithium salts containing cyclic fluorinated alkylene chains, bis [oxalate-O, O ′] lithium borate (lithium) And a lithium salt having an anion of an oxalate complex such as lithium (mubisoxalate borate) or difluoro [oxalate-O, O ′] lithium borate. Among these, particularly preferable electrolyte salts are LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN (SO 2 F) 2 , and the most preferable electrolyte salt is LiPF 6 . These electrolyte salts can be used singly or in combination of two or more. As the preferred combination of these electrolyte salts include LiPF 6, further LiBF 4, LiPO 2 F 2, and LiN (SO 2 F) at least one lithium salt selected from 2 nonaqueous solution Is preferable.

これら全電解質塩が溶解されて使用される濃度は、前記の非水溶媒に対して、通常0.3M以上が好ましく、0.5M以上がより好ましく、0.7M以上が更に好ましい。またその上限は、2.5M以下が好ましく、2.0M以下がより好ましく、1.5M以下が更に好ましい。   The concentration used by dissolving all the electrolyte salts is usually preferably 0.3 M or more, more preferably 0.5 M or more, and even more preferably 0.7 M or more with respect to the non-aqueous solvent. Moreover, the upper limit is preferably 2.5 M or less, more preferably 2.0 M or less, and even more preferably 1.5 M or less.

一方、前記非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エステル、エーテル、アミド、リン酸エステル、スルホン、ラクトン、ニトリル、S=O結合含有化合物等が挙げられ、環状カーボネートを含むことが好ましい。なお、「鎖状エステル」なる用語は、鎖状カーボネートおよび鎖状カルボン酸エステルを含む概念として用いる。   On the other hand, examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, chain esters, ethers, amides, phosphate esters, sulfones, lactones, nitriles, S═O bond-containing compounds, and the like, including cyclic carbonates. Is preferred. The term “chain ester” is used as a concept including a chain carbonate and a chain carboxylic acid ester.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種又は二種以上が挙げられ、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上が、50C充電レート特性の向上効果や高温保存時のガス発生量を低減する観点からより好適であり、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネートおよび2,3−ブチレンカーボネートから選ばれるアルキレン鎖を有する環状カーボネートの一種以上が更に好適である。全環状カーボネート中のアルキレン鎖を有する環状カーボネートの割合が55体積%〜100体積%であることが好ましく、60体積%〜90体積%であることが更に好ましい。   Examples of the cyclic carbonate include one or more selected from ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate. Ethylene carbonate, propylene carbonate, 1, One or more selected from 2-butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate are more preferable from the viewpoint of improving the 50C charge rate characteristics and reducing the amount of gas generated during high-temperature storage. Propylene carbonate, 1,2- One or more cyclic carbonates having an alkylene chain selected from butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate are more preferred. The ratio of the cyclic carbonate having an alkylene chain in the total cyclic carbonate is preferably 55% by volume to 100% by volume, and more preferably 60% by volume to 90% by volume.

したがって、前記非水電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上の環状カーボネートを含む非水溶媒に、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を含む電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることが好ましく、前記環状カーボネートとしては、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネートおよび2,3−ブチレンカーボネートから選ばれるアルキレン鎖を有する環状カーボネートの一種以上が更に好ましい。 Therefore, as the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous solvent containing one or more cyclic carbonates selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate, LiPF 6 , LiBF 4 , It is preferable to use a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt containing at least one lithium salt selected from LiPO 2 F 2 and LiN (SO 2 F) 2 is used. As the cyclic carbonate, propylene carbonate, 1, One or more cyclic carbonates having an alkylene chain selected from 2-butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate are more preferred.

また、特に、全電解質塩の濃度が0.5M以上2.0M以下であり、前記電解質塩として、少なくともLiPFを含み、更に0.001M以上1M以下のLiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩が含まれる非水電解液を用いることが好ましい。LiPF以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合が0.001M以上であると、蓄電デバイスの高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が発揮されやすく、1.0M以下であると高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が低下する懸念が少ないので好ましい。LiPF以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合は、好ましくは0.01M以上、特に好ましくは0.03M以上、最も好ましくは0.04M以上である。その上限は、好ましくは0.8M以下、さらに好ましくは0.6M以下、特に好ましくは0.4M以下である。 In particular, the concentration of the total electrolyte salt is 0.5 M or more and 2.0 M or less, and the electrolyte salt includes at least LiPF 6 and further 0.001 M or more and 1 M or less of LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN. It is preferable to use a nonaqueous electrolytic solution containing at least one lithium salt selected from (SO 2 F) 2 . When the proportion of the lithium salt other than LiPF 6 in the non-aqueous solvent is 0.001 M or more, the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics of the electricity storage device in a high-temperature environment and the reduction of gas generation after the charge / discharge cycle It is preferable that the effect is easily exhibited, and that it is 1.0 M or less because there is little concern that the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics under a high temperature environment and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle are reduced. The proportion of the lithium salt other than LiPF 6 in the non-aqueous solvent is preferably 0.01 M or more, particularly preferably 0.03 M or more, and most preferably 0.04 M or more. The upper limit is preferably 0.8M or less, more preferably 0.6M or less, and particularly preferably 0.4M or less.

また、前記非水溶媒は、適切な物性を達成するために、混合して使用されることが好ましい。その組合せは、例えば、環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとラクトンとの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとエーテルの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートと鎖状エステルとの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとニトリルとの組合せ、環状カーボネート類と鎖状カーボネートとS=O結合含有化合物との組合せ等が挙げられる。   The non-aqueous solvent is preferably used as a mixture in order to achieve appropriate physical properties. The combination includes, for example, a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate and a lactone, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate and an ether, a cyclic carbonate, a chain carbonate and a chain ester. Combinations, combinations of cyclic carbonates, chain carbonates, and nitriles, combinations of cyclic carbonates, chain carbonates, and S═O bond-containing compounds are included.

鎖状エステルとしては、メチルエチルカーボネート(MEC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、メチルイソプロピルカーボネート(MIPC)、メチルブチルカーボネート、およびエチルプロピルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の非対称鎖状カーボネート、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、およびジブチルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の対称鎖状カーボネート、ピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、ピバリン酸プロピル等のピバリン酸エステル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酢酸メチル、および酢酸エチル(EA)から選ばれる1種又は2種以上の鎖状カルボン酸エステルが好適に挙げられる。   As the chain ester, one or more asymmetric chain carbonates selected from methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propyl carbonate (MPC), methyl isopropyl carbonate (MIPC), methyl butyl carbonate, and ethyl propyl carbonate, One or more symmetrical linear carbonates selected from dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate, pivalate esters such as methyl pivalate, ethyl pivalate, and propyl pivalate Preferable examples include one or more chain carboxylic acid esters selected from methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl acetate, and ethyl acetate (EA).

前記鎖状エステルの中でも、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸メチルおよび酢酸エチル(EA)から選ばれるメチル基を有する鎖状エステルが好ましく、特にメチル基を有する鎖状カーボネートが好ましい。   Among the chain esters, chain esters having a methyl group selected from dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, methyl butyl carbonate, methyl propionate, methyl acetate and ethyl acetate (EA) are preferable. In particular, a chain carbonate having a methyl group is preferred.

また、鎖状カーボネートを用いる場合には、2種以上を用いることが好ましい。さらに対称鎖状カーボネートと非対称鎖状カーボネートの両方が含まれるとより好ましく、対称鎖状カーボネートの含有量が非対称鎖状カーボネートより多く含まれると更に好ましい。   Moreover, when using chain carbonate, it is preferable to use 2 or more types. Further, it is more preferable that both a symmetric chain carbonate and an asymmetric chain carbonate are contained, and it is further more preferable that the content of the symmetric chain carbonate is more than that of the asymmetric chain carbonate.

鎖状エステルの含有量は、特に制限されないが、非水溶媒の総体積に対して、60〜90体積%の範囲で用いるのが好ましい。該含有量が60体積%以上であれば非水電解液の粘度が高くなりすぎず、90体積%以下であれば非水電解液の電気伝導度が低下するなどして高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が低下するおそれが少ないので上記範囲であることが好ましい。   The content of the chain ester is not particularly limited, but it is preferably used in the range of 60 to 90% by volume with respect to the total volume of the nonaqueous solvent. When the content is 60% by volume or more, the viscosity of the non-aqueous electrolyte does not become too high, and when the content is 90% by volume or less, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte is decreased. The above range is preferable because there is little possibility that the effect of improving the discharge cycle characteristics and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle will be reduced.

鎖状カーボネート中に対称鎖状カーボネートが占める体積の割合は、51体積%以上が好ましく、55体積%以上がより好ましい。その上限としては、95体積%以下がより好ましく、85体積%以下であると更に好ましい。対称鎖状カーボネートにジメチルカーボネートが含まれると特に好ましい。また、非対称鎖状カーボネートはメチル基を有するとより好ましく、メチルエチルカーボネートが特に好ましい。上記の場合に一段と高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が向上するので好ましい。   The volume ratio of the symmetric chain carbonate in the chain carbonate is preferably 51% by volume or more, and more preferably 55% by volume or more. The upper limit is more preferably 95% by volume or less, and still more preferably 85% by volume or less. It is particularly preferred that the symmetric chain carbonate contains dimethyl carbonate. The asymmetric chain carbonate preferably has a methyl group, and methyl ethyl carbonate is particularly preferable. In the above case, it is preferable because the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics under a higher temperature environment and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle are improved.

環状カーボネートと鎖状エステルの割合は、高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果を高める観点から、環状カーボネート:鎖状エステル(体積比)が10:90〜45:55が好ましく、15:85〜40:60がより好ましく、20:80〜35:65が特に好ましい。   The ratio of cyclic carbonate and chain ester is cyclic carbonate: chain ester (volume ratio) from the viewpoint of improving the effect of improving charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle. Is preferably 10:90 to 45:55, more preferably 15:85 to 40:60, and particularly preferably 20:80 to 35:65.

<リチウム電池の構造>
本発明のリチウム電池の構造は特に限定されるものではなく、正極、負極および単層又は複層のセパレータを有するコイン型電池、さらに、正極、負極およびロール状のセパレータを有する円筒型電池や角型電池等が一例として挙げられる。
<Structure of lithium battery>
The structure of the lithium battery of the present invention is not particularly limited, and a coin-type battery having a positive electrode, a negative electrode, and a single-layer or multi-layer separator, and a cylindrical battery and a corner having a positive electrode, a negative electrode, and a roll separator. An example is a type battery.

前記セパレータとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持った絶縁性の薄膜が用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース紙、ガラス繊維紙、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド微多孔膜などが挙げられ、2種以上を組み合わせて構成された多層膜としたものも用いることができる。またこれらのセパレータ表面にPVDF、シリコン樹脂、ゴム系樹脂などの樹脂や、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸化マグネシウムなどの金属酸化物の粒子などをコーティングすることもできる。前記セパレータの孔径としては、一般的に電池用として有用な範囲であればよく、例えば、0.01〜10μmである。前記セパレータの厚みとしては、一般的な電池用の範囲であればよく、例えば5〜300μmである。   As the separator, an insulating thin film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. For example, polyethylene, polypropylene, cellulose paper, glass fiber paper, polyethylene terephthalate, polyimide microporous film and the like can be mentioned, and a multilayer film constituted by combining two or more kinds can also be used. In addition, the surfaces of these separators can be coated with resin such as PVDF, silicon resin, rubber-based resin, particles of metal oxide such as aluminum oxide, silicon dioxide, and magnesium oxide. The pore diameter of the separator may be in a range generally useful for batteries, and is, for example, 0.01 to 10 μm. The thickness of the separator may be in a general battery range, and is, for example, 5 to 300 μm.

[リチウムイオン二次電池]
本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を活物質材料として含む正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水電解液と、を含むリチウムイオン二次電池であって、前記負極が、本発明の電極シートを含み、前記負極の完全充電状態における充電電位が、リチウム基準極に対して1.15V以上であることが好ましい。本発明のリチウムイオン二次電池においては、負極の完全充電状態における充電電位がこの範囲であれば、さらに高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなるからである。前記負極の完全充電状態における充電電位は、リチウム基準極に対して1.2V以上であることがさらに好ましく、1.25V以上であることが特に好ましい。以上の範囲とすることによって、特に高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。また、前記リチウムイオン二次電池において、前記負極の完全充電状態における充電電位が前記範囲にあることに加えて、前記負極の完全放電状態における放電電位が、リチウム基準極に対して1.8V以下であることがさらに好ましい。本発明のリチウムイオン二次電池においては、負極の完全放電状態における充電電位がこの範囲であれば、さらに高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなる。負極の完全放電状態における放電電位がこの範囲であれば、さらに高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなるからである。前記負極の完全放電状態における放電電位は、リチウム基準極に対して1.7V以下であることがさらに好ましく、1.6V以下であることが特に好ましい。以上の範囲とすることによって、特に高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなり、高温環境下でのガス発生も抑制される。
[Lithium ion secondary battery]
A lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode containing a material capable of inserting and extracting lithium as an active material, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte, It is preferable that the negative electrode includes the electrode sheet of the present invention, and a charging potential of the negative electrode in a fully charged state is 1.15 V or more with respect to a lithium reference electrode. . This is because, in the lithium ion secondary battery of the present invention, when the charge potential in the fully charged state of the negative electrode is in this range, the discharge capacity maintenance rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment is further increased. The charging potential of the negative electrode in a fully charged state is more preferably 1.2 V or more, and particularly preferably 1.25 V or more with respect to the lithium reference electrode. By setting it as the above range, the discharge capacity maintenance rate after the charge / discharge cycle especially in a high temperature environment becomes large. In the lithium ion secondary battery, in addition to the charge potential in the fully charged state of the negative electrode being in the above range, the discharge potential in the fully discharged state of the negative electrode is 1.8 V or less with respect to the lithium reference electrode. More preferably. In the lithium ion secondary battery of the present invention, when the charge potential in the complete discharge state of the negative electrode is within this range, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment is further increased. This is because if the discharge potential in the complete discharge state of the negative electrode is within this range, the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a higher temperature environment is further increased. The discharge potential in the complete discharge state of the negative electrode is more preferably 1.7 V or less, and particularly preferably 1.6 V or less with respect to the lithium reference electrode. By setting it as the above range, the discharge capacity maintenance factor after the charging / discharging cycle especially in a high temperature environment becomes large, and the gas generation in a high temperature environment is also suppressed.

本発明のリチウムイオン二次電池の正極に含まれる活物質材料としては、スピネル構造を有する複合金属酸化物であることが好ましい。高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が大きくなるからである。ここで、スピネル構造を有する複合金属酸化物としては、具体的にはLiMn、LiNi0.5Mn1.5、LiMg0.5Mn1.5、LiNi0.5Ge1.5、LiNiVO、LiMnVO、LiMnVO、などが挙げられる。そして、これらスピネル構造を有する複合金属酸化物のなかでも、マンガンを含有する複合金属酸化物が好ましく、LiMnまたはLiNi0.5Mn1.5がさらに好ましく、LiMnが特に好ましい。これら二種の場合は、高温環境下での充放電サイクル後の放電容量維持率が特に大きくなる。なお、これらのスピネル構造を有する複合金属酸化物は、構成元素の一部が他の元素で置換された組成物であっても良い。 The active material contained in the positive electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention is preferably a composite metal oxide having a spinel structure. This is because the discharge capacity retention rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment is increased. Here, as the composite metal oxide having a spinel structure, specifically, LiMn 2 O 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiMg 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiNi 0.5 Ge 1.5 O 4 , LiNiVO 4 , LiMnVO 4 , LiMnVO 4 , and the like. Among these composite metal oxides having a spinel structure, a composite metal oxide containing manganese is preferable, LiMn 2 O 4 or LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 is more preferable, and LiMn 2 O 4 is Particularly preferred. In these two types, the discharge capacity maintenance rate after the charge / discharge cycle in a high temperature environment is particularly large. Note that the composite metal oxide having the spinel structure may be a composition in which a part of the constituent elements is replaced with another element.

次に、本発明の詳細について、実施例および比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から容易に類推可能な様々な組み合わせを包含する。特に、実施例の非水電解液構成する溶媒の組み合わせに限定されるものではない。以下に記載の実施例、比較例に挙げる物性値の詳細について記載する。   Next, the details of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and can be easily inferred from the gist of the invention. Including any combination. In particular, it is not limited to the combination of the solvent which comprises the non-aqueous electrolyte of an Example. Details of the physical property values given in the following examples and comparative examples are described.

(各種物性測定方法)
〔1.XRD〕
測定装置として、CuKα線を用いたX線回折装置(株式会社リガク製、RINT−TTR−III型)を用いた。X線回折測定の測定条件は、測定角度範囲(2θ):10°〜90°、ステップ間隔:0.02°、測定時間:0.25秒/ステップ、線源:CuKα線、管球の電圧:50kV、電流:300mAとした。
(Various physical property measurement methods)
[1. XRD]
As a measuring device, an X-ray diffractometer using CuKα ray (Rigaku Corporation, RINT-TTR-III type) was used. The measurement conditions of the X-ray diffraction measurement are: measurement angle range (2θ): 10 ° to 90 °, step interval: 0.02 °, measurement time: 0.25 seconds / step, radiation source: CuKα ray, tube voltage : 50 kV, current: 300 mA.

得られたX線回折測定結果より、ICDD(PDF2010)のPDFカード00−040−0407におけるLiTiのメインピーク、すなわち空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiの(111)面(2θ=18.1〜18.5°)に帰属する回折ピークに相当するピークの回折強度、ICDD(PDF2010)のPDFカード01−070−6826におけるアナターゼ型二酸化チタンのメインピーク、すなわち(101)面(2θ=24.7〜25.7°)に帰属する回折ピークに相当するピークの強度、ICDD(PDF2010)のPDFカード01−070−7347におけるルチル型二酸化チタンのメインピーク、すなわち(110)面(2θ=27.2〜27.6°)に帰属する回折ピークに相当するピークの強度、ICDD(PDF2010)のPDFカード00−033−0831におけるLiTiOの(−133)面(2θ=43.5〜43.8°)に帰属する回折ピークに相当するピークの強度を測定した。また、前記の、LiTiOの(−133)面(2θ=43.5〜43.8°)に帰属する回折ピークに相当するピークの強度に100/80を乗じてLiTiOのメインピーク強度((002)面相当のピークの強度)を算出した。そして、空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiのメインピーク強度を100としたときの、前記のルチル型二酸化チタン、アナターゼ型二酸化チタン、およびLiTiOのメインピーク強度の相対値を算出した。 From the obtained X-ray diffraction measurement results, the main peak of LiTi 2 O 4 in the PDF card 00-040-0407 of ICDD (PDF2010), that is, (111) of LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m. ) The diffraction intensity of the peak corresponding to the diffraction peak attributed to the plane (2θ = 18.1 to 18.5 °), the main peak of anatase-type titanium dioxide in PDF card 01-070-6826 of ICDD (PDF2010), ie ( 101) the intensity of the peak corresponding to the diffraction peak attributed to the plane (2θ = 24.7 to 25.7 °), the main peak of rutile titanium dioxide in PDF card 01-070-7347 of ICDD (PDF2010), that is, ( 110) diffraction peak attributed to the plane (2θ = 27.2 to 27.6 °) Intensity of a peak equivalent to the peak corresponding to the diffraction peak assigned to Li 2 TiO 3 of (-133) plane (2 [Theta] = 43.5-43.8 °) in the PDF card 00-033-0831 of ICDD (PDF2010) The strength of was measured. Further, the, Li 2 TiO 3 of (-133) plane by multiplying the 100/80 to the intensity of the peak corresponding to the diffraction peak attributable to (2 [Theta] = from 43.5 to 43.8 °) of Li 2 TiO 3 The main peak intensity (the intensity of the peak corresponding to the (002) plane) was calculated. The main peak intensities of the rutile titanium dioxide, anatase titanium dioxide, and Li 2 TiO 3 when the main peak intensity of LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m is 100 are shown. Relative values were calculated.

〔2.結晶子径(D)〕
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の結晶子径(D)は、CuKα線を用いたX線回折装置(株式会社リガク製、RINT−TTR−III型)を用いて測定した。測定条件を、測定角度範囲(2θ):15.8°〜21.0°、ステップ間隔:0.01°、測定時間:1秒/ステップ、線源:CuKα線、管球の電圧:50kV、電流:300mAとして得られた、ICDD(PDF2010)のPDFカード00−040−0407におけるLiTiのメインピーク、すなわち空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiの(111)面(2θ=18.1〜18.5°)のピーク半値幅から、Scherrerの式、すなわち以下の式(1)より求めた。なお、半値幅の算出においては、回折装置の光学系による線幅を補正する必要があり、この補正にはシリコン粉末を使用した。
= K・λ/( FW(S)・cosθ) ・・・(1)
FW(S)^D = FWHM^D − FW(I)^D
FW(I)=f0+f1×(2θ)+f2×(2θ)
θ=(t0+t1×(2θ)+t2(2θ))/2
K:Scherrer定数(0.94)
λ:CuKα線の波長(1.54059Å)
FW(S):試料固有の半値幅(FWHM)
FW(I):装置固有の半値幅(FWHM)
D:デコンボリューションパラメータ(1.3)
f0=5.108673E−02
f1=1.058424E−04
f2=6.871481E−06
θ:ブラッグ角の補正値
t0=−3.000E−03
t1=5.119E−04
t2=−3.599E−06
[2. Crystallite diameter (D X )]
The crystallite diameter (D X ) of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention was measured using an X-ray diffractometer (RINT-TTR-III, manufactured by Rigaku Corporation) using CuKα rays. Measurement conditions were as follows: measurement angle range (2θ): 15.8 ° to 21.0 °, step interval: 0.01 °, measurement time: 1 second / step, radiation source: CuKα ray, tube voltage: 50 kV, Current: Main peak of LiTi 2 O 4 in PDF card 00-040-0407 of ICDD (PDF2010) obtained as 300 mA, that is, (111) plane of LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to space group Fd-3m From the peak half-value width of (2θ = 18.1 to 18.5 °), it was obtained from the Scherrer equation, that is, the following equation (1). In calculating the half width, it is necessary to correct the line width by the optical system of the diffractometer, and silicon powder was used for this correction.
D X = K · λ / (FW (S) · cos θ c ) (1)
FW (S) ^ D = FWHM ^ D-FW (I) ^ D
FW (I) = f0 + f1 × (2θ) + f2 × (2θ) 2
θ c = (t0 + t1 × (2θ) + t2 (2θ) 2 ) / 2
K: Scherrer constant (0.94)
λ: wavelength of CuKα 1 line (1.54059 mm)
FW (S): Sample-specific half-width (FWHM)
FW (I): Device-specific half-width (FWHM)
D: Deconvolution parameter (1.3)
f0 = 5.108673E-02
f1 = 1.058424E-04
f2 = 6.871481E-06
θ c : Bragg angle correction value t0 = −3,000E-03
t1 = 5.119E-04
t2 = −3.599E-06

〔3.比表面積(m/g)〕
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末について、株式会社マウンテック製、全自動BET比表面積測定装置、商品名「Macsorb HM model−1208」を使用し、液体窒素を用いて一点法でBET比表面積を測定した。
[3. Specific surface area (m 2 / g)]
About the lithium titanium composite oxide powder of the present invention, a BET specific surface area is measured by a one-point method using liquid nitrogen using a fully automatic BET specific surface area measuring device, trade name “Macsorb HM model-1208” manufactured by Mountec Co., Ltd. did.

〔4.BET径(DBET)〕
BET径(DBET)は、粉末を構成する全ての粒子が同一径の球と仮定して、下記の式(2)より求めた。ここで、DBETはBET径(μm)、ρはリチウムチタン複合酸化物の真密度(g/cc)、Sは〔3.比表面積(m/g)〕で説明した方法で測定された比表面積(m/g)である。
BET = 6/(ρ×S) ・・・(2)
[4. BET diameter (D BET )]
The BET diameter (D BET ) was calculated from the following formula (2) on the assumption that all particles constituting the powder were spheres having the same diameter. Here, D BET is the BET diameter (μm), ρ S is the true density (g / cc) of the lithium titanium composite oxide, and S is [3. Specific surface area (m 2 / g) measured by the method described in “Specific surface area (m 2 / g)”.
D BET = 6 / (ρ S × S) (2)

〔5.粒度分布〕
本発明のリチウムチタン複合酸化物の粒度分布の測定には、レーザ回折・散乱型粒度分布測定機(日機装株式会社、マイクロトラックMT3300EXII)を用いた。測定試料の調整には、イオン交換水を測定溶媒として用いた。50mlの測定溶媒に約50mgの試料を投入し、さらに界面活性剤である0.2%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を1cc添加し、得られた測定用スラリーを超音波分散機で処理した。分散処理が施された測定用スラリーを測定セルに収容して、さらに測定溶媒を加えてスラリー濃度を調整した。スラリーの透過率が適正範囲になったところで粒度分布測定を行った。
[5. Particle size distribution)
For the measurement of the particle size distribution of the lithium titanium composite oxide of the present invention, a laser diffraction / scattering type particle size distribution analyzer (Nikkiso Co., Ltd., Microtrac MT3300EXII) was used. For the preparation of the measurement sample, ion exchange water was used as a measurement solvent. About 50 mg of a sample was put into 50 ml of a measurement solvent, and 1 cc of 0.2% sodium hexametaphosphate aqueous solution as a surfactant was added, and the obtained measurement slurry was processed with an ultrasonic disperser. The measurement slurry subjected to the dispersion treatment was accommodated in a measurement cell, and a measurement solvent was added to adjust the slurry concentration. The particle size distribution was measured when the transmittance of the slurry was within an appropriate range.

〔6.全細孔容積の測定(ガス吸着法)〕
本発明のリチウムナトリウムチタン複合酸化物の全細孔容積は、全自動ガス吸着量測定装置AC1−iQ(QUANTACHROME製)を用いて、ガス吸着法により以下の通り測定した。リチウムナトリウムチタン複合酸化物粉末1gを、ステム径6mmの測定セル(ラージセル)に収容して、前記測定装置に格納し、200℃の真空下で15時間脱気した。前記測定装置にて、吸着ガスとして窒素ガスを使用し、定容法により、全自動ガス吸着量測定を行い、全細孔容積を測定した。
[6. Measurement of total pore volume (gas adsorption method)]
The total pore volume of the lithium sodium titanium composite oxide of the present invention was measured by a gas adsorption method using a fully automatic gas adsorption amount measuring apparatus AC1-iQ (manufactured by QUANTACHROME) as follows. 1 g of lithium sodium titanium composite oxide powder was accommodated in a measuring cell (large cell) having a stem diameter of 6 mm, stored in the measuring device, and deaerated under vacuum at 200 ° C. for 15 hours. With the measurement apparatus, nitrogen gas was used as the adsorption gas, and a fully automatic gas adsorption amount measurement was performed by a constant volume method to measure the total pore volume.

(実施例1−1)
<原料の調製>
LiOH・HO(Alfa Aesar(AFA)製 製品番号:A15519)とTi(和光純薬工業製 製品番号:207―18941)とアナターゼ型TiO(平均粒径 0.6μm)を、表1に示す組成物になるように、また、TiとTiOの比率がモル比で0.45/1.1(Ti/TiO)になるように秤量した。秤量した粉末を、ZrOボール(直径 2mm)と共に容器に入れ、得られる混合粉末のD95が1.0μmになるまで、ボールミルで混合・粉砕した。
(Example 1-1)
<Preparation of raw materials>
LiOH.H 2 O (manufactured by Alfa Aesar (AFA), product number: A15519), Ti 2 O 3 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, product number: 207-18941) and anatase TiO 2 (average particle size 0.6 μm), The composition was weighed so that the composition shown in Table 1 was obtained and the ratio of Ti 2 O 3 and TiO 2 was 0.45 / 1.1 (Ti 2 O 3 / TiO 2 ) in terms of molar ratio. The weighed powder was put in a container together with ZrO 2 balls (diameter 2 mm), and mixed and pulverized with a ball mill until D95 of the obtained mixed powder became 1.0 μm.

<焼成>
得られた混合粉末を、高純度アルミナ製の匣鉢に充填し、固定床式の管状炉を用いて、Ar雰囲気中890℃で6時間保持して焼成した。昇温速度は200℃/hとした。その後、得られた焼成物を回収し、篩(目の粗さ:45μm)分けし、篩を通過した粉末を収集し、リチウムチタン複合酸化物粉末を得た。
<Baking>
The obtained mixed powder was filled in a high-purity alumina sagger and fired at 890 ° C. for 6 hours in an Ar atmosphere using a fixed-bed tubular furnace. The heating rate was 200 ° C./h. Thereafter, the fired product obtained was collected, sieved (mesh roughness: 45 μm), and the powder that passed through the sieve was collected to obtain a lithium titanium composite oxide powder.

得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を[各種物性測定方法]で説明した方法で測定した。以上の実施例1の製造条件およびリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を、他の実施例、比較例と併せて表1および表2に示す。   The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the methods described in [Methods for measuring various physical properties]. The production conditions of Example 1 and the physical properties of the lithium titanium composite oxide powder are shown in Tables 1 and 2 together with other examples and comparative examples.

(電気化学評価)
<特性評価用非水電解液の調製>
特性を評価するための電池に用いる非水電解液は、次のように調製した。エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC):メチルエチルカーボネート(MEC):ジメチルカーボネート(DMC)(体積比)=10:20:20:50の非水溶媒を調製し、これに電解質塩としてLiPFを1M、LiPOを0.05Mの濃度になるように溶解して非水電解液を調製した。
(Electrochemical evaluation)
<Preparation of non-aqueous electrolyte for characteristic evaluation>
The non-aqueous electrolyte used for the battery for evaluating the characteristics was prepared as follows. A nonaqueous solvent of ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC): methyl ethyl carbonate (MEC): dimethyl carbonate (DMC) (volume ratio) = 10: 20: 20: 50 was prepared, and LiPF was used as an electrolyte salt thereof. 6 was dissolved to a concentration of 1M and LiPO 2 F 2 to a concentration of 0.05M to prepare a non-aqueous electrolyte.

<導電剤用多層カーボンナノチューブの調製>
{多層カーボンナノチューブの合成}
イオン交換水中に、金属元素のモル比がCo:Mg:Al=8:66:26となるように、硝酸コバルト〔Co(NO・6HO:分子量291.03〕、硝酸マグネシウム〔Mg(NO)2・6HO:分子量256.41〕、硝酸アルミニウム〔Al(NO・9HO:分子量375.13〕を溶解させ、塩基性条件下で攪拌混合した。その後、生成した沈殿物のろ過、洗浄、乾燥を行った。これを500℃に加熱して1時間焼成した後、乳鉢で粉砕し、置換固溶によるスピネル構造を持つ触媒を取得した。次いで、石英製反応管に、石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒を散布した。He雰囲気中で管内温度を550℃に加熱した後、CO、Hからなる混合ガス(容積比:CO/H=99.0/1.0)を原料ガスとして反応管の下部から1.28L/分の流量で7時間流し、多層カーボンナノチューブを得た。得られた多層カーボンナノチューブは、触媒の質量に対して15倍の収量であった。
<Preparation of multi-walled carbon nanotube for conductive agent>
{Synthesis of multi-walled carbon nanotubes}
In ion-exchanged water, cobalt nitrate [Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O: molecular weight 291.03], magnesium nitrate [so that the molar ratio of metal elements is Co: Mg: Al = 8: 66: 26 Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O: molecular weight 256.41] and aluminum nitrate [Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O: molecular weight 375.13] were dissolved and mixed under stirring under basic conditions. Thereafter, the produced precipitate was filtered, washed and dried. After heating this to 500 degreeC and baking for 1 hour, it grind | pulverized in the mortar and the catalyst with the spinel structure by substitution solid solution was acquired. Next, a quartz wool support was provided in the quartz reaction tube, and a catalyst was sprayed thereon. After heating the temperature in the tube to 550 ° C. in a He atmosphere, a mixed gas composed of CO and H 2 (volume ratio: CO / H 2 = 99.0 / 1.0) is used as a raw material gas from the bottom of the reaction tube. A multi-walled carbon nanotube was obtained by flowing at a flow rate of 28 L / min for 7 hours. The obtained multi-walled carbon nanotubes had a yield of 15 times the mass of the catalyst.

{多層カーボンナノチューブスラリーの調製}
得られた多層カーボンナノチューブと、カルボキシメチルセルロース(CMC)とイオン交換水を、質量比として1.0:0.8:98.2となるように調合・撹拌してスラリーを作成した。このスラリーを、ビーズミル(淺田鉄工社製、形式:PICOMILL PCM−LR型、アジテーター材質:窒化珪素、ベッセル内面材質:ジルコニア)を使用して、ジルコニア製(外径:1.0mm)のビーズをベッセルに80体積%充填し、アジテーター周速8m/秒、スラリーフィード速度30〜50ml/分で、ベッセル内圧が0.06MPa以下になるように制御しながら、粉砕した。
{Preparation of multi-walled carbon nanotube slurry}
The obtained multi-walled carbon nanotube, carboxymethylcellulose (CMC) and ion-exchanged water were prepared and stirred so as to have a mass ratio of 1.0: 0.8: 98.2 to prepare a slurry. Using this slurry, beads made of zirconia (outer diameter: 1.0 mm) are vesseld using a bead mill (made by Iwata Tekko Co., Ltd., model: PICOMILL PCM-LR type, agitator material: silicon nitride, vessel inner surface material: zirconia). The mixture was pulverized while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.06 MPa or less at an agitator peripheral speed of 8 m / sec and a slurry feed speed of 30 to 50 ml / min.

<負極シートの作製>
活物質として実施例1のリチウムチタン複合酸化物粉末を90質量%、アセチレンブラックを4.5質量%、多層カーボンナノチューブを0.5質量%、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)を5質量%の割合で含有する塗料を次のように作製した。あらかじめ1−メチル−2−ピロリドン溶剤に溶解させたポリフッ化ビニリデンとアセチレンブラックと前記多層カーボンナノチューブスラリーと1−メチル−2−ピロリドン溶剤を遊星式撹拌脱泡装置にて混合した後、リチウムチタン複合酸化物粉末を加え、全固形分濃度が64質量%となるように調製し遊星式撹押脱泡装置にて混合した。更に1−メチル−2−ピロリドン溶剤を加え全固形分濃度が56質量%となるように調製し、遊星式撹拌脱泡装置にて混合して塗料を調整した。得られた塗料をアルミニウム箔上に塗布し、乾燥させて評価電極片面シートを作製した。また、得られた塗料をアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥させて評価電極両面シートを作製した。
<Preparation of negative electrode sheet>
90% by mass of the lithium titanium composite oxide powder of Example 1 as an active material, 4.5% by mass of acetylene black, 0.5% by mass of multi-walled carbon nanotubes, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride (binder) A paint containing a proportion was prepared as follows. After mixing polyvinylidene fluoride, acetylene black, the above-mentioned multi-walled carbon nanotube slurry and 1-methyl-2-pyrrolidone solvent previously dissolved in 1-methyl-2-pyrrolidone solvent with a planetary stirring deaerator, lithium titanium composite Oxide powder was added, and the total solid content concentration was adjusted to 64% by mass and mixed with a planetary stirring deaerator. Further, a 1-methyl-2-pyrrolidone solvent was added to prepare a total solid content concentration of 56% by mass, and the mixture was mixed with a planetary stirring and deaerator to prepare a coating material. The obtained paint was applied onto an aluminum foil and dried to prepare an evaluation electrode single-sided sheet. Moreover, the obtained coating material was apply | coated on both surfaces of the aluminum foil, it was made to dry and the evaluation electrode double-sided sheet was produced.

<正極シートの作製>
前記<負極シートの作製>と同様な作製方法において、活物質として、マンガン酸リチウム(LiMn)粉末を90質量%、アセチレンブラック(導電助剤)を5質量%、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)を5質量%の割合で含有する塗料を調整し、アルミニウム箔上に塗布、乾燥させた後、反対面にも塗料を塗布、乾燥させて対極両面シートを作製した。
<Preparation of positive electrode sheet>
In the same production method as in <Preparation of negative electrode sheet>, as an active material, 90% by mass of lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) powder, 5% by mass of acetylene black (conductive auxiliary agent), polyvinylidene fluoride (condensation) A coating material containing 5% by mass of the adhesive was prepared, applied onto an aluminum foil and dried, and then coated on the opposite side and dried to prepare a counter electrode double-sided sheet.

<ラミネート電池の作製>
前記負極両面シートをプレス加工し、所定の電極密度とした後、打ち抜き、リード線接続部分を有する合剤層が縦4.2cm横5.2cmの負極を作製した。このとき片面の合剤層の厚さは28μmで、合剤量は56g/mであった。前記正極両面シートをプレス加工した後、打ち抜き、リード線接続部分を有する、合剤層が縦4cm横5cmの正極を作製した。このとき片面の合剤層の厚さは40μmで、合剤量は140g/mであった。作製した負極と正極と、リチウム基準極として14mmφに打ち抜いた厚さ1mmのLi金属箔とを、微多孔性ポリエチレンフィルム製セパレータを介して対向させ、積層し、アルミ箔のリード線を正負極に接続し、ニッケル箔のリード線をリチウム基準極に接続し、前記特性評価用非水電解液を、それぞれ加えてアルミラミネートで真空封止することによって、45℃充放電サイクル及び充放電サイクル後のガス発生評価用のラミネート型電池を作製した。このラミネート型電池の容量は200mAhであった。
<Production of laminated battery>
The negative electrode double-sided sheet was pressed to obtain a predetermined electrode density, punched out, and a negative electrode having a mixture layer having a lead wire connecting portion of 4.2 cm in length and 5.2 cm in width was produced. At this time, the thickness of the mixture layer on one side was 28 μm, and the amount of the mixture was 56 g / m 2 . After pressing the positive electrode double-sided sheet, a positive electrode having a mixture layer having a length of 4 cm and a width of 5 cm and having a lead wire connecting portion was produced. At this time, the thickness of the mixture layer on one side was 40 μm, and the amount of the mixture was 140 g / m 2 . The prepared negative electrode and positive electrode, and a 1 mm thick Li metal foil punched out to 14 mmφ as a lithium reference electrode are opposed to each other through a separator made of a microporous polyethylene film, and the aluminum foil lead wire is used as a positive and negative electrode. Connect the nickel foil lead wire to the lithium reference electrode, add the non-aqueous electrolyte for characteristic evaluation to each other, and vacuum seal it with an aluminum laminate. A laminated battery for gas generation evaluation was produced. The capacity of this laminated battery was 200 mAh.

<充放電サイクル試験、およびガス発生量の測定>
25℃の恒温槽内にて、上述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池に、40mAの電流で、負極の電位がリチウム基準極に対して1.2Vになるまで充電を行い、さらに負極の電位がリチウム基準極に対して1.2Vとなった状態で充電電流が10mAの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、40mAの電流で、負極の電位がリチウム基準極に対して1.8Vになるまで放電させる定電流放電を3サイクル行った(但し、負極にLiが吸蔵されるように電流が流れる場合を充電とする。また、充電および放電の電流は正極と負極の間で流れるように設定した。)。ラミネート電池を恒温槽から取り出し、アルキメデス法にて、ラミネート電池の体積(サイクル試験前のラミネート電池の体積)を測定した。その後、恒温槽の温度を45℃にして、200mAの電流で、負極の電位がリチウム基準極に対して1.2Vになるまで充電を行い、さらに負極の電位がリチウム基準極に対して1.2Vとなった状態で充電電流が10mAの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、200mAの電流で、リチウム基準極に対して負極の電位が1.8Vになるまで放電させる定電流放電を500サイクル行った。1サイクル目の放電容量を、500サイクル目の放電容量で除して、45℃における、500サイクルの充放電試験後の放電容量維持率、すなわち500cyc放電容量維持率(45℃)を算出した。その後、恒温槽の温度を25℃にして、1時間保存した。次に、ラミネート電池を恒温槽から取り出し、ラミネート電池の体積(保存後のラミネート電池の体積)をアルキメデス法で測定した。サイクル試験後のラミネート電池の体積からサイクル試験前のラミネート電池の体積を差し引いて、45℃における、500サイクルの充放電試験後のガス発生量を算出した。表1に示すガス発生量は、後述する比較例1におけるガス発生量を100%とした場合の相対量とした。
<Charge / discharge cycle test and measurement of gas generation amount>
Charge the laminated battery produced by the method described in <Preparation of Laminated Battery> in a constant temperature bath at 25 ° C. with a current of 40 mA until the negative electrode potential becomes 1.2 V with respect to the lithium reference electrode. In addition, after carrying out constant-current constant-voltage charging in which the charging current is 10 mA in a state where the potential of the negative electrode is 1.2 V with respect to the lithium reference electrode, 3 cycles of constant current discharge for discharging until the potential became 1.8 V with respect to the lithium reference electrode (however, charging is performed when current flows so that Li is occluded in the negative electrode. Current was set to flow between the positive and negative electrodes.) The laminate battery was taken out from the thermostat and the volume of the laminate battery (volume of the laminate battery before the cycle test) was measured by Archimedes method. Thereafter, the temperature of the thermostatic chamber is set to 45 ° C., and charging is performed at a current of 200 mA until the potential of the negative electrode becomes 1.2 V with respect to the lithium reference electrode. After performing constant current and constant voltage charging in which the charging current reaches 10 mA in a state of 2 V, discharging is performed until the negative electrode potential becomes 1.8 V with respect to the lithium reference electrode at a current of 200 mA. 500 cycles of constant current discharge were performed. The discharge capacity at the first cycle was divided by the discharge capacity at the 500th cycle, and a discharge capacity retention rate after a 500 cycle charge / discharge test at 45 ° C., that is, a 500 cyc discharge capacity retention rate (45 ° C.) was calculated. Then, the temperature of the thermostat was set to 25 ° C. and stored for 1 hour. Next, the laminate battery was taken out from the thermostat, and the volume of the laminate battery (the volume of the laminate battery after storage) was measured by the Archimedes method. The volume of the laminate battery before the cycle test was subtracted from the volume of the laminate battery after the cycle test, and the amount of gas generated after the 500-cycle charge / discharge test at 45 ° C. was calculated. The gas generation amount shown in Table 1 was a relative amount when the gas generation amount in Comparative Example 1 described later was 100%.

以上の、実施例1のリチウムチタン複合酸化物粉末を電極シートに用いたラミネート型電池の特性評価結果を、他の実施例、比較例のリチウムチタン複合酸化物粉末を負極活物質に用いたラミネート型電池の特性評価結果と併せて表1に示す。なお、表1においては、本実施例に導電剤として用いたアセチレンブラックおよび多層カーボンナノチューブを、ABおよびCNTと略記する。   The characteristics evaluation results of the laminate type battery using the lithium-titanium composite oxide powder of Example 1 as an electrode sheet are described above, and the laminate using the lithium-titanium composite oxide powder of other examples and comparative examples as a negative electrode active material. It shows in Table 1 together with the characteristic evaluation result of the type battery. In Table 1, acetylene black and multi-walled carbon nanotubes used as conductive agents in this example are abbreviated as AB and CNT.

(実施例1−2)
チタン原料のTiOに平均粒径0.1μmの粉末を用いたことと、焼成時の最高温度での保持時間を2時間にしたこと以外は実施例1−1と同様の方法で、実施例1−2のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-2)
In the same manner as in Example 1-1, except that a powder having an average particle diameter of 0.1 μm was used for TiO 2 as a titanium raw material and that the holding time at the maximum temperature during firing was 2 hours, Example A lithium titanium composite oxide powder of 1-2 was produced. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−3)
TiとTiOの比率をモル比で0.45/1.1(Ti/TiO)とし、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕したこと以外は実施例1−1と同様の方法で、実施例1−3のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-3)
The ratio of Ti 2 O 3 and TiO 2 was set to a molar ratio of 0.45 / 1.1 (Ti 2 O 3 / TiO 2 ), and each raw material was weighed so as to have the composition shown in Table 1 and mixed and pulverized. Except for this, the lithium titanium composite oxide powder of Example 1-3 was produced in the same manner as in Example 1-1. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−4)
TiとTiOの比率をモル比で0.475/1.05(Ti/TiO)とし、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕したこと以外は実施例1−1と同様の方法で、実施例1−4のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-4)
The ratio of Ti 2 O 3 and TiO 2 was set to 0.475 / 1.05 (Ti 2 O 3 / TiO 2 ) in molar ratio, and each raw material was weighed so as to have the composition shown in Table 1 and mixed and pulverized. Except for this, the lithium titanium composite oxide powder of Example 1-4 was produced in the same manner as in Example 1-1. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−5)
TiとTiOの比率をモル比で0.525/0.95(Ti/TiO)とし、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕したこと以外は実施例1−1と同様の方法で、実施例1−5のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-5)
The ratio of Ti 2 O 3 and TiO 2 was 0.525 / 0.95 (Ti 2 O 3 / TiO 2 ) in terms of molar ratio, and each raw material was weighed so as to have the composition shown in Table 1 and mixed and pulverized. Except for this, the lithium titanium composite oxide powder of Example 1-5 was produced in the same manner as in Example 1-1. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−6)
TiとTiOの比率をモル比で0.55/0.9(Ti/TiO)とし、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕したこと以外は実施例1−1と同様の方法で、実施例1−6のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-6)
The ratio of Ti 2 O 3 and TiO 2 was set to 0.55 / 0.9 (Ti 2 O 3 / TiO 2 ) in molar ratio, and each raw material was weighed so as to have the composition shown in Table 1 and mixed and pulverized. Except for this, the lithium titanium composite oxide powder of Example 1-6 was produced in the same manner as in Example 1-1. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−7)
チタンサイトの置換元素の原料としてCr(Strem Chemicals, Inc.製 製品番号:93―2438)を加え、TiとTiOの比率をモル比で0.475/1.0(Ti/TiO)とし、表1に示す組成になるように、各原料を秤量して混合・粉砕したことと、昇温速度300℃/hで900℃まで昇温し、900℃で6時間保持して焼成したこと以外は実施例1−1と同様の方法で実施例1−7のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-7)
Cr 2 O 3 (product number: 93-2438 manufactured by Strem Chemicals, Inc.) is added as a raw material for the titanium site substitution element, and the molar ratio of Ti 2 O 3 and TiO 2 is 0.475 / 1.0 ( Ti 2 O 3 / TiO 2 ), each raw material was weighed, mixed and pulverized so as to have the composition shown in Table 1, and heated to 900 ° C. at a heating rate of 300 ° C./h. The lithium-titanium composite oxide powder of Example 1-7 was produced in the same manner as in Example 1-1 except that it was calcined for 6 hours. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−8、1−9)
リチウム原料にLiCO(和光純薬工業製 製品番号:013418)を用い、チタン原料にアナターゼ型TiO(平均粒径 0.6μm)のみを用いて、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕し、大気中で焼成したこと以外は実施例1−7と同様の方法で、実施例1−8、1−9のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Examples 1-8, 1-9)
The composition shown in Table 1 is obtained using Li 2 CO 3 (product number: 034418 manufactured by Wako Pure Chemical Industries) as the lithium raw material and using only anatase TiO 2 (average particle size 0.6 μm) as the titanium raw material. The lithium titanium composite oxide powders of Examples 1-8 and 1-9 were produced in the same manner as in Example 1-7, except that each raw material was weighed, mixed, pulverized, and fired in the air. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−10)
チタンサイトの置換元素の原料としてAl(和光純薬工業製 製品番号:015―13001)を加え、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕し、大気中で焼成したこと以外は実施例1−7と同様の方法で、実施例1−10のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-10)
Al 2 O 3 (product number: 015-13001, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added as a raw material for the titanium site substitution element, and each raw material is weighed, mixed and pulverized so as to have the composition shown in Table 1, and then in the atmosphere. A lithium-titanium composite oxide powder of Example 1-10 was produced in the same manner as in Example 1-7, except that it was fired. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−11)
チタンサイトの置換元素の原料としてCoO(Alfa Aesar (ALF)製 製品番号:023141)を加え、表1に示す組成になるように、各原料を秤量して混合・粉砕し、大気中で焼成したこと以外は実施例1−7と同様の方法で、実施例1−11のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-11)
CoO (Alfa Aesar (ALF) product number: 0231141) was added as a raw material for the substitution element of the titanium site, and each raw material was weighed, mixed, pulverized, and fired in the atmosphere so as to have the composition shown in Table 1. Except for this, the lithium titanium composite oxide powder of Example 1-11 was produced in the same manner as in Example 1-7. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−12)
チタンサイトの置換元素の原料としてCr(Strem Chemicals, Inc.製 製品番号:93―2438)およびGa(Strem Chemicals, Inc. 製 製品番号:93―3106)を加え、チタン原料にTiOのみを用いて表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕し、大気中で焼成したこと以外は実施例1−7と同様の方法で、実施例1−12のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-12)
As raw materials for the substitution element of the titanium site, Cr 2 O 3 (Strem Chemicals, Inc. product number: 93-2438) and Ga 2 O 3 (Strem Chemicals, Inc. product number: 93-3106) are added, and titanium raw material is added. In the same manner as in Example 1-7, except that each raw material was weighed, mixed and pulverized so as to have the composition shown in Table 1 using only TiO 2 , and fired in the air, Example 1-7 12 lithium titanium composite oxide powders were produced. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−13)
チタンサイトの置換元素の原料としてAl(和光純薬工業製 製品番号:015―13001)およびGa(Strem Chemicals, Inc. 製 製品番号:93―3106)を加え、チタン原料にアナターゼ型TiO(平均粒径 0.6μm)のみを用いて、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕し、大気中で焼成したこと以外は実施例1−7と同様の方法で、実施例1−13のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-13)
Al 2 O 3 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, product number: 015-13001) and Ga 2 O 3 (manufactured by Strem Chemicals, Inc., product number: 93-3106) were added as raw materials for the substitution element of the titanium site, and the titanium raw material was added. Example 1-7, except that only the anatase TiO 2 (average particle size 0.6 μm) was used, and each raw material was weighed, mixed and pulverized so as to have the composition shown in Table 1, and fired in the air. In the same manner as in Example 1, a lithium titanium composite oxide powder of Example 1-13 was produced. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−14)
リチウム原料にLiOH・HO(Alfa Aesar(AFA)製 製品番号:A15519)を用い、チタンサイトの置換元素の原料としてMgO(Alfa Aesar (ALF)製 製品番号:036388)およびGeO(Alfa Aesar (ALF)製 製品番号:011155)を加え、TiとTiOの比率をモル比で0.45/1.0(Ti/TiO)として、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕したこと以外は実施例1−7と同様の方法で、実施例1−14のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-14)
LiOH · H 2 O (Alfa Aesar (AFA) product number: A15519) is used as the lithium source, and MgO (Alfa Aesar (ALF) product number: 036388) and GeO 2 (Alfa Aesar) are used as the raw material for the titanium site substitution element. (ALF) product number: 0111155) is added, and the ratio of Ti 2 O 3 and TiO 2 is 0.45 / 1.0 (Ti 2 O 3 / TiO 2 ) in terms of molar ratio, resulting in the composition shown in Table 1. Thus, the lithium titanium composite oxide powder of Example 1-14 was produced in the same manner as in Example 1-7, except that each raw material was weighed, mixed and pulverized. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例1−15)
チタンサイトの置換元素の原料としてNb(Alfa Aesar (ALF)製 製品番号:011366)およびMgO(Alfa Aesar (ALF)製 製品番号:036388)を加え、TiとTiOの比率をモル比で0.45/1.0(Ti/TiO)として、表1に示す組成になるように、各原料を秤量して混合・粉砕したこと以外は実施例1−7と同様の方法で、実施例1−15のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Example 1-15)
Nb 2 O 5 (Alfa Aesar (ALF) product number: 011366) and MgO (Alfa Aesar (ALF) product number: 036388) were added as raw materials for the titanium site substitution element, and the ratio of Ti 2 O 3 and TiO 2 was added. Example 1-7 except that each raw material was weighed, mixed and pulverized so that the composition shown in Table 1 was obtained with a molar ratio of 0.45 / 1.0 (Ti 2 O 3 / TiO 2 ). In the same manner as in Example 1, the lithium titanium composite oxide powder of Example 1-15 was produced. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(比較例1)
焼成時の最高温度を750℃としたこと以外は実施例1−1と同様の方法で、比較例1のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Comparative Example 1)
A lithium titanium composite oxide powder of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the maximum temperature during firing was 750 ° C. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(比較例2)
焼成時の最高温度を1000℃としたこと以外は実施例1−1と同様の方法で、比較例2のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。比較例2のリチウムチタン複合酸化物粉末は、X線回折の結果、ICDD(PDF2010)のPDFカード00−034−0393におけるLiTiのメインピーク、すなわちLiTiの(110)面(2θ=19.8〜20.2°)に帰属する回折ピークに相当するピークの回折強度が最大の強度を示した。LiTiになるように各原料を秤量して混合・粉砕し、焼成したものの、焼成温度が高いことにより、一旦生成したLiTiが分解し、LiTiが生成したものと思われる。
(Comparative Example 2)
A lithium titanium composite oxide powder of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1-1, except that the maximum temperature during firing was 1000 ° C. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples. As a result of X-ray diffraction, the lithium-titanium composite oxide powder of Comparative Example 2 has a main peak of Li 2 Ti 3 O 7 in PDF card 00-034-0393 of ICDD (PDF2010), that is, Li 2 Ti 3 O 7 ( The diffraction intensity of the peak corresponding to the diffraction peak attributed to the (110) plane (2θ = 19.8 to 20.2 °) showed the maximum intensity. LiTi 2 O 4 to become so weighed each raw material are mixed and pulverized, but was calcined by firing temperature is high, once decomposed generated LiTi 2 O 4, Li 2 Ti 3 O 7 was produced It seems to be.

(比較例3)
焼成時の最高温度での保持時間を12時間にしたこと以外は実施例1−1と同様の方法で、比較例3のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Comparative Example 3)
A lithium titanium composite oxide powder of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the holding time at the maximum temperature during firing was 12 hours. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(比較例4)
チタンサイトの置換元素の原料をLa(Strem Chemicals, Inc. 製 製品番号:93―5716)として、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕し、大気中で焼成したこと以外は実施例1−8と同様の方法で、比較例4のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Comparative Example 4)
The raw material of the substitution element of the titanium site is La 2 O 3 (product number: 93-5716, manufactured by Strem Chemicals, Inc.), each raw material is weighed so as to have the composition shown in Table 1, and mixed and pulverized. A lithium-titanium composite oxide powder of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1-8, except that it was fired. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(比較例5)
チタンサイトの置換元素の原料としてNiO(Strem Chemicals, Inc. 製 製品番号:93―2832)およびNb(Alfa Aesar (ALF)製 製品番号:011366)を加え、TiとTiOの比率をモル比で0.4265/1.0(Ti/TiO)として、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕したこと以外は実施例1−8と同様の方法で、比較例5のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Comparative Example 5)
NiO (product number: 93-2832 manufactured by Strem Chemicals, Inc.) and Nb 2 O 5 (product number: 011366 manufactured by Alfa Aesar (ALF)) were added as raw materials for the substitution element of the titanium site, and Ti 2 O 3 and TiO 2 were added. Example 1 except that the raw material was adjusted to a molar ratio of 0.4265 / 1.0 (Ti 2 O 3 / TiO 2 ), and each raw material was weighed, mixed and pulverized to have the composition shown in Table 1. 8 was used to produce a lithium titanium composite oxide powder of Comparative Example 5. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(比較例6)
チタンサイトの置換元素の原料としてMgO(Alfa Aesar (ALF)製 製品番号:036388)およびGeO(Alfa Aesar (ALF)製 製品番号:011155)を加え、TiとTiOの比率をモル比で0.4265/1.0(Ti/TiO)として、表1に示す組成になるように各原料を秤量して混合・粉砕したこと以外は実施例1−1と同様の方法で、比較例6のリチウムチタン複合酸化物粉末を製造した。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Comparative Example 6)
MgO (Alfa Aesar (ALF) product number: 036388) and GeO 2 (Alfa Aesar (ALF) product number: 011155) are added as raw materials for the titanium site substitution element, and the ratio of Ti 2 O 3 and TiO 2 is mol. The ratio was 0.4265 / 1.0 (Ti 2 O 3 / TiO 2 ) in the same manner as in Example 1-1 except that each raw material was weighed, mixed and pulverized so as to have the composition shown in Table 1. The lithium titanium composite oxide powder of Comparative Example 6 was produced by the method. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(比較例7)
チタンサイトの置換元素の原料としてオキシ水酸化鉄α−FeOOH(Alfa Aesar (ALF)製 製品番号:019496)を加え、表1に示す組成になるように各原料を秤量して実施例1と同様の方法で混合・粉砕し、混合粉末を調製した。焼成時の最高温度を750℃、焼成時の雰囲気を空気、焼成時の保持時間を12時間としたこと以外は実施例1−1と同様の方法で混合粉末を焼成し焼成物を得た。回収した焼成物を実施例1−1と同様の方法で篩分けしてリチウムチタン複合酸化物粉末を得た。得られたリチウムチタン複合酸化物粉末の物性を実施例1−1と同様の方法で測定した。また、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法で充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定を行った。この結果を、他の実施例、比較例と併せて表1に示す。
(Comparative Example 7)
Iron oxyhydroxide α-FeOOH (manufactured by Alfa Aesar (ALF), product number: 019496) was added as a raw material for the substitution element of the titanium site, and each raw material was weighed so as to have the composition shown in Table 1, as in Example 1. The mixed powder was prepared by mixing and pulverizing. The mixed powder was fired in the same manner as in Example 1-1 except that the maximum temperature during firing was 750 ° C., the atmosphere during firing was air, and the holding time during firing was 12 hours, to obtain a fired product. The collected fired product was sieved in the same manner as in Example 1-1 to obtain a lithium titanium composite oxide powder. The physical properties of the obtained lithium titanium composite oxide powder were measured by the same method as in Example 1-1. Moreover, the laminated battery was produced by the method similar to Example 1-1, the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after a charge / discharge cycle were performed by the method similar to Example 1-1. The results are shown in Table 1 together with other examples and comparative examples.

(実施例2−1〜2−3)
実施例1−1のリチウムチタン複合酸化物粉末を用いて、実施例1−1と同様の方法でラミネート電池を作製した。充放電サイクル試験、および充放電サイクル後のガス発生量測定の際の、各実施例のリチウム基準極に対する充電電位と放電電位を表1に示す通りに変更したこと以外は、実施例1−1と同様の方法で、各実施例のラミネート型電池の特性評価を行った。この結果を表2に示す。
(Examples 2-1 to 2-3)
Using the lithium titanium composite oxide powder of Example 1-1, a laminate battery was produced in the same manner as in Example 1-1. Example 1-1, except that the charge potential and discharge potential with respect to the lithium reference electrode of each example were changed as shown in Table 1 in the charge / discharge cycle test and the gas generation amount measurement after the charge / discharge cycle. In the same manner as above, the characteristics of the laminate type batteries of each example were evaluated. The results are shown in Table 2.

(実施例2−4〜2−6)
正極の活物質材料として、マンガン酸リチウムに代えて、表1に示す正極の活物質を用いたこと以外は、負極の活物質材料として実施例1−1のリチウムチタン複合酸化物粉末を用いたことを含めて実施例1−1と同様の方法で実施例2−4〜2−6のラミネート電池を作製した。実施例1−1と同様の方法で、各実施例のラミネート型電池の特性評価を行った。この結果を表2に示す。
(Examples 2-4 to 2-6)
The lithium-titanium composite oxide powder of Example 1-1 was used as the negative electrode active material except that the positive electrode active material shown in Table 1 was used instead of lithium manganate as the positive electrode active material. In the same manner as in Example 1-1, laminated batteries of Examples 2-4 to 2-6 were produced. The characteristics of the laminate type battery of each example were evaluated in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 2.

(実施例2−7〜2−9)
負極シートの作製に用いる導電剤と、塗料における導電剤の割合を、実施例2−7ではアセチレンブラックのみを5質量%とし、実施例2−8では、アセチレンブラックを3.0質量%、多層カーボンナノチューブを2.0質量%とし、実施例2−9では、アセチレンブラックを2.0質量%、多層カーボンナノチューブを3.0質量%としたこと以外は、負極の活物質材料として実施例1−1のリチウムチタン複合酸化物粉末を用いたことを含めて実施例1−1と同様の方法で実施例2−7〜2−9のラミネート電池を作製した。実施例1−1と同様の方法で、各実施例のラミネート型電池の特性評価を行った。この結果を表2に示す。
(Examples 2-7 to 2-9)
The proportion of the conductive agent used in the preparation of the negative electrode sheet and the conductive agent in the paint was 5% by mass of acetylene black in Example 2-7, and 3.0% by mass of acetylene black in Example 2-8. Example 1 was used as the active material for the negative electrode except that the carbon nanotube was 2.0% by mass, and in Example 2-9, acetylene black was 2.0% by mass and the multi-walled carbon nanotube was 3.0% by mass. Laminated batteries of Examples 2-7 to 2-9 were produced in the same manner as in Example 1-1, including the use of the lithium titanium composite oxide powder of -1. The characteristics of the laminate type battery of each example were evaluated in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 2.

(実施例2−10〜2−14)
特性を評価するための電池に用いる非水電解液の非水溶媒を次のように変更したこと以外は、実施例1−1のリチウムナトリウムチタン複合酸化物粉末を負極の活物質として用いることを含めて実施例1−1と同様にしてラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法でラミネート型電池の特性評価を行った。その結果を表2に示す。
実施例2−10; エチレンカーボネート(EC):メチルエチルカーボネート(MEC):ジメチルカーボネート(DMC)(体積比)=30:20:50
実施例2−11; エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC):メチルエチルカーボネート(MEC):ジメチルカーボネート(DMC)(体積比)=15:15:20:50
実施例2−12; プロピレンカーボネート(PC):メチルエチルカーボネート(MEC):ジメチルカーボネート(DMC)(体積比)=30:20:50
実施例2−13; エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC):ジエチルカーボネート(DEC)(体積比)=10:20:70
実施例2−14; エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC):ジエチルカーボネート(DEC)(体積比)=17:33:50
(実施例2−15〜2−19)
(Examples 2-10 to 2-14)
The lithium sodium titanium composite oxide powder of Example 1-1 is used as an active material for the negative electrode, except that the nonaqueous solvent of the nonaqueous electrolyte used in the battery for evaluating characteristics is changed as follows. In addition, a laminated battery was produced in the same manner as in Example 1-1, and the characteristics of the laminated battery were evaluated in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 2.
Example 2-10; ethylene carbonate (EC): methyl ethyl carbonate (MEC): dimethyl carbonate (DMC) (volume ratio) = 30: 20: 50
Example 2-11; ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC): methyl ethyl carbonate (MEC): dimethyl carbonate (DMC) (volume ratio) = 15: 15: 20: 50
Example 2-12; Propylene carbonate (PC): Methyl ethyl carbonate (MEC): Dimethyl carbonate (DMC) (volume ratio) = 30: 20: 50
Example 2-13; ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC): diethyl carbonate (DEC) (volume ratio) = 10: 20: 70
Example 2-14; ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC): diethyl carbonate (DEC) (volume ratio) = 17: 33: 50
(Examples 2-15 to 2-19)

特性を評価するための電池に用いる非水電解液の電解質塩の種類と、非水電解液における各電解質塩の濃度を次のように変更したこと以外は、実施例1−1のリチウムナトリウムチタン複合酸化物粉末を負極の活物質として用いることを含めて実施例1−1と同様にしてラミネート電池を作製し、実施例1−1と同様の方法でラミネート型電池の特性評価を行った。この結果を表2に示す。   Lithium sodium titanium of Example 1-1, except that the type of electrolyte salt of the non-aqueous electrolyte used in the battery for evaluating characteristics and the concentration of each electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte were changed as follows: A laminated battery was produced in the same manner as in Example 1-1 including using the composite oxide powder as the negative electrode active material, and the characteristics of the laminated battery were evaluated in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 2.

実施例2−15; 濃度1MのLiPF
実施例2−16; 濃度1MのLiPFおよび濃度0.05MのLiBF
実施例2−17; 濃度1MのLiPFおよび濃度0.05MのLiN(SOF)(リチウムビスフルオロスルホニルイミド、以下LiFSIと略記することがある)
実施例2−18; 濃度1MのLiPFおよび濃度0.05MのLiB(C(リチウムビスオキサレートボラート、以下LiBOBと略記することがある)
実施例2−19; 濃度1MのLiPFおよび濃度0.5MのLiBF
Example 2-15; LiPF 6 at a concentration of 1M
Example 2-16; LiPF 6 at a concentration of 1M and LiBF 4 at a concentration of 0.05M
Example 2-17; LiPF 6 at a concentration of 1M and LiN (SO 2 F) 2 at a concentration of 0.05M (lithium bisfluorosulfonylimide, hereinafter sometimes abbreviated as LiFSI)
Example 2-18; LiPF 6 at a concentration of 1 M and LiB (C 2 O 4 ) 2 at a concentration of 0.05 M (lithium bisoxalate borate, hereinafter sometimes abbreviated as LiBOB)
Example 2-19; concentration 1M LiPF 6 and concentration 0.5M LiBF 4

表1に示す結果より、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末が、高温サイクル後の放電容量維持率が大きく、高温におけるガス発生量が少ないことがわかった。また、表2に示す結果より以下のことがわかった。   From the results shown in Table 1, it was found that the lithium titanium composite oxide powder of the present invention had a large discharge capacity retention rate after a high temperature cycle and a small amount of gas generation at a high temperature. Moreover, the following was found from the results shown in Table 2.

本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末を負極の活物質として用いたリチウムイオン二次電池において、非水電解液が、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものであり、前記非水溶媒中にエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、および2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる少なくとも一種の環状カーボネートが含まれており、全環状カーボネート中のプロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネートおよび2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる少なくとも一種のアルキレン鎖を有する環状カーボネートの割合が55体積%以上100体積%以下である場合には、さらに高温サイクル後の放電容量維持率が大きく、さらに高温におけるガス発生量が少なかった。   In the lithium ion secondary battery using the lithium-titanium composite oxide powder of the present invention as the negative electrode active material, the non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, Includes at least one cyclic carbonate selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate, and propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and When the ratio of the cyclic carbonate having at least one alkylene chain selected from 2,3-butylene carbonate is 55% by volume or more and 100% by volume or less, the discharge capacity maintenance rate after the high-temperature cycle is further large, and at a higher temperature. There was little gas generation amount.

また、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末を負極の活物質として用いたリチウムイオン二次電池において、非水電解液が、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものであり、前記非水溶媒中にジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸メチルおよび酢酸エチルから選ばれる少なくとも一種のメチル基を有する鎖状エステルを含み、非水溶媒中の全鎖状エステルの含有量が60体積%以上90体積%以下である場合には、さらに高温サイクル後の放電容量維持率が大きく、さらに高温におけるガス発生量が少なかった。   Further, in the lithium ion secondary battery using the lithium titanium composite oxide powder of the present invention as an active material for a negative electrode, the non-aqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, Non-aqueous solvent containing a chain ester having at least one methyl group selected from dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, methyl butyl carbonate, methyl propionate, methyl acetate and ethyl acetate in the solvent In the case where the content of all the chain esters was 60% by volume or more and 90% by volume or less, the discharge capacity retention rate after the high-temperature cycle was further large, and the gas generation amount at a high temperature was small.

また、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末を負極の活物質として用いたリチウムイオン二次電池において、非水電解液が、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものであり、前記電解質塩として少なくともLiPFを非水電解液中に含み、更にLiBF、LiPOおよびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を0.001M以上1M以下の濃度で非水電解液中に含む場合には、さらに高温サイクル後の放電容量維持率が大きく、さらに高温におけるガス発生量が少なかった。 Further, in the lithium ion secondary battery using the lithium titanium composite oxide powder of the present invention as an active material for a negative electrode, the nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a nonaqueous solvent, and the electrolyte salt And at least LiPF 6 in the non-aqueous electrolyte, and at least one lithium salt selected from LiBF 4 , LiPO 2 F 2 and LiN (SO 2 F) 2 at a concentration of 0.001 M to 1 M in nonaqueous electrolysis When it was contained in the liquid, the discharge capacity retention rate after the high-temperature cycle was further large, and the amount of gas generated at a high temperature was small.

また、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末を負極の活物質として用いたリチウムイオン二次電池において、負極の導電剤として、グラファイト類およびカーボンブラック類から選ばれる少なくとも一種の導電剤を含み、全導電剤中のカーボンナノチューブ類の割合が1質量%以上49質量%以下である場合には、さらに高温サイクル後の放電容量維持率が大きく、さらに高温におけるガス発生量が少なかった。   Further, in the lithium ion secondary battery using the lithium titanium composite oxide powder of the present invention as the negative electrode active material, the negative electrode conductive agent contains at least one conductive agent selected from graphites and carbon blacks, When the ratio of the carbon nanotubes in the conductive agent was 1% by mass or more and 49% by mass or less, the discharge capacity retention rate after the high-temperature cycle was further large, and the amount of gas generated at a high temperature was small.

本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末を使用すれば、エネルギー密度が大きく、高温環境下での充放電サイクル特性に優れ、充放電サイクル後のガス発生量が少ない蓄電デバイスを得ることができる。したがって、本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末は、特にHEV、PHEV、BEVなどに搭載される、長期にわたり性能が低下しないことが強く要求される蓄電デバイスの電極材料として好適である。   When the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is used, an electricity storage device having a large energy density, excellent charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment, and a small amount of gas generated after the charge / discharge cycle can be obtained. Accordingly, the lithium-titanium composite oxide powder of the present invention is suitable as an electrode material for an electricity storage device that is particularly required to be mounted on HEV, PHEV, BEV, etc., and that performance is not deteriorated over a long period of time.

Claims (21)

空間群Fd−3mに属する結晶構造を有する、一般式:LiM1y1M2y2M3y3M4y4Ti2−y1−y2―y3−y4(ただし、M1はMg、Ca、Sr、BaおよびNiから選択される少なくとも一種の元素であり、M2はCr、Al、Ga、CoおよびYから選択される少なくとも一種の元素であり、M3はZrおよびGeから選択される少なくとも一種の元素であり、M4はV、Nb、SbおよびTaから選択される少なくとも一種の元素であり、xは0.9≦x≦1.1であり、y1は0≦y1≦1.1であり、y2は0≦y2≦1.1であり、y3は0≦y3≦1.1であり、y4は0≦y4≦1.1であり、y1+y2+y3+y4は0≦(y1+y2+y3+y4)≦1.1であり、(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)は2.9≦{(2y1+3y2+4y3+5y4)/(y1+y2+y3+y4)}≦3.1である。)で表されるリチウムチタン複合酸化物を主相とするリチウムチタン複合酸化物粉末であり、
BET法によって求められる比表面積が1m/g〜50m/gであり、
空間群Fd−3mに属する結晶構造を有するLiTiの(111)面に相当するX線回折ピークの半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとしたときに、Dが80nm以上であることを特徴とする蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。
Having the crystal structure belonging to the space group Fd-3m, the general formula: Li x M1 y1 M2 y2 M3 y3 M4 y4 Ti 2-y1-y2-y3-y4 O 4 (where M1 is Mg, Ca, Sr, Ba and At least one element selected from Ni, M2 is at least one element selected from Cr, Al, Ga, Co and Y, M3 is at least one element selected from Zr and Ge; M4 is at least one element selected from V, Nb, Sb and Ta, x is 0.9 ≦ x ≦ 1.1, y1 is 0 ≦ y1 ≦ 1.1, and y2 is 0 ≦ y2 ≦ 1.1, y3 is 0 ≦ y3 ≦ 1.1, y4 is 0 ≦ y4 ≦ 1.1, y1 + y2 + y3 + y4 is 0 ≦ (y1 + y2 + y3 + y4) ≦ 1.1, and (2y1 + 3 2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4) is a lithium-titanium composite oxide powder whose main phase is a lithium-titanium composite oxide represented by 2.9 ≦ {(2y1 + 3y2 + 4y3 + 5y4) / (y1 + y2 + y3 + y4)} ≦ 3.1. ,
Specific surface area determined by the BET method is 1m 2 / g~50m 2 / g,
When the crystallite diameter calculated from the Scherrer equation from the half width of the X-ray diffraction peak corresponding to the (111) plane of LiTi 2 O 4 having a crystal structure belonging to the space group Fd-3m is D x , D x is 80 nm or more, The lithium titanium complex oxide powder for electrode active materials of an electrical storage device characterized by the above-mentioned.
比表面積相当径をDBETとしたときに、DBETとDの比DBET/D(μm/μm)が4以下であることを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。 2. The electrode active material for an electricity storage device according to claim 1, wherein a ratio D BET / D X (μm / μm) of D BET and D X is 4 or less when a specific surface area equivalent diameter is D BET. Lithium titanium composite oxide powder. 全細孔容積が0.001ml/g〜0.5ml/gであることを特徴とする請求項1または2に記載の蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。   3. The lithium-titanium composite oxide powder for an electrode active material for an electricity storage device according to claim 1, wherein the total pore volume is 0.001 ml / g to 0.5 ml / g. 前記一般式において、y2がy2>0であることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。   The lithium-titanium composite oxide powder for an electrode active material for an electricity storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein y2 in the general formula is y2> 0. 前記一般式において、y1、y2、y3およびy4のうち、少なくとも二種の係数が0より大きいことを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極活物質用リチウムチタン複合酸化物粉末。   5. The lithium titanium for electrode active material of an electricity storage device according to claim 1, wherein in the general formula, at least two of y1, y2, y3, and y4 have a coefficient larger than 0. Composite oxide powder. 請求項1〜5いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用チタン酸リチウム粉末を含む活物質材料。   The active material material containing the lithium titanate powder for electrodes of the electrical storage device as described in any one of Claims 1-5. 請求項6に記載の活物質材料と、グラファイト類、カーボンブラック類、およびカーボンナノチューブ類から選ばれる少なくとも一種の導電剤と、結着剤とを含むことを特徴とする蓄電デバイス用電極シート。   An electrode sheet for an electricity storage device, comprising the active material according to claim 6, at least one conductive agent selected from graphites, carbon blacks, and carbon nanotubes, and a binder. 前記導電剤として、カーボンナノチューブ類を少なくとも含むことを特徴とする請求項7に記載の蓄電デバイス用電極シート。   The electrode sheet for an electricity storage device according to claim 7, wherein the conductive agent contains at least carbon nanotubes. 前記導電剤として、カーボンナノチューブ類に加えて、グラファイト類およびカーボンブラック類から選ばれる少なくとも一種の導電剤を含み、全導電剤中のカーボンナノチューブ類の割合が1質量%以上49質量%以下であることを特徴とする請求項8に記載の蓄電デバイス用電極シート。   The conductive agent includes at least one conductive agent selected from graphites and carbon blacks in addition to carbon nanotubes, and the ratio of carbon nanotubes in the total conductive agent is 1% by mass or more and 49% by mass or less. The electrode sheet for an electricity storage device according to claim 8. 前記カーボンナノチューブ類が、そのグラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、
前記カーボンナノチューブ類は、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする請求項7〜9いずれか一項に記載の蓄電デバイス用電極シート。
A bell formed by stacking 2 to 30 bell-shaped structural units, each having the top of the carbon nanotubes having a closed graphite mesh surface and a trunk having an open lower portion, sharing a central axis. A plurality of structural unit assemblies,
The carbon nanotubes are configured by forming a plurality of bell-shaped structural unit assemblies connected at intervals in a head-to-tail manner to form fibers. An electrode sheet for an electricity storage device according to claim 1.
請求項7〜10いずれか一項に記載の電極シートを用いることを特徴とする蓄電デバイス。   The electrical storage device characterized by using the electrode sheet as described in any one of Claims 7-10. リチウムを吸蔵および放出可能な材料を活物質材料として含む正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水電解液と、を含む蓄電デバイスであって、
前記負極が、請求項7〜10いずれか一項に記載の電極シートを含むことを特徴とする蓄電デバイス。
A positive electrode including a material capable of inserting and extracting lithium as an active material, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolytic solution,
The said negative electrode contains the electrode sheet as described in any one of Claims 7-10, The electrical storage device characterized by the above-mentioned.
前記非水電解液が、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものであり、前記非水溶媒中にエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、および2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる少なくとも一種の環状カーボネートが含まれており、全環状カーボネート中のプロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネートおよび2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる少なくとも一種のアルキレン鎖を有する環状カーボネートの割合が55体積%以上100体積%以下であることを特徴とする請求項12に記載の蓄電デバイス。   The non-aqueous electrolyte solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, and selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate in the non-aqueous solvent. The ratio of the cyclic carbonate having at least one alkylene chain selected from propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate in the total cyclic carbonate is 55 volumes. The electrical storage device according to claim 12, wherein the electrical storage device is not less than 100% and not more than 100% by volume. 前記非水電解液が、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものであり、前記非水溶媒中にジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸メチルおよび酢酸エチルから選ばれる少なくとも一種のメチル基を有する鎖状エステルを含み、非水溶媒中の全鎖状エステルの含有量が60体積%以上90体積%以下であることを特徴とする請求項12または13に記載の蓄電デバイス。   The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, and dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, methyl butyl carbonate, methyl propionate in the non-aqueous solvent. Including a chain ester having at least one methyl group selected from methyl acetate and ethyl acetate, and the content of all chain esters in the non-aqueous solvent is 60% by volume or more and 90% by volume or less. The electricity storage device according to claim 12 or 13. 前記非水電解液が、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものであり、前記電解質塩として少なくともLiPFを非水電解液中に含み、更にLiBF、LiPOおよびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を0.001M以上1M以下の濃度で非水電解液中に含むことを特徴とする請求項12〜14いずれか一項に記載の蓄電デバイス。 The non-aqueous electrolyte solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, and includes at least LiPF 6 as the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte solution. Further, LiBF 4 , LiPO 2 F 2 and LiN (SO 2 F) storage device as claimed in any one claims 12 to 14, characterized in that it comprises at least one lithium salt selected from 2 in the nonaqueous electrolytic solution in 1M concentrations below or 0.001 M. 請求項11〜15いずれか一項に記載の蓄電デバイスがリチウムイオン二次電池であり、
前記リチウムイオン二次電池の負極の完全充電状態における充電電位が、リチウム基準極に対して1.15V以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
The electricity storage device according to any one of claims 11 to 15 is a lithium ion secondary battery,
The lithium ion secondary battery is characterized in that a charging potential in a fully charged state of the negative electrode of the lithium ion secondary battery is 1.15 V or more with respect to a lithium reference electrode.
前記負極の完全放電状態における放電電位が、リチウム基準極に対して1.8V以下であることを特徴とする請求項16記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 16, wherein a discharge potential of the negative electrode in a fully discharged state is 1.8 V or less with respect to a lithium reference electrode. 前記正極に含まれる活物質材料が、スピネル構造を有する複合金属酸化物であることを特徴とする請求項16または17に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 16 or 17, wherein the active material contained in the positive electrode is a composite metal oxide having a spinel structure. 前記スピネル構造を有する複合金属酸化物が、マンガンを含有することを特徴とする請求項18に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 18, wherein the composite metal oxide having a spinel structure contains manganese. 前記スピネル構造を有する複合金属酸化物が、LiMnまたはLiNi0.5Mn1.5であることを特徴とする請求項19に記載のリチウムイオン二次電池。 20. The lithium ion secondary battery according to claim 19, wherein the composite metal oxide having a spinel structure is LiMn 2 O 4 or LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 . 前記スピネル構造を有する複合金属酸化物が、LiMnであることを特徴とする請求項19に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 19, wherein the composite metal oxide having a spinel structure is LiMn 2 O 4 .
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