JP2017152239A - Negative electrode active material, negative electrode using the same, and lithium ion secondary battery - Google Patents

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卓也 青木
康之 川中
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康之 川中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode active material having excellent cycle characteristics, and also to provide a negative electrode using the same, and a lithium ion secondary battery.SOLUTION: Disclosed is a negative electrode active material which contains a first chemical compound composed of Fe and O and a second chemical compound composed of Li, Fe and O. The first chemical compound is FeOand the second chemical compound is LiFeO.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、負極活物質、それを用いた負極及びリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a negative electrode active material, a negative electrode using the negative electrode active material, and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等と比べ、軽量、高容量であるため、携帯電子機器用電源として広く応用されている。また、ハイブリッド自動車や、電気自動車用に搭載される電源として有力な候補ともなっている。そして、近年の携帯電子機器の小型化、高機能化に伴い、これらの電源となるリチウムイオン二次電池への更なる高容量化が期待されている。   Lithium ion secondary batteries are widely applied as power sources for portable electronic devices because they are lighter and have a higher capacity than nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, and the like. It is also a promising candidate as a power source for use in hybrid vehicles and electric vehicles. With the recent miniaturization and higher functionality of portable electronic devices, further increase in capacity is expected for lithium ion secondary batteries that serve as these power sources.

リチウムイオン二次電池の容量は主に電極の活物質に依存する。負極活物質には、一般に黒鉛が利用されている。しかし、黒鉛の理論容量は372mAh/gであり、実用化されている電池では、既に約350mAh/gの容量が利用されている。よって、将来の高機能携帯機器のエネルギー源として十分な容量を有する非水電解質二次電池を得るためには、さらなる高容量化を実現する必要があり、そのためには、黒鉛以上の理論容量を有する負極材料が必要である。   The capacity of the lithium ion secondary battery mainly depends on the active material of the electrode. In general, graphite is used as the negative electrode active material. However, the theoretical capacity of graphite is 372 mAh / g, and a battery of about 350 mAh / g has already been used in a battery that has been put into practical use. Therefore, in order to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery having a sufficient capacity as an energy source for future high-performance portable devices, it is necessary to further increase the capacity. A negative electrode material is required.

かかる負極活物質の一例として、鉄酸化物(鉄を構成元素として含む酸化物)が挙げられる。これら鉄酸化物は、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵および放出可能であり、黒鉛に比べて非常に大きな容量の充放電が可能である。例えばLiFeOの放電容量は黒鉛の2倍以上の高容量を示すことが知られている。(特許文献1〜3) An example of such a negative electrode active material is iron oxide (an oxide containing iron as a constituent element). These iron oxides can occlude and release lithium ions electrochemically, and can charge and discharge with a very large capacity compared to graphite. For example, it is known that the discharge capacity of LiFeO 2 is twice as high as that of graphite. (Patent Documents 1 to 3)

特開2012−28264号公報JP 2012-28264 A 特開2014−2847号公報JP 2014-2847 A 国際公開第2011/125202号International Publication No. 2011/125202

しかし上記の先行技術に開示される鉄酸化物はサイクル特性として優れたものとは言えない。   However, the iron oxides disclosed in the above prior art cannot be said to have excellent cycle characteristics.

本発明は、このような実情のもとに創案されたものであって、その目的はサイクル特性に優れる負極活物質、それを用いた負極及びリチウムイオン二次電池を提供することにある。   The present invention was created under such circumstances, and an object thereof is to provide a negative electrode active material having excellent cycle characteristics, a negative electrode using the negative electrode active material, and a lithium ion secondary battery.

上記目的を達成するために本発明に係る負極活物質は、Feで表される第一の化合物およびLiFeOで表される第二の化合物とを含有することを特徴とする負極活物質である。 In order to achieve the above object, a negative electrode active material according to the present invention contains a first compound represented by Fe 2 O 3 and a second compound represented by LiFeO 2. It is a substance.

かかる構成によればサイクル特性が向上する。負極にLiを含有する化合物であるLiFeOが存在することで、負極活物質全体における充放電による膨張収縮が抑制され、サイクル特性が向上すると推測している。LiとFeとOから構成され、安定な化合物のなかでLiFeOは最もLi含有量が多いことから、よりサイクル特性の向上に寄与していると推測される。 According to this configuration, cycle characteristics are improved. The presence of LiFeO 2 , which is a compound containing Li in the negative electrode, is expected to suppress expansion and contraction due to charge / discharge in the entire negative electrode active material and improve cycle characteristics. LiFeO 2 is composed of Li, Fe, and O, and LiFeO 2 has the highest Li content among the stable compounds. Therefore, it is presumed that it contributes to the improvement of cycle characteristics.

LiFeOで表される第二の化合物は、α−LiFeO、γ−LiFeO、orth−LiFeOの群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 A second compound represented by LiFeO 2 is, α-LiFeO 2, is preferably a gamma-LiFeO 2, at least one selected from the group consisting of orth-LiFeO 2.

かかる構成によればサイクル特性が更に向上する。   Such a configuration further improves the cycle characteristics.

Feで表される第一の化合物は、αーFeであることが好ましい。 First compound represented by Fe 2 O 3 is preferably a α over Fe 2 O 3.

かかる構成によればサイクル特性が更に向上する。   Such a configuration further improves the cycle characteristics.

FeおよびLiFeOの総量に対する、LiFeOの含有量の質量比であるLiFeO/(Fe+LiFeO)=xが0.007≦x≦0.196で表されることが好ましい。 To the total amount of Fe 2 O 3 and LiFeO 2, LiFeO 2 / (Fe 2 O 3 + LiFeO 2) the mass ratio of the content of LiFeO 2 = x that is represented by 0.007 ≦ x ≦ 0.196 preferable.

FeおよびLiFeOの総量に対する、LiFeOの含有量を上記範囲内に制御することにより充放電時の膨張収縮量が小さくなり、サイクル特性が特に向上すると推測している。 It is presumed that by controlling the LiFeO 2 content within the above range with respect to the total amount of Fe 2 O 3 and LiFeO 2, the amount of expansion / contraction during charge / discharge is reduced, and the cycle characteristics are particularly improved.

本発明によれば、サイクル特性に優れた負極活物質、それを用いた負極及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode active material excellent in cycling characteristics, the negative electrode using the same, and a lithium ion secondary battery can be provided.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の模式断面図である。It is a schematic cross section of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment.

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

(リチウムイオン二次電池)
図1には、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100の構成断面図を示す。のリチウムイオン二次電池100は、外装体50と外装体の内部に設けられた正極10および負極20と、これらの間に配置されたセパレータ18を介して積層されることで形成される電極体30と電解質を含む非水電解液から構成され、上記セパレータ18は充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である上記非水電解液を保持する。さらに、負極20に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体の外部に突出される負極リード62と、正極10に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体の外部に突出される正極リード60とを備える。
(Lithium ion secondary battery)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a configuration of a lithium ion secondary battery 100 according to the present embodiment. The lithium ion secondary battery 100 includes an outer body 50, a positive electrode 10 and a negative electrode 20 provided inside the outer body, and an electrode body formed by being stacked via a separator 18 disposed therebetween. 30 and a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte, and the separator 18 holds the non-aqueous electrolyte, which is a lithium ion transfer medium between the positive and negative electrodes during charge and discharge. Furthermore, one end is electrically connected to the negative electrode 20 and the other end protrudes outside the exterior body, and one end is electrically connected to the positive electrode 10. The other end is provided with a positive electrode lead 60 protruding outside the exterior body.

リチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限はなく、例えば、円筒型、角型、コイン型、偏平型、ラミネートフィルム型など、いずれであってもよい。本実施形態では、ラミネートフィルムを外装体50として用い、下記実施例では、アルミラミネートフィルム型電池を作製し評価する。   There is no restriction | limiting in particular as a shape of a lithium ion secondary battery, For example, any, such as a cylindrical type, a square type, a coin type, a flat type, a laminate film type, may be sufficient. In this embodiment, a laminate film is used as the outer package 50, and in the following examples, an aluminum laminate film type battery is produced and evaluated.

上記正極10は、リチウムイオンを吸蔵・放出する正極活物質と、導電助剤と、バインダーとを含む正極活物質層14を正極集電体12の少なくとも一方の主面に備えて構成されており、上記負極20は、リチウムイオンを吸蔵・放出する負極活物質と、導電助剤と、バインダーとを含む負極活物質層24を負極集電体22の少なくとも一方の主面に備えて構成されている。   The positive electrode 10 includes a positive electrode active material layer 14 containing a positive electrode active material that absorbs and releases lithium ions, a conductive additive, and a binder on at least one main surface of the positive electrode current collector 12. The negative electrode 20 includes a negative electrode active material layer 24 containing a negative electrode active material that absorbs and releases lithium ions, a conductive additive, and a binder on at least one main surface of the negative electrode current collector 22. Yes.

(負極)
本実施形態の負極20に形成される負極活物質層24は、負極活物質、バインダー、導電助剤を含有している。
(Negative electrode)
The negative electrode active material layer 24 formed on the negative electrode 20 of the present embodiment contains a negative electrode active material, a binder, and a conductive additive.

この負極活物質層24は、負極活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を含む塗料を負極集電体22上に塗布し、負極集電体22上に塗布された塗料中の溶媒を除去することにより製造することができる。   For the negative electrode active material layer 24, a paint containing a negative electrode active material, a binder, a conductive additive and a solvent is applied on the negative electrode current collector 22, and the solvent in the paint applied on the negative electrode current collector 22 is removed. Can be manufactured.

(負極活物質)
本実施形態にかかる負極活物質はFeで表される第一の化合物およびLiFeOで表される第二の化合物とを含有することを特徴とする。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material according to this embodiment includes a first compound represented by Fe 2 O 3 and a second compound represented by LiFeO 2 .

負極にLiを含有する化合物であるLiFeOが存在することで、負極活物質全体における充放電による膨張収縮が抑制され、サイクル特性が向上すると推測している。LiとFeとOから構成され、安定な化合物のなかでLiFeOは最もLi含有量が多いことから、よりサイクル特性の向上に寄与していると推測される。 The presence of LiFeO 2 , which is a compound containing Li in the negative electrode, is expected to suppress expansion and contraction due to charge / discharge in the entire negative electrode active material and improve cycle characteristics. LiFeO 2 is composed of Li, Fe, and O, and LiFeO 2 has the highest Li content among the stable compounds. Therefore, it is presumed that it contributes to the improvement of cycle characteristics.

更に本実施形態にかかる第二の化合物は、α−LiFeO、γ−LiFeO、orth−LiFeOの群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これによりサイクル特性が向上する。 Furthermore, the second compound according to this embodiment is preferably at least one selected from the group of α-LiFeO 2 , γ-LiFeO 2 , and ortho-LiFeO 2 . This improves the cycle characteristics.

更に本実施形態にかかる第一の化合物は、αーFeであることが好ましい。これによりサイクル特性が向上する。 Furthermore, the first compound according to this embodiment is preferably α-Fe 2 O 3 . This improves the cycle characteristics.

前記FeおよびLiFeOの総量に対する、LiFeOの含有量の質量比であるLiFeO/(Fe+LiFeO)=xが0.007≦x≦0.196で表されることが好ましい。 To the total amount of the Fe 2 O 3 and LiFeO 2, LiFeO 2 / (Fe 2 O 3 + LiFeO 2) the mass ratio of the content of LiFeO 2 = x that is represented by 0.007 ≦ x ≦ 0.196 Is preferred.

FeおよびLiFeOの総量に対する、LiFeOの含有量を上記範囲内に制御することにより充放電時の膨張収縮量が小さくなり、サイクル特性が向上すると推測している。 It is presumed that by controlling the LiFeO 2 content within the above range with respect to the total amount of Fe 2 O 3 and LiFeO 2, the amount of expansion / contraction during charge / discharge is reduced, and the cycle characteristics are improved.

(負極活物質の作製方法)
本実施形態にかかる負極活物質は、第一の化合物、および第二の化合物をそれぞれ製造し、混合することで作製することができる。
(Method for producing negative electrode active material)
The negative electrode active material according to the present embodiment can be produced by producing and mixing the first compound and the second compound, respectively.

(第一の化合物の製造方法)
本実施形態にかかる第一の化合物は以下の方法で合成することができる。
(Method for producing first compound)
The first compound according to this embodiment can be synthesized by the following method.

第一の化合物は、固相反応法や水熱合成法など、種々の合成法を用いて得ることができる。特に、水熱合成法により得られたものを用いることが好ましい。   The first compound can be obtained using various synthesis methods such as a solid phase reaction method and a hydrothermal synthesis method. In particular, it is preferable to use one obtained by a hydrothermal synthesis method.

第一の化合物は、以下の水熱合成法により製造することができる。水熱合成法では、まず、内部を加熱、加圧する機能を有する反応容器(例えば、オートクレーブ等)内に、鉄源、水、及び中和剤を投入して、これらが分散した混合物を調製する。   The first compound can be produced by the following hydrothermal synthesis method. In the hydrothermal synthesis method, first, an iron source, water, and a neutralizing agent are introduced into a reaction vessel (for example, an autoclave) having a function of heating and pressurizing the inside to prepare a mixture in which these are dispersed. .

第一の化合物の原料に用いる鉄源としては、塩化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄、クエン酸鉄、リン酸鉄などを用いることができる。これらの水和物であっても良い。   As an iron source used as a raw material for the first compound, iron chloride, iron sulfate, iron nitrate, iron citrate, iron phosphate, and the like can be used. These hydrates may also be used.

さらに、第一の化合物の原料に用いるこれらの1種または2種以上を混合して用いることができる。   Furthermore, these 1 type or 2 types or more used for the raw material of a 1st compound can be mixed and used.

中和剤としては、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン、尿素等を用いることができ、反応後の水溶液中での酸の発生を抑制するため鉄源のアニオンに対して大過剰加えることが好ましい。   As the neutralizing agent, monoethanolamine, triethanolamine, urea or the like can be used, and it is preferable to add a large excess to the anion of the iron source in order to suppress the generation of acid in the aqueous solution after the reaction.

またこのときアルコールを添加することが望ましい。これにより得られる粒子径のばらつきを小さくすることができ、狙った平均粒子径を得られやすくなる。   At this time, it is desirable to add alcohol. As a result, it is possible to reduce the variation in the obtained particle diameter, and it becomes easy to obtain the targeted average particle diameter.

アルコールとしてはポリオールが好ましく、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンからなる群より選ばれることがより好ましい。濃度は0.1〜2Mが好ましい。   The alcohol is preferably a polyol, and more preferably selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, and glycerin. The concentration is preferably 0.1 to 2M.

水熱合成法では、密閉した反応器内の混合物を加圧しながら加熱することにより、混合物中で水熱反応を進行させる。これにより、本実施形態における負極活物質であるFeとOで構成される化合物の前駆体が水熱合成される。なお、混合物を加圧しながら加熱する時間は、混合物の量に応じて適宜調整すればよい。   In the hydrothermal synthesis method, a hydrothermal reaction is advanced in the mixture by heating the mixture in a sealed reactor while applying pressure. Thereby, the precursor of the compound comprised by Fe and O which is a negative electrode active material in this embodiment is hydrothermally synthesized. In addition, what is necessary is just to adjust suitably the time which heats a mixture, pressurizing according to the quantity of a mixture.

このように水熱合成法では、混合物を、加圧下で100℃以上で加熱する。混合物に加える圧力は、1.0〜5.0MPaとすることが好ましい。混合物に加える圧力が低過ぎると、第一の化合物の前駆体を得ることが困難となる。   Thus, in the hydrothermal synthesis method, the mixture is heated at 100 ° C. or higher under pressure. The pressure applied to the mixture is preferably 1.0 to 5.0 MPa. If the pressure applied to the mixture is too low, it will be difficult to obtain a precursor of the first compound.

次に第一の化合物の前駆体をろ過し、乾燥する。この前駆体を270〜300℃の範囲で焼成する。このようなプロセスにより第一の化合物であるFeが得られる。 The first compound precursor is then filtered and dried. The precursor is fired in the range of 270 to 300 ° C. By such a process, Fe 2 O 3 as the first compound is obtained.

(第二の化合物の製造方法)
本実施形態にかかる第二の化合物は以下の方法で合成することができる。
(Method for producing second compound)
The second compound according to this embodiment can be synthesized by the following method.

第二の化合物は、固相反応法や水熱合成法など、種々の合成法を用いて得ることができる。特に、水熱合成法により得られたものを用いることが好ましい。   The second compound can be obtained using various synthesis methods such as a solid phase reaction method and a hydrothermal synthesis method. In particular, it is preferable to use one obtained by a hydrothermal synthesis method.

第二の化合物は、以下の水熱合成法により製造することができる。水熱合成法では、まず、内部を加熱、加圧する機能を有する反応容器(例えば、オートクレーブ等)内に、リチウム源、鉄源、水、及び中和剤を投入して、これらが分散した混合物を調製する。   The second compound can be produced by the following hydrothermal synthesis method. In the hydrothermal synthesis method, first, a lithium source, an iron source, water, and a neutralizing agent are charged into a reaction vessel (for example, an autoclave) having a function of heating and pressurizing the inside, and a mixture in which these are dispersed. To prepare.

第二の化合物の原料に用いるリチウム源としては炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウム、蓚酸リチウムなどを用いることができる。   As the lithium source used as the raw material for the second compound, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium chloride, lithium sulfate, lithium nitrate, lithium oxalate, or the like can be used.

第二の化合物の原料に用いる鉄源としては、塩化鉄、硫酸鉄、硝酸鉄、クエン酸鉄、リン酸鉄などを用いることができる。これらの水和物であっても良い。   As an iron source used as a raw material for the second compound, iron chloride, iron sulfate, iron nitrate, iron citrate, iron phosphate, and the like can be used. These hydrates may also be used.

さらに、第二の化合物の原料に用いるリチウム源および鉄源を1種または2種以上を混合して用いることができる。   Furthermore, the lithium source and the iron source used for the raw material of the second compound can be used alone or in combination of two or more.

中和剤としては、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン、尿素等を用いることができ、反応後の水溶液中での酸の発生を抑制するためリチウム源および鉄源のアニオンに対して大過剰加えることが好ましい。   As the neutralizing agent, monoethanolamine, triethanolamine, urea, etc. can be used, and a large excess is added to the anion of the lithium source and the iron source in order to suppress the generation of acid in the aqueous solution after the reaction. Is preferred.

水熱合成法では、密閉した反応器内の混合物を加圧しながら加熱することにより、混合物中で水熱反応を進行させる。これにより、本実施形態における負極活物質であるLiFeOで表される化合物の前駆体が水熱合成される。なお、混合物を加圧しながら加熱する時間は、混合物の量に応じて適宜調整すればよい。 In the hydrothermal synthesis method, a hydrothermal reaction is advanced in the mixture by heating the mixture in a sealed reactor while applying pressure. Thus, precursor of the compound represented by LiFeO 2 is a negative electrode active material in the present embodiment is hydrothermal synthesis. In addition, what is necessary is just to adjust suitably the time which heats a mixture, pressurizing according to the quantity of a mixture.

このように水熱合成法では、混合物を、加圧下で100℃以上で加熱する。混合物に加える圧力は、1.0〜5.0MPaとすることが好ましい。混合物に加える圧力が低過ぎると、LiとFeとOで構成される化合物の前駆体を得ることができない。   Thus, in the hydrothermal synthesis method, the mixture is heated at 100 ° C. or higher under pressure. The pressure applied to the mixture is preferably 1.0 to 5.0 MPa. If the pressure applied to the mixture is too low, a precursor of a compound composed of Li, Fe and O cannot be obtained.

次に水熱合成工程で得られた前駆体をろ過し、乾燥する。この前駆体を300〜700℃の範囲で焼成する。このようなプロセスにより第二の化合物が得られる。   Next, the precursor obtained in the hydrothermal synthesis step is filtered and dried. The precursor is fired in the range of 300 to 700 ° C. Such a process yields a second compound.

また、第二の化合物の原料に用いる鉄源として、第一の化合物を用いることによっても合成することができる。   Moreover, it is compoundable also by using a 1st compound as an iron source used for the raw material of a 2nd compound.

第二の化合物の合成手順としては、まず、上述したLi源と第一の化合物を、ボールミルにより例えば水中で撹拌を行う。   As a procedure for synthesizing the second compound, first, the above-described Li source and the first compound are stirred, for example, in water by a ball mill.

上記Li源と第一の化合物を、ボールミルにより撹拌して作製したスラリーを乾燥、粉砕の後、300〜900℃の範囲で焼成する。焼成雰囲気は適宜必要な酸素濃度を選択すればよい。このようなプロセスによりLiとFeとOから構成される化合物が得られる。なお、焼成の保持時間は1〜5時間の範囲で適宜選択すればよい。   A slurry prepared by stirring the Li source and the first compound with a ball mill is dried and pulverized, and then fired in the range of 300 to 900 ° C. A necessary oxygen concentration may be appropriately selected for the firing atmosphere. By such a process, a compound composed of Li, Fe and O is obtained. In addition, what is necessary is just to select the holding time of baking suitably in the range of 1 to 5 hours.

得られた第二の化合物はボールミルなどを用いて湿式粉砕を行うことが好ましい。これによって第二の化合物の粒子径を調整することができる。なお粉砕時間は1〜24時間の範囲で適宜選択すればよい。   The obtained second compound is preferably wet pulverized using a ball mill or the like. Thereby, the particle diameter of the second compound can be adjusted. In addition, what is necessary is just to select a grinding | pulverization time suitably in the range of 1 to 24 hours.

なお本実施形態にかかる第二の化合物粒子は他の液相法や固相合成法を用いて合成してもよい。   In addition, you may synthesize | combine the 2nd compound particle concerning this embodiment using another liquid phase method or a solid-phase synthesis method.

本実施形態にかかる負極活物質は上記方法で合成した第一の化合物と第二の化合物を混合することにより得られる。   The negative electrode active material according to this embodiment can be obtained by mixing the first compound and the second compound synthesized by the above method.

第一の化合物の結晶構造は三方晶であることが好ましい。第二の化合物は正方晶、立方晶、斜方晶であることが好ましい。   The crystal structure of the first compound is preferably a trigonal crystal. The second compound is preferably tetragonal, cubic, or orthorhombic.

第一の化合物の平均粒子径は0.05μm以上、1μm以下であることが好ましい。第二の化合物は0.02μm以上、0.2μm以下であることが好ましい。   The average particle size of the first compound is preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less. The second compound is preferably 0.02 μm or more and 0.2 μm or less.

第一の化合物と第二の化合物は混合状態であることが好ましい。   The first compound and the second compound are preferably in a mixed state.

第一の化合物であるFeおよび第二の化合物であるLiFeOの総量に対する、LiFeOの含有量の質量比であるLiFeO/(Fe+LiFeO)=xが0.007≦x≦0.196で表されることが好ましい。 To the total amount of LiFeO 2 is Fe 2 O 3 and the second compound is a first compound, LiFeO 2 / (Fe 2 O 3 + LiFeO 2) the mass ratio of the content of LiFeO 2 = x 0.007 It is preferable that ≦ x ≦ 0.196.

質量比の調整は第一の化合物と第二の化合物を所望の質量比となるように秤量することにより行う。   The mass ratio is adjusted by weighing the first compound and the second compound so that the desired mass ratio is obtained.

得られた負極活物質の第一の化合物と第二の化合物の質量比はX線回折による定量分析により求める。あらかじめ第一の化合物と第二の化合物の質量比を変えた混合物により検量線を作成する。得られた負極活物質を測定し、第一の化合物と第二の化合物のピーク強度比から検量線を参照し質量比を求める。   The mass ratio of the first compound and the second compound of the obtained negative electrode active material is determined by quantitative analysis by X-ray diffraction. A calibration curve is prepared in advance using a mixture in which the mass ratio of the first compound and the second compound is changed. The obtained negative electrode active material is measured, and the mass ratio is obtained from the peak intensity ratio of the first compound and the second compound with reference to a calibration curve.

負極活物質層24中の負極活物質の含有量は、負極活物質、導電助剤及びバインダーの質量の和を基準にして、50〜95質量%であることが好ましく、75〜93質量%であることがより好ましい。上記の範囲であれば、大きな容量をもつ負極を得られる。   The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer 24 is preferably 50 to 95% by mass based on the sum of the masses of the negative electrode active material, the conductive additive and the binder, and is 75 to 93% by mass. More preferably. If it is said range, a negative electrode with a big capacity | capacitance can be obtained.

(バインダー)
バインダーは、負極活物質同士を結合すると共に、負極活物質と集電体22とを結合している。バインダーは、上述の結合が可能なものであれば特に限定されない。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素樹脂、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリアルギン酸等を用いることができる。
(binder)
The binder binds the negative electrode active materials to the current collector 22 while bonding the negative electrode active materials to each other. A binder will not be specifically limited if the above-mentioned coupling | bonding is possible. For example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF), cellulose, styrene / butadiene rubber, polyimide, polyamideimide, polyacrylic acid, polyacrylonitrile, polyalginic acid, or the like can be used.

負極活物質層24中のバインダーの含有量は、負極活物質、導電助剤及びバインダーの質量の和を基準にして、1〜30質量%であることが好ましく、5〜15質量%であることがより好ましい。上記の範囲であれば大きな容量をもつ負極を得られる。   The content of the binder in the negative electrode active material layer 24 is preferably 1 to 30% by mass, and preferably 5 to 15% by mass based on the sum of the masses of the negative electrode active material, the conductive additive and the binder. Is more preferable. If it is said range, a negative electrode with a big capacity | capacitance can be obtained.

(導電助剤)
導電助剤としては負極活物質層24の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、およびグラファイトなどの炭素材料が挙げられ、これらの1種または2種以上を用いることができる。
(Conductive aid)
The conductive aid is not particularly limited as long as the conductivity of the negative electrode active material layer 24 is improved, and a known conductive aid can be used. Examples thereof include carbon blacks such as acetylene black, furnace black, channel black, and thermal black, vapor grown carbon fibers (VGCF), carbon fibers such as carbon nanotubes, and carbon materials such as graphite. More than seeds can be used.

負極活物質層24中の導電助剤の含有量も特に限定されないが、添加する場合には通常、負極活物質、導電助剤及びバインダーの質量の和を基準にして、1〜10質量%であることが好ましい。   The content of the conductive auxiliary in the negative electrode active material layer 24 is not particularly limited, but when added, it is usually 1 to 10% by mass based on the sum of the mass of the negative electrode active material, conductive auxiliary and binder. Preferably there is.

(溶媒)
溶媒としては、前述の負極活物質、導電助剤、バインダーを塗料化できる物であれば特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。
(solvent)
The solvent is not particularly limited as long as it can form the above-described negative electrode active material, conductive additive, and binder. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, and the like can be used. .

(負極集電体)
負極集電体22は、導電性の板材で厚みの薄いものであることが好ましく、厚みが8〜30μmの金属箔であることが好ましい。負極集電体22は、リチウムと合金化しない材料から形成されていることが好ましく、特に好ましい材料としては、銅が挙げられる。このような銅箔としては電解銅箔が挙げられる。電解銅箔は、例えば、銅イオンが溶解された電解液中に金属製のドラムを浸漬し、これを回転させながら電流を流すことにより、ドラムの表面に銅を析出させ、これを剥離して得られる銅箔である。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode current collector 22 is preferably a conductive plate material having a small thickness, and is preferably a metal foil having a thickness of 8 to 30 μm. The negative electrode current collector 22 is preferably formed of a material that does not alloy with lithium, and a particularly preferable material is copper. Examples of such copper foil include electrolytic copper foil. For example, an electrolytic copper foil is prepared by immersing a metal drum in an electrolytic solution in which copper ions are dissolved, and flowing current while rotating the copper drum, thereby depositing copper on the surface of the drum and peeling it off. It is the obtained copper foil.

また、鋳造した銅塊を所望の厚さに圧延することによって製造される圧延銅箔であってもよく、圧延銅箔の表面に電解法により銅を析出させ表面を粗面化した銅箔であっても良い。   Moreover, the rolled copper foil manufactured by rolling the cast copper lump to desired thickness may be sufficient, and copper is deposited on the surface of the rolled copper foil by an electrolytic method, and the surface is roughened. There may be.

このように、上述した負極活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を含む塗料を塗布する塗布方法としては、特に制限はなく、通常、電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。   Thus, there is no restriction | limiting in particular as an application | coating method which apply | coats the coating material containing a negative electrode active material, a binder, a conductive support agent, and a solvent mentioned above, The method employ | adopted when producing an electrode normally can be used. . Examples thereof include a slit die coating method and a doctor blade method.

負極集電体22上に塗布された塗料中の溶媒を除去する方法は特に限定されず、塗料が塗布された負極集電体22を、例えば80℃〜150℃で乾燥させればよい。   The method for removing the solvent in the paint applied on the negative electrode current collector 22 is not particularly limited, and the negative electrode current collector 22 applied with the paint may be dried at, for example, 80 ° C. to 150 ° C.

そして、このようにして負極活物質層24が形成された負極20を、その後、必要に応じて、例えば、ロールプレス装置等によりプレス処理すればよい。ロールプレスの線圧は例えば、100〜5000kgf/cmとすることができる。   Then, the negative electrode 20 on which the negative electrode active material layer 24 is formed in this way may be subsequently subjected to a press treatment using, for example, a roll press device as necessary. The linear pressure of the roll press can be set to 100 to 5000 kgf / cm, for example.

(非水電解液)
非水電解液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。
(Nonaqueous electrolyte)
The nonaqueous electrolytic solution has an electrolyte dissolved in a nonaqueous solvent, and may contain a cyclic carbonate and a chain carbonate as a nonaqueous solvent.

環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものであれば特に限定されず、公知の環状カーボネートを使用できる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。   The cyclic carbonate is not particularly limited as long as it can solvate the electrolyte, and a known cyclic carbonate can be used. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like can be used.

鎖状カーボネートとしては、環状カーボネートの粘性を低下させることができるものであれば特に限定されず、公知の鎖状カーボネートを使用できる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。   The chain carbonate is not particularly limited as long as the viscosity of the cyclic carbonate can be reduced, and a known chain carbonate can be used. Examples thereof include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. In addition, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like may be mixed and used.

非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9〜1:1にすることが好ましい。   The ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 1: 9 to 1: 1 by volume.

電解質としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、LiCF、CFSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFCFCO)、LiBOB等のリチウム塩が使用できる。なお、これらのリチウム塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。特に、導電性の観点から、LiPFを含むことが好ましい。 Examples of the electrolyte include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 , CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 Lithium salts such as CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiN (CF 3 CF 2 CO) 2 , LiBOB can be used. In addition, these lithium salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. In particular, LiPF 6 is preferably included from the viewpoint of conductivity.

LiPFを非水溶媒に溶解する際は、非水電解液中の電解質の濃度を、0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましい。電解質の濃度が0.5mol/L以上であると、非水電解液の導電性を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度が2.0mol/L以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。 When LiPF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent, the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L. When the concentration of the electrolyte is 0.5 mol / L or more, the conductivity of the nonaqueous electrolytic solution can be sufficiently secured, and a sufficient capacity can be easily obtained during charging and discharging. Moreover, by suppressing the electrolyte concentration to within 2.0 mol / L, it is possible to suppress an increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte, to sufficiently secure the mobility of lithium ions, and to obtain a sufficient capacity during charging and discharging. It becomes easy.

LiPFをその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度が0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましく、LiPFからのリチウムイオン濃度がその50mol%以上含まれることがさらに好ましい。 Even when LiPF 6 is mixed with another electrolyte, the lithium ion concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L, and the lithium ion concentration from LiPF 6 is 50 mol%. More preferably, it is contained.

(正極)
本実施形態の正極10は、正極集電体12の片面または両面に、正極活物質を含む正極活物質層14が形成された構造を有している。正極活物質層14は、負極製造方法と同様の工程にて、正極活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を含む塗料を正極集電体12上に塗布し、正極集電体12上に塗布された塗料中の溶媒を除去することにより製造することができる。
(Positive electrode)
The positive electrode 10 of the present embodiment has a structure in which a positive electrode active material layer 14 containing a positive electrode active material is formed on one surface or both surfaces of a positive electrode current collector 12. The positive electrode active material layer 14 is coated on the positive electrode current collector 12 with a paint containing the positive electrode active material, a binder, a conductive additive, and a solvent in the same process as the negative electrode manufacturing method. It can be produced by removing the solvent in the applied paint.

正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、ClO )とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質材料を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMn(x+y+z=1)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、FeまたはVOから選ばれる少なくとも一種、を示す)が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include occlusion and release of lithium ions, desorption and insertion (intercalation) of lithium ions, or doping and dedoping of lithium ions and counter anions of the lithium ions (for example, ClO 4 ). Is not particularly limited as long as it can reversibly proceed, and a known electrode active material can be used. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and a general formula: LiNi x Co y Mn z O 2 (x + y + z = 1) Examples thereof include composite metal oxides, lithium vanadium compounds (LiV 2 O 5 ), and LiMPO 4 (wherein M represents at least one selected from Co, Ni, Mn, Fe, or VO).

また、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な酸化物、硫化物も正極活物質として使用できる。   In addition, oxides and sulfides capable of inserting and extracting lithium ions can be used as the positive electrode active material.

更に、正極活物質材料以外の各構成要素(導電助剤、バインダー)は、負極20で使用されるものと同様の物質を使用することができる。   Furthermore, each component (conductive auxiliary agent and binder) other than the positive electrode active material can be the same material as that used in the negative electrode 20.

正極集電体12は、リチウムイオン二次電池用の集電体に使用されている各種公知の金属箔を用いることができる。例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金などの金属箔を用いることができ、特にアルミニウム箔が好ましい。   As the positive electrode current collector 12, various known metal foils used in current collectors for lithium ion secondary batteries can be used. For example, a metal foil such as aluminum, stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof can be used, and an aluminum foil is particularly preferable.

(セパレータ)
セパレータ18は絶縁性の多孔体から形成されていれば、材料、製法等は特に限定されず、リチウムイオン二次電池に用いられている公知のセパレータを使用することができる。例えば、絶縁性の多孔体としては、公知のポリオレフィン樹脂、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセンなどを重合した結晶性の単独重合体または共重合体が挙げられる。これらの単独重合体または共重合体は、1種を単独で使用することができるが、2種以上のものを混合して用いてもよい。また、単層であっても複層であってもよい。
(Separator)
As long as the separator 18 is formed of an insulating porous body, the material, the manufacturing method, and the like are not particularly limited, and a known separator used for a lithium ion secondary battery can be used. For example, as the insulating porous material, a known polyolefin resin, specifically, a crystalline homopolymer or copolymer obtained by polymerizing polyethylene, polypropylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, or the like. A polymer is mentioned. These homopolymers or copolymers can be used alone or in combination of two or more. Further, it may be a single layer or a multilayer.

外装体50は、非水電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されず、金属缶、アルミラミネートフィルムなどが使用できる。アルミラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されている。   The outer package 50 is not particularly limited as long as it can suppress leakage of the nonaqueous electrolyte solution to the outside and entry of moisture and the like into the lithium ion secondary battery 100 from the outside. A film etc. can be used. The aluminum laminate film has a three-layer structure in which, for example, polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order.

負極リード62、正極リード60はアルミニウムやニッケルなどの導電材料から形成されていればよい。   The negative electrode lead 62 and the positive electrode lead 60 may be formed of a conductive material such as aluminum or nickel.

以上、実施の形態により本発明の例を詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、ラミネートフィルム構造を有するリチウムイオン二次電池について説明したが、本発明は、正極および負極を折り畳んだり、あるいは積み重ねた構造を有するリチウムイオン二次電池についても同様に適用することができる。さらにコイン型、角型あるいは扁平型などのリチウムイオン二次電池についても好適に応用することができる。   As mentioned above, although the example of this invention was described in detail by embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above embodiment, a lithium ion secondary battery having a laminate film structure has been described. However, the present invention also applies to a lithium ion secondary battery having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are folded or stacked. Can be applied. Furthermore, the present invention can also be suitably applied to lithium ion secondary batteries such as coin type, square type, and flat type.

作製したリチウムイオン二次電池について、以下の方法によって、評価した。   The produced lithium ion secondary battery was evaluated by the following method.

(サイクル特性の測定)
二次電池充放電測定装置を用いて、0.5Cでの電流値で充電、0.5Cでの電流値で放電する条件において、充放電サイクル特性の評価を行った。なお、充放電サイクル特性は容量維持率(%)として評価し、容量維持率(%)は、1サイクル目の放電容量を初期放電容量とし、初期放電容量に対する各サイクル数における放電容量の割合であり以下の数式(1)で表される。

Figure 2017152239
上記の条件によって充放電を繰り返し、100サイクル後の容量維持率によって充放電サイクル特性を評価した。 (Measurement of cycle characteristics)
Using a secondary battery charge / discharge measurement device, charge / discharge cycle characteristics were evaluated under the conditions of charging at a current value of 0.5C and discharging at a current value of 0.5C. The charge / discharge cycle characteristics are evaluated as capacity retention rate (%), and the capacity retention rate (%) is the ratio of the discharge capacity at each cycle number to the initial discharge capacity, with the discharge capacity at the first cycle being the initial discharge capacity. Yes, expressed by the following formula (1).
Figure 2017152239
Charging / discharging was repeated under the above conditions, and charging / discharging cycle characteristics were evaluated based on a capacity retention rate after 100 cycles.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these Examples at all.

(比較例1)
(第一の化合物の準備)
Feで表される第一の化合物の作製は水熱合成法により作製した。その作製手順を詳細に説明する。まず、塩化鉄水和物が0.4M、尿素が1.5M、エチレングリコールが0.5Mとなるように鉄水溶液を調製した。次にこの鉄水溶液を密閉された反応器内で2MPaの圧力を掛けながら100℃で5時間加熱した。
(Comparative Example 1)
(Preparation of the first compound)
The first compound represented by Fe 2 O 3 was produced by a hydrothermal synthesis method. The production procedure will be described in detail. First, an iron aqueous solution was prepared so that iron chloride hydrate was 0.4 M, urea was 1.5 M, and ethylene glycol was 0.5 M. Next, this iron aqueous solution was heated at 100 ° C. for 5 hours while applying a pressure of 2 MPa in a sealed reactor.

得られたFeで表される化合物の前駆体をろ過・洗浄した。次にこの前駆体を300℃で3時間焼成し、平均粒子径が0.1μmの酸化鉄を得た。 The obtained precursor of the compound represented by Fe 2 O 3 was filtered and washed. Next, this precursor was calcined at 300 ° C. for 3 hours to obtain iron oxide having an average particle size of 0.1 μm.

得られた酸化鉄の生成相をX線回折装置(管球:Cu、管電圧:40kV、管電流:40mA)により同定したところα−Fe相が検出された。 When the resulting iron oxide product phase was identified by an X-ray diffractometer (tube: Cu, tube voltage: 40 kV, tube current: 40 mA), an α-Fe 2 O 3 phase was detected.

(第二の化合物の準備)
LiFeで表される第二の化合物を固相反応法を用いて作製した。
(Preparation of second compound)
A second compound represented by LiFe 5 O 8 was prepared using a solid phase reaction method.

この固相反応法の手順を詳細に説明する。まず、炭酸リチウム及び上記水熱合成で得られたα−Feを1:5モルとなるよう秤量し、その原料混合物に水を加え、ボールミルで6時間湿式混合した後、乾燥し水を除去した。 The procedure of this solid phase reaction method will be described in detail. First, lithium carbonate and α-Fe 2 O 3 obtained by the above hydrothermal synthesis are weighed so as to be 1: 5 mol, water is added to the raw material mixture, wet-mixed with a ball mill for 6 hours, dried, and then water Was removed.

次いで、その乾燥物を大気中、900℃で3時間焼成した。その後、4時間粉砕し、目標とするLiとFeとOから構成される化合物を得た。 Next, the dried product was fired at 900 ° C. for 3 hours in the air. Then, it grind | pulverized for 4 hours and obtained the compound comprised from Li, Fe, and O made into the target.

得られたLiとFeとOから構成される化合物の生成相をX線回折装置(管球:Cu、管電圧:40kV、管電流:40mA)により同定したところLiFe相が検出された。 When the resulting phase of the compound composed of Li, Fe, and O was identified by an X-ray diffractometer (tube: Cu, tube voltage: 40 kV, tube current: 40 mA), a LiFe 5 O 8 phase was detected. .

(負極活物質の作製)
得られた第一の化合物α−Feと、第二の化合物LiFeを質量比がx=0.007となるように混合した。
(Preparation of negative electrode active material)
The obtained first compound α-Fe 2 O 3 and the second compound LiFe 5 O 8 were mixed so that the mass ratio was x = 0.007.

(負極の作製)
上述の通り作製した負極活物質を85質量部、導電助剤としてケッチェンブラックを5質量部、バインダーとしてポリアミドイミドを10質量部とを混合して負極合剤とした。続いて、負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンに分散させてペースト状の負極合剤塗料とした。この塗料を、厚さ10μmの電解銅箔の一面に、負極活物質の塗布量が2.5mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで負極活物質層を形成した。その後、線圧2000kgf/cmでローラープレスにより加圧成形し、真空中、350℃で3時間熱処理し、厚みが70μmの負極を作製した。
(Preparation of negative electrode)
85 parts by mass of the negative electrode active material prepared as described above, 5 parts by mass of ketjen black as a conductive auxiliary agent, and 10 parts by mass of polyamideimide as a binder were mixed to obtain a negative electrode mixture. Subsequently, the negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture paint. This paint was applied to one surface of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm so that the amount of the negative electrode active material applied was 2.5 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. to form a negative electrode active material layer. Then, it pressure-molded with the roller press with the linear pressure of 2000 kgf / cm, and heat-processed in vacuum at 350 degreeC for 3 hours, and produced the negative electrode with a thickness of 70 micrometers.

得られた負極から、第一の化合物と第二の化合物の質量比を分析した所、仕込み比と同等であることを確認した。   From the obtained negative electrode, when the mass ratio of the first compound and the second compound was analyzed, it was confirmed to be equal to the charging ratio.

(正極の作製)
正極活物質としてLiCoOを90質量部と、導電助剤としてアセチレンブラックを5質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを5質量部とを混合して正極合剤とした。続いて、正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンに分散させてペースト状の正極合剤塗料とした。この塗料を、厚さ20μmのアルミニウム箔の一面に、正極活物質の塗布量が18.4mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ロールプレスにより加圧成形し、厚みが132μmの正極を作製した。
(Preparation of positive electrode)
A positive electrode mixture was prepared by mixing 90 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture paint. This paint was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 20 μm so that the applied amount of the positive electrode active material was 18.4 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. to form a positive electrode active material layer. Then, it pressure-molded with the roll press and produced the positive electrode with a thickness of 132 micrometers.

(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記作製した負極と正極とを、厚さ16μmのポリプロピレン製のセパレータを介して積層し、負極3枚と正極2枚とを負極と正極が交互に積層されるようセパレータ4枚を介して積層することで積層体を作製した。さらに、上記積層体の負極において、負極活物質層を設けていない銅箔の突起端部にニッケル製の負極リードを取り付け、一方、積層体の正極においては、正極活物質層を設けていないアルミニウム箔の突起端部にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接機によって取り付けた。そしてこの積層体を、アルミラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成し、上記外装体内にEC/DECが3:7の割合で配合された溶媒中に、リチウム塩として1M(mol/L)のLiPFが添加された非水電解液を注入した後に、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封し、実験例1に係るリチウムイオン二次電池を作製し、サイクル特性を評価した。結果を表1に示す。
(Production of evaluation lithium-ion secondary battery)
The prepared negative electrode and positive electrode are laminated via a polypropylene separator having a thickness of 16 μm, and three negative electrodes and two positive electrodes are laminated via four separators so that the negative electrode and the positive electrode are alternately laminated. Thus, a laminate was produced. Furthermore, in the negative electrode of the laminated body, a negative electrode lead made of nickel is attached to the protruding end portion of the copper foil not provided with the negative electrode active material layer. On the other hand, in the positive electrode of the laminated body, aluminum without the positive electrode active material layer An aluminum positive electrode lead was attached to the protruding end of the foil by an ultrasonic welding machine. Then, this laminated body is inserted into an aluminum laminate film outer package and heat sealed except for one place around it to form a closed portion, and EC / DEC is blended in a ratio of 3: 7 in the outer package. After injecting a non-aqueous electrolyte solution to which 1M (mol / L) LiPF 6 as a lithium salt was added into the solvent, the remaining one part was sealed with a heat seal while reducing the pressure with a vacuum sealer. The lithium ion secondary battery which concerns on No. 1 was produced, and cycling characteristics were evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
(第一の化合物の準備)
市販のFe(SIGMA−ALDRICH製)を使用した。
(Comparative Example 2)
(Preparation of the first compound)
Commercially available Fe 3 O 4 (manufactured by SIGMA-ALDRICH) was used.

(第二の化合物の準備)
LiFeOで表される第二の化合物を固相反応法を用いて作製した。
(Preparation of second compound)
A second compound represented by LiFeO 2 was prepared using a solid phase reaction method.

この固相反応法の手順を詳細に説明する。まず炭酸リチウム及び上記水熱合成で得られたα−Feを等モルとなるよう秤量し、その原料混合物に水を加え、ボールミルで6時間湿式混合した後、乾燥し水を除去した。 The procedure of this solid phase reaction method will be described in detail. First, lithium carbonate and α-Fe 2 O 3 obtained by the hydrothermal synthesis were weighed so as to be equimolar, water was added to the raw material mixture, wet-mixed with a ball mill for 6 hours, and then dried to remove water. .

次いで、その乾燥物を大気中、900℃で3時間焼成した。その後、4時間粉砕し、目標とするLiとFeとOから構成される化合物を得た。   Next, the dried product was fired at 900 ° C. for 3 hours in the air. Then, it grind | pulverized for 4 hours and obtained the compound comprised from Li, Fe, and O made into the target.

得られたLiとFeとOから構成される化合物の生成相をX線回折装置(管球:Cu、管電圧:40kV、管電流:40mA)により同定したところα−LiFeO相が検出された。 When the product phase of the compound composed of Li, Fe, and O obtained was identified by an X-ray diffractometer (tube: Cu, tube voltage: 40 kV, tube current: 40 mA), α-LiFeO 2 phase was detected. .

得られた第一の化合物Feと第二の化合物α−LiFeOの質量比x=0.007となるように混合した物を負極活物質として比較例1と同様に負極を作製した。 A negative electrode was produced in the same manner as in Comparative Example 1 using a mixture of the obtained first compound Fe 3 O 4 and the second compound α-LiFeO 2 so as to have a mass ratio x = 0.007. .

得られた負極を用いたことを除いて比較例1と同様にして、比較例2のリチウムイオン二次電池を作製した。   A lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the obtained negative electrode was used.

(実施例1)
比較例1で得られた第一の化合物と、比較例2で得られた第二の化合物を、質量比x=0.007となるように混合した物を負極活物質として比較例1と同様に負極を作製した。
Example 1
Similar to Comparative Example 1 using a mixture of the first compound obtained in Comparative Example 1 and the second compound obtained in Comparative Example 2 so as to have a mass ratio x = 0.007. A negative electrode was prepared.

得られた負極を用いたことを除いて比較例1と同様にして、実施例1のリチウムイオン二次電池を作製した。   A lithium ion secondary battery of Example 1 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the obtained negative electrode was used.

(実施例2)
(第二の化合物の準備)
この固相反応法の手順を詳細に説明する。まず炭酸リチウム及び上記水熱合成で得られたα−Feを等モルとなるよう秤量し、その原料混合物に水を加え、ボールミルで6時間湿式混合した後、乾燥し水を除去した。
(Example 2)
(Preparation of second compound)
The procedure of this solid phase reaction method will be described in detail. First, lithium carbonate and α-Fe 2 O 3 obtained by the hydrothermal synthesis were weighed so as to be equimolar, water was added to the raw material mixture, wet-mixed with a ball mill for 6 hours, and then dried to remove water. .

次いで、その乾燥物を大気中、600℃で3時間焼成した。その後、4時間粉砕し、目標とするLiとFeとOから構成される化合物を得た。   Next, the dried product was fired at 600 ° C. for 3 hours in the air. Then, it grind | pulverized for 4 hours and obtained the compound comprised from Li, Fe, and O made into the target.

得られたLiとFeとOから構成される化合物の生成相をX線回折装置(管球:Cu、管電圧:40kV、管電流:40mA)により同定したところγ−LiFeO相が検出された。 When the resulting phase of the compound composed of Li, Fe and O was identified by an X-ray diffractometer (tube: Cu, tube voltage: 40 kV, tube current: 40 mA), a γ-LiFeO 2 phase was detected. .

比較例1で得られた第一の化合物と、得られた第二の化合物γ−LiFeOを質量比x=0.007となるように混合した物を負極活物質として、比較例1と同様に負極を作製した。 The same as in Comparative Example 1 except that the first compound obtained in Comparative Example 1 and the obtained second compound γ-LiFeO 2 were mixed so that the mass ratio x = 0.007 was used as the negative electrode active material. A negative electrode was prepared.

得られた負極を用いたこと除いて比較例1と同様にして、実施例2のリチウムイオン二次電池を作製した。   A lithium ion secondary battery of Example 2 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the obtained negative electrode was used.

(実施例3)
(第二の化合物の準備)
この固相反応法の手順を詳細に説明する。まず、炭酸ナトリウム及び水熱合成で得られたα−Feを等モルとなるよう秤量し、その原料混合物に水を加え、ボールミルで6時間湿式混合した後、乾燥し水を除去した。
(Example 3)
(Preparation of second compound)
The procedure of this solid phase reaction method will be described in detail. First, sodium carbonate and α-Fe 2 O 3 obtained by hydrothermal synthesis were weighed so as to be equimolar, water was added to the raw material mixture, wet mixed with a ball mill for 6 hours, and then dried to remove water. .

次いで、その乾燥物を大気中、800℃で3時間焼成した。その後、16時間粉砕し、目標とするα−NaFeOを得た。 Next, the dried product was calcined at 800 ° C. for 3 hours in the air. Thereafter, milled for 16 hours to give the alpha-NaFeO 2 as a target.

上記α−NaFeOとLiNOを5時間乾式混合した後、その混合粉を大気中300℃で5時間焼成し、イオン交換を行った。焼成物を水洗・乾燥の後、4時間粉砕し、目標とするLiとFeとOから構成される化合物を得た。 After the α-NaFeO 2 and LiNO 3 were dry-mixed for 5 hours, the mixed powder was fired at 300 ° C. for 5 hours in the atmosphere to perform ion exchange. The fired product was washed with water and dried, and then pulverized for 4 hours to obtain a target compound composed of Li, Fe, and O.

得られたLiとFeとOから構成される化合物の生成相をX線回折装置(管球:Cu、管電圧:40kV、管電流:40mA)により同定したところorth−LiFeO相が検出された。 The resulting phase of the compound composed of Li, Fe and O was identified by an X-ray diffractometer (tube: Cu, tube voltage: 40 kV, tube current: 40 mA), and ortho-LiFeO 2 phase was detected. .

比較例1で得られた第一の化合物と、得られた第二の化合物orth−LiFeOを質量比x=0.007となるように混合した物を負極活物質として比較例1と同様に負極を作製した。 As in Comparative Example 1, the first compound obtained in Comparative Example 1 and the obtained second compound ortho-LiFeO 2 were mixed so that the mass ratio x = 0.007. A negative electrode was produced.

得られた負極を用いたことを除いて比較例1と同様にして、実施例3のリチウムイオン二次電池を作製した。   A lithium ion secondary battery of Example 3 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the obtained negative electrode was used.

(実施例4〜13)
比較例1で得られた第一の化合物と、実施例2で得られた第二の化合物を、質量比xが表1の実施例4〜13のxの値となるように混合した物を負極活物質として比較例1と同様に負極を作製した。
(Examples 4 to 13)
A mixture obtained by mixing the first compound obtained in Comparative Example 1 and the second compound obtained in Example 2 so that the mass ratio x is the value of x in Examples 4 to 13 in Table 1. A negative electrode was produced in the same manner as Comparative Example 1 as the negative electrode active material.

得られた負極を用いたことを除いて比較例1と同様にして、実施例4〜13のリチウムイオン二次電池を作製した。   Lithium ion secondary batteries of Examples 4 to 13 were produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the obtained negative electrode was used.

比較例1同様に比較例1及び実施例1〜13において得られた負極から、第一の化合物と第二の化合物の質量比を分析した所、仕込み比と同等であることを確認した。   Similarly to Comparative Example 1, from the negative electrodes obtained in Comparative Example 1 and Examples 1 to 13, when the mass ratio of the first compound and the second compound was analyzed, it was confirmed that it was equivalent to the charging ratio.

表1に示される結果より本発明の効果は明らかである。すなわちFeで表される第一の化合物およびLiFeOで表される第二の化合物とを含有することでサイクル特性に優れる効果を発現する。

The effect of the present invention is clear from the results shown in Table 1. That express effect excellent in cycle characteristics by containing a second compound represented by the first compound and LiFeO 2 represented by Fe 2 O 3.

Figure 2017152239
Figure 2017152239

本発明によって優れたサイクル特性を持つ負極活物質、それを用いた負極及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。   The present invention can provide a negative electrode active material having excellent cycle characteristics, a negative electrode using the negative electrode active material, and a lithium ion secondary battery.

10…正極、12…正極集電体、14…正極活物質層、18…セパレータ、20…負極、22…負極集電体、24…負極活物質層、30…積層体、50…外装体、60…正極リード、62…負極リード、100…リチウムイオン二次電池

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Positive electrode, 12 ... Positive electrode collector, 14 ... Positive electrode active material layer, 18 ... Separator, 20 ... Negative electrode, 22 ... Negative electrode current collector, 24 ... Negative electrode active material layer, 30 ... Laminated body, 50 ... Outer body, 60 ... Positive electrode lead, 62 ... Negative electrode lead, 100 ... Lithium ion secondary battery

Claims (6)

Feで表される第一の化合物およびLiFeOで表される第二の化合物とを含有することを特徴とする負極活物質。 A negative electrode active material comprising a first compound represented by Fe 2 O 3 and a second compound represented by LiFeO 2 . 前記第二の化合物は、α−LiFeO、γ−LiFeO、orth−LiFeOの群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の負極活物質。 2. The negative electrode active material according to claim 1, wherein the second compound is at least one selected from the group of α-LiFeO 2 , γ-LiFeO 2 , and ortho-LiFeO 2 . 前記第一の化合物は、αーFeであることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか一項に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein the first compound is α-Fe 2 O 3 . 前記FeおよびLiFeOの総量に対する、LiFeOの含有量の質量比であるLiFeO/(Fe+LiFeO)=xが0.007≦x≦0.196で表されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の負極活物質。 To the total amount of the Fe 2 O 3 and LiFeO 2, LiFeO 2 / (Fe 2 O 3 + LiFeO 2) the mass ratio of the content of LiFeO 2 = x that is represented by 0.007 ≦ x ≦ 0.196 The negative electrode active material according to claim 1, wherein: 請求項1〜4のいずれか一項に記載の負極活物質を用いた負極。   The negative electrode using the negative electrode active material as described in any one of Claims 1-4. 請求項5に記載の負極を用いたリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery using the negative electrode according to claim 5.
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