JP2018073751A - Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery high in initial efficiency.SOLUTION: An active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprises a lithium transition metal composite oxide. The lithium transition metal composite oxide has an α-NaFeOstructure, of which the transition metal element (Me) includes Mn and Ni, or Mn, Ni and Co; the mole ratio (Mn/Me) of Mn to Me is given by 0.5<Mn/Me, and the mole ratio (Li/Me) of Li to Me is given by 1<Li/Me. The lithium transition metal composite oxide has an X-ray diffraction pattern which can be regarded as belonging to a space group R3-m. According to X-ray diffraction measurement by means of Cu-Kα rays, the ratio (FWHM(003)/FWHM(104)) of a half-value width (FWHM(003)) of a (003)-plane diffraction peak to a half-value width (FWHM(104)) of a (104)-plane diffraction peak is 0.45 or less, and the half-value width (FWHM(104)) of the (104)-plane diffraction peak is 0.40° or more with Miller index hkl.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非水電解質二次電池用正極活物質、その正極活物質を含有する非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery containing the positive electrode active material, and a nonaqueous electrolyte secondary battery.

従来、リチウム二次電池に代表される非水電解質二次電池用の正極活物質として、α−NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物が検討され、LiCoOを用いた非水電解質二次電池が広く実用化されていた。しかし、LiCoOの放電容量は120〜130mAh/g程度であった。前記Meとして、地球資源として豊富なMnを用いることが望まれてきた。しかし、リチウム遷移金属複合酸化物をLiMeO(Meは遷移金属)で表したときのMeとしてMnを含有させた場合、Me中のMnのモル比Mn/Meが0.5を超える場合には、充電をするとスピネル型へと構造変化が起こり、結晶構造が維持できないため、充放電サイクル性能が著しく劣るという問題があった。 Conventionally, a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 type crystal structure has been studied as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery typified by a lithium secondary battery, and a non-aqueous electrolyte using LiCoO 2 has been studied. Secondary batteries have been widely put into practical use. However, the discharge capacity of LiCoO 2 was about 120 to 130 mAh / g. As Me, it has been desired to use abundant Mn as a global resource. However, when Mn is contained as Me when the lithium transition metal composite oxide is expressed by LiMeO 2 (Me is a transition metal), when the molar ratio Mn / Me in Me exceeds 0.5 When charged, the structure changed to a spinel type, and the crystal structure could not be maintained. Therefore, there was a problem that the charge / discharge cycle performance was extremely inferior.

そこで、遷移金属(Me)中のMnのモル比Mn/Meが0.5以下であり、遷移金属(Me)に対するLiのモル比Li/Meがほぼ1である「LiMeO型」活物質が種々提案され、一部実用化されている。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物であるLiNi1/2Mn1/2やLiNi1/3Co1/3Mn1/3を含有する正極活物質は150〜180mAh/gの放電容量を有する。 Therefore, a “LiMeO 2 type” active material in which the molar ratio Mn / Me of transition metal (Me) is 0.5 or less and the molar ratio Li / Me of transition metal (Me) is approximately 1 is obtained. Various proposals have been made and some have been put into practical use. For example, a positive electrode active material containing LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 or LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 which is a lithium transition metal composite oxide has a discharge capacity of 150 to 180 mAh / g. Have

一方、上記のようないわゆる「LiMeO型」活物質に対し、Me中のMnのモル比Mn/Meが0.5を超え、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meが1より大きいリチウム遷移金属複合酸化物を含む、いわゆる「リチウム過剰型」活物質も知られている。(例えば、特許文献1、2、4〜8参照)。 On the other hand, for the so-called “LiMeO 2 type” active material as described above, the molar ratio of Mn in Me, Mn / Me, exceeds 0.5, and the composition ratio Li of Lithium (Li) to the ratio of transition metal (Me) A so-called “lithium-rich” active material containing a lithium transition metal composite oxide having a / Me value greater than 1 is also known. (For example, refer patent documents 1, 2, 4-8).

特許文献1には、「α−NaFeO型結晶構造を有し、組成式Li1+αMe1−α(MeはCo、Ni及びMnを含む遷移金属元素、α>0)で表され、前記遷移金属元素Meに対するLiのモル比Li/Meが1.2〜1.6であるリチウム遷移金属複合酸化物を含有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、前記遷移金属元素Me中のCoのモル比Co/Meが0.02〜0.23であり、前記遷移金属元素Me中のMnのモル比Mn/Meが0.62〜0.72であり、電位5.0V(vs.Li/Li)まで電気化学的に酸化したとき、エックス線回折図上空間群R3−mに帰属される単一相として観察されるものであることを特徴とする非水電解質二次電池用正極活物質。」(請求項1)と記載されている。
そして、実施例においては、Li1.13Co0.11Ni0.16Mn0.60をはじめ、種々の組成の活物質が示されている(段落[0086]、[0119]表2参照)。
In Patent Document 1, “having an α-NaFeO 2 type crystal structure and represented by a composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal element containing Co, Ni and Mn, α> 0), A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide having a molar ratio Li / Me of Li to the transition metal element Me of 1.2 to 1.6, wherein the transition metal element The molar ratio Co / Me in Me is 0.02 to 0.23, the molar ratio Mn in the transition metal element Me is 0.62 to 0.72, and the potential is 5.0 V. A non-aqueous electrolyte secondary characterized by being observed as a single phase belonging to the space group R3-m on the X-ray diffraction diagram when electrochemically oxidized to (vs. Li / Li + ) The positive electrode active material for a battery "(Claim 1).
In the Examples, active materials having various compositions including Li 1.13 Co 0.11 Ni 0.16 Mn 0.60 O 2 are shown (paragraphs [0086] and [0119] Table 2). reference).

特許文献2には、「層状構造を有し、下記式(1)で表される組成の化合物と、アスペクト比の平均値が16以上62以下である柱状のLi及びVの複合酸化物と、が混在していることを特徴とする活物質。
LiNiCoMn ・・・(1)
[上記式(1)中、元素MはAl、Si、Zr、Ti、Fe、Mg、Nb、Ba及びVからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、1.9≦(a+b+c+d+y)≦2.1、1.0<y≦1.3、0<a≦0.3、0<b≦0.25、0.3≦c≦0.7、0≦d≦0.1、1.9≦x≦2.1。]」(請求項1)が記載されている。
そして、実施例においては、組成がLi1.2Ni0.17Co0.08Mn0.55であるリチウム化合物(正極活物質)とVとを混合し、370℃〜750℃で熱処理して、Li及びVの複合酸化物と前記リチウム化合物とが混在した活物質を得たことが示されている(段落[0054]〜[0056]、[0062]〜[0065]、[0072]表1参照)。
In Patent Document 2, “a compound having a layered structure and represented by the following formula (1), a columnar Li and V composite oxide having an average aspect ratio of 16 or more and 62 or less, An active material characterized by a mixture of
Li y Ni a Co b Mn c M d O x ··· (1)
[In the above formula (1), the element M is at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Zr, Ti, Fe, Mg, Nb, Ba and V, and 1.9 ≦ (a + b + c + d + y) ≦ 2.1, 1.0 <y ≦ 1.3, 0 <a ≦ 0.3, 0 <b ≦ 0.25, 0.3 ≦ c ≦ 0.7, 0 ≦ d ≦ 0.1, 9 ≦ x ≦ 2.1. ] "(Claim 1).
Then, in the embodiment, the composition is mixed with a lithium compound (positive electrode active material) and V 2 O 5 is a Li 1.2 Ni 0.17 Co 0.08 Mn 0.55 O 2, 370 ℃ ~750 It was shown that an active material in which a Li and V composite oxide and the lithium compound were mixed was obtained by heat treatment at 0 ° C. (paragraphs [0054] to [0056], [0062] to [0065], [0072] See Table 1.

また、X線回折測定による(003)面と(104)面の回折ピークの半値幅、又はこれらの比であるFWHM003/FWHM104を規定したリチウム遷移金属複合酸化物を含有する非水電解質二次電池用正極活物質が公知である(例えば、特許文献3〜7参照)。   Further, a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide that defines FWHM003 / FWHM104 which is the half width of diffraction peaks of (003) plane and (104) plane by X-ray diffraction measurement, or a ratio thereof. Positive electrode active materials for use are known (see, for example, Patent Documents 3 to 7).

特許文献3には、「集電体と、前記集電体に保持された活物質粒子を含む活物質層とを備え、前記活物質粒子は、リチウム遷移金属酸化物の一次粒子が複数集合した二次粒子であって、該二次粒子の内側に形成された中空部と、該中空部を囲む殻部とを有する中空構造を構成しており、前記二次粒子には、外部から前記中空部まで貫通する貫通孔が形成されており、ここで前記活物質粒子の粉末X線回折パターンにおいて、(003)面により得られる回折ピークの半値幅Aと、(104)面により得られる回折ピークの半値幅Bとの比(A/B)が次式:(A/B)≦0.7を満たす、リチウム二次電池。」(請求項1)、「前記リチウム遷移金属酸化物は、以下の一般式:
Li1+xNiCoMn(1−y−z)αβ2
(式(1)中のx,y,z,αおよびβは、0≦x≦0.2、0.1<y<0.9、0.1<z<0.4、0.0005≦α≦0.01、0≦β≦0.01を全て満足する実数であり、Mは、存在しないか或いはZr、Mg、Ca、Na、Fe、Cr、Zn、Si、Sn、Al、BおよびFから成る群から選択される1種又は2種以上の元素である。)
で示される層状結晶構造の化合物である、請求項1・・・に記載のリチウム二次電池。」(請求項6)が記載されている。
そして、段落[0073]〜[0082]、[0089]表1には、Ni:Co:Mnのモル比が0.33:0.33:0.33の原料100モル%に対してW添加量が0〜0.7モル%になるように調節して得られた複合水酸化物粒子と、炭酸リチウムとを、Li/Meが約1.15となるように混合して焼成することにより、ミラー指数(003)の回折面により得られるピークの半値幅Aと、ミラー指数(104)の回折面により得られるピークの半値幅Bとの比(A/B)が0.38〜1.12の範囲にあるリチウム遷移金属複合酸化物よりなる、中空構造又は中実構造を備える活物質粒子を製造したことが記載されている。
Patent Document 3 states that “a current collector and an active material layer containing active material particles held by the current collector are provided, and the active material particles are a collection of a plurality of primary particles of a lithium transition metal oxide. The secondary particle has a hollow structure having a hollow part formed inside the secondary particle and a shell part surrounding the hollow part, and the secondary particle includes the hollow part from the outside. In the powder X-ray diffraction pattern of the active material particles, the half-value width A of the diffraction peak obtained by the (003) plane and the diffraction peak obtained by the (104) plane (A / B) satisfying the following formula: (A / B) ≦ 0.7 ”(Claim 1),“ The lithium transition metal oxide is: General formula of:
Li 1 + x Ni y Co z Mn (1-yz) W α M β O 2
(X, y, z, α and β in the formula (1) are 0 ≦ x ≦ 0.2, 0.1 <y <0.9, 0.1 <z <0.4, 0.0005 ≦ It is a real number that satisfies all α ≦ 0.01 and 0 ≦ β ≦ 0.01, and M is absent or Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B and One or more elements selected from the group consisting of F.)
The lithium secondary battery according to claim 1, which is a compound having a layered crystal structure represented by: (Claim 6).
The paragraphs [0073] to [0082] and [0089] Table 1 shows that the added amount of W with respect to 100 mol% of the raw material having a Ni: Co: Mn molar ratio of 0.33: 0.33: 0.33. By mixing and firing the composite hydroxide particles obtained by adjusting so as to be 0 to 0.7 mol% and lithium carbonate so that Li / Me is about 1.15, The ratio (A / B) of the half width A of the peak obtained by the diffractive surface with the Miller index (003) to the half width B of the peak obtained by the diffractive surface with the Miller index (104) is 0.38 to 1.12. It is described that an active material particle having a hollow structure or a solid structure made of a lithium transition metal composite oxide in the range of is manufactured.

特許文献4には、「層状構造を有し、下記式(1)で表される組成を有し、粉末X線回折図における(003)面の半値幅FWHM003と(104)面の半値幅FWHM104との比が下記式(2)で表され、かつ、平均一次粒子径が0.2μm〜0.5μmであることを特徴とする活物質。
LiNiCoMn ・・・(1)
[上記式(1)中、元素MはAl,Si,Zr,Ti,Fe,Mg,Nb,Ba及びVからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、1.9≦(a+b+c+d+y)≦2.1、1.0<y≦1.3、0<a≦0.3、0<b≦0.25、0.3≦c≦0.7、0≦d≦0.1、1.9≦x≦2.1である。]
FWHM003/FWHM104≦0.57 ・・・(2)」(請求項1)が記載され、[0019]には、「また、上記半値幅について、より好ましくは2θ=18.6°±1°における回折ピーク(003)面のピーク半値幅FWHM003が0.13以下であり、2θ=36.8°±1°における回折ピーク(010)面のピーク半値幅FWHM010が0.15以下であり、更に2θ=44.5°±1°における回折ピーク(104)面のピーク半値幅FWHM104が0.20以下であり、これらの範囲を満たすと高い放電容量が得られる。」と記載されている。
そして、段落[0050]〜[0053]、[0059]〜[0062]、[0064]表1には、Li1.2Ni0.17Co0.07Mn0.56等の組成を有し、FWHM003/FWHM104が0.449〜0.570であるリチウム化合物(活物質)が記載されている。
In Patent Document 4, “Having a layered structure, having a composition represented by the following formula (1), a half width FWHM003 of the (003) plane and a half width FWHM104 of the (104) plane in the powder X-ray diffraction diagram. And an average primary particle diameter of 0.2 μm to 0.5 μm.
Li y Ni a Co b Mn c M d O x ··· (1)
[In the above formula (1), the element M is at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Zr, Ti, Fe, Mg, Nb, Ba and V, and 1.9 ≦ (a + b + c + d + y) ≦ 2.1, 1.0 <y ≦ 1.3, 0 <a ≦ 0.3, 0 <b ≦ 0.25, 0.3 ≦ c ≦ 0.7, 0 ≦ d ≦ 0.1, 9 ≦ x ≦ 2.1. ]
FWHM003 / FWHM104 ≦ 0.57 (2) ”(Claim 1) is described, and [0019] states that“ the above half-value width is more preferably 2θ = 18.6 ° ± 1 °. The peak half-value width FWHM003 of the diffraction peak (003) plane is 0.13 or less, the peak half-value width FWHM010 of the diffraction peak (010) plane at 2θ = 36.8 ° ± 1 ° is 0.15 or less, and 2θ The peak half-value width FWHM104 of the diffraction peak (104) at 44.5 ° ± 1 ° is 0.20 or less, and when these ranges are satisfied, a high discharge capacity is obtained.
Paragraphs [0050] to [0053], [0059] to [0062], and [0064] Table 1 has compositions such as Li 1.2 Ni 0.17 Co 0.07 Mn 0.56 O 2. In addition, a lithium compound (active material) in which FWHM003 / FWHM104 is 0.449 to 0.570 is described.

特許文献5には、「Li硝酸塩、並びに水に可溶なM及びM’の金属塩を原料として調製された複合酸化物であって、
X(LiMO)・(1−X)LiM’O(ここで、0<X<1、Mは、少なくともNiを含む1種以上の平均原子価3価の金属を示し、M’は、少なくともMnを含む1種以上の平均原子価4価の金属を示す。)で表される組成を有し、
X線回折測定における21°付近の超格子に由来する回折ピーク強度をI(21°)、(003)面、(101)面、及び(104)面の結晶面回折強度をそれぞれI(003)、I(101)、I(104)とした時、0<I(21°)/I(003)≦0.06、2.0≦I(003)/I(104)≦5.0、及び0.4≦I(101)/I(104)≦0.5を同時に満たす、複合酸化物。」(請求項1)、「前記(003)面及び(104)面の半価幅をそれぞれH(003)、H(104)とした時、0.05°≦H(003)≦0.2°、0.25°≦H(104)≦0.4°を同時に満たす、請求項1記載の複合酸化物。」(請求項2)が記載されている。
そして、段落[0080]〜[0089]表1、段落[0096]表2には、Li1.2Ni0.235Co0.04Mn0.525等の組成を有し、(003)面のピークの半値幅が0.115°〜0.226°、(104)面のピークの半値幅が0.228°〜0.422°である複合酸化物が記載されている。
Patent Document 5 discloses a composite oxide prepared using “Li nitrate, and metal salts of M and M ′ soluble in water,
X (LiMO 2 ) · (1-X) Li 2 M′O 3 (where 0 <X <1, M represents one or more kinds of average valence trivalent metals including at least Ni, and M ′ Represents at least one kind of metal having an average valence of 4 containing at least Mn.)
The diffraction peak intensity derived from a superlattice near 21 ° in X-ray diffraction measurement is defined as the crystal plane diffraction intensity of I (21 °), (003) plane, (101) plane, and (104) plane, respectively. , I (101), I (104), 0 <I (21 °) / I (003) ≦ 0.06, 2.0 ≦ I (003) / I (104) ≦ 5.0, and A composite oxide satisfying 0.4 ≦ I (101) / I (104) ≦ 0.5 simultaneously. (Claim 1), “When the half widths of the (003) plane and (104) plane are H (003) and H (104), respectively, 0.05 ° ≦ H (003) ≦ 0.2 The composite oxide according to claim 1, which simultaneously satisfies °, 0.25 ° ≦ H (104) ≦ 0.4 ° ”(claim 2).
The paragraphs [0080] to [0089] Table 1 and Paragraph [0096] Table 2 have compositions such as Li 1.2 Ni 0.235 Co 0.04 Mn 0.525 O 2 , and (003) A composite oxide having a full width at half maximum of the plane peak of 0.115 ° to 0.226 ° and a full width at half maximum of the (104) plane peak of 0.228 ° to 0.422 ° is described.

特許文献6には、「α−NaFeO型結晶構造を有するナトリウム含有リチウム遷移金属複合酸化物の固溶体を含むリチウム二次電池用活物質であって、前記固溶体の化学組成式が、Li1+x−yNaCoNiMn2+d(0<y≦0.1、0.4≦c≦0.7、x+a+b+c=1、0.1≦x≦0.25、−0.2≦d≦0.2)を満たし、かつ、六方晶(空間群P312)に帰属可能なX線回折パターンを有し、ミラー指数hklにおける(003)面の回折ピークの半値幅が0.30°以下であり、かつ、(114)面の回折ピークの半値幅が0.50°以下であることを特徴とするリチウム二次電池用活物質。」(請求項1)が記載されている。
また、段落[0052]には、「結晶化の度合いを示すものとして先に述べたX線回折ピークの半値幅がある。本発明において、低温特性を改善するためには、空間群P312に帰属されるX線回折パターンにおいて(003)面の回折ピークの半値幅を0.30゜以下とし、かつ、(114)面の回折ピークの半値幅を0.50゜以下とすることが必要である。(003)面の回折ピークの半値幅は0.17°〜0.30゜が好ましく、(114)面の回折ピークの半値幅は0.35°〜0.50゜が好ましい。」と記載されている。
そして、段落[0074]〜[0092]、[0102]表1、[0103]表2には、Li1.09Na0.01Co0.1Ni0.25Mn0.55等の組成を有し、(003)面の回折ピークの半値幅が0.17〜0.32°、(114)面の回折ピークの半値幅が0.35〜0.54°である複合酸化物が記載されている。
Patent Document 6 discloses an active material for a lithium secondary battery including a solid solution of a sodium-containing lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 type crystal structure, wherein the chemical composition formula of the solid solution is Li 1 + x−. y Na y Co a Ni b Mn c O 2 + d (0 <y ≦ 0.1, 0.4 ≦ c ≦ 0.7, x + a + b + c = 1, 0.1 ≦ x ≦ 0.25, −0.2 ≦ d ≦ 0.2) and an X-ray diffraction pattern that can be assigned to a hexagonal crystal (space group P3 1 12), and the half width of the diffraction peak on the (003) plane at the Miller index hkl is 0.30 °. The active material for a lithium secondary battery is characterized in that the half-width of the diffraction peak of the (114) plane is 0.50 ° or less ”(Claim 1).
In addition, paragraph [0052] has “half-value width of the X-ray diffraction peak described above as indicating the degree of crystallization. In the present invention, in order to improve the low temperature characteristics, the space group P3 1 12 In the X-ray diffraction pattern attributed to (3), it is necessary that the half width of the (003) plane diffraction peak is 0.30 ° or less and the half width of the (114) plane diffraction peak is 0.50 ° or less. The half-value width of the (003) plane diffraction peak is preferably 0.17 ° to 0.30 °, and the half-value width of the (114) plane diffraction peak is preferably 0.35 ° to 0.50 °. It is described.
In paragraphs [0074] to [0092], [0102] Table 1, and [0103] Table 2, the composition of Li 1.09 Na 0.01 Co 0.1 Ni 0.25 Mn 0.55 O 2 or the like is shown. And a complex oxide having a (003) plane diffraction peak half width of 0.17 to 0.32 ° and a (114) plane diffraction peak half width of 0.35 to 0.54 °. Has been.

特許文献7には、「α−NaFeO構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、遷移金属(Me)がCo、Ni及びMnを含み、Liと遷移金属(Me)のモル比(Li/Me)が1<Li/Meであり、Mnと遷移金属(Me)のモル比(Mn/Me)が0.5<Mn/Meであり、Ceを含有することを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。」(請求項1)及び「CuKα管球を用いたX線回折パターン解析において、(104)面に帰属される回折ピークの半値幅(FWHM)が0.269≦FWHM≦0.273であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の正極活物質。」(請求項3)が記載されている。
また、段落[0031]には、「本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、X線回折パターンを元に空間群R3−mを結晶構造モデルに用いたときに(003)面に帰属される回折ピークの半値幅を0.202°〜0.265°の範囲内とすることが好ましい。また、(104)面に帰属される回折ピークの半値幅を0.265°〜0.285°の範囲内とすることが好ましい。こうすることにより、正極活物質の初期効率を高めることが可能となる。」と記載されている。
そして、実施例1〜5には、出発物質のリチウム遷移金属複合酸化物Li1.18Co0.10Ni0.17Mn0.55を、硫酸セリウムを含む酸溶液に投入した後、吸引ろ過して乾燥し、さらに熱処理することで、Ceを含み、(104)面に帰属される回折ピークの半値幅FWHM(104)が0.269°〜0.273°であるリチウム遷移金属複合酸化物を得ることが示されている(段落[0079]〜[0082]、[0097]表1)。
Patent Document 7 states that “a positive electrode active material including a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 structure, wherein the transition metal (Me) contains Co, Ni, and Mn. In addition, the molar ratio of Li to transition metal (Me) (Li / Me) is 1 <Li / Me, and the molar ratio of Mn to transition metal (Me) (Mn / Me) is 0.5 <Mn / Me. A positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that it contains Ce ”(Claim 1) and“ Diffraction attributed to the (104) plane in X-ray diffraction pattern analysis using a CuKα tube ” The positive electrode active material according to claim 1 or 2, wherein a peak half-value width (FWHM) is 0.269 ≦ FWHM ≦ 0.273 ”(Claim 3).
In addition, the paragraph [0031] states that “the lithium transition metal composite oxide according to the present invention is attributed to the (003) plane when the space group R3-m is used for the crystal structure model based on the X-ray diffraction pattern. The half width of the diffraction peak is preferably in the range of 0.202 ° to 0.265 °, and the half width of the diffraction peak attributed to the (104) plane is 0.265 ° to 0.285 °. The initial efficiency of the positive electrode active material can be increased by doing so. ”.
In Examples 1 to 5, after starting lithium transition metal composite oxide Li 1.18 Co 0.10 Ni 0.17 Mn 0.55 O 2 into an acid solution containing cerium sulfate, Lithium transition metal composite containing Ce and having a half-value width FWHM (104) of 0.269 ° to 0.273 ° of the diffraction peak attributed to the (104) plane by suction filtration, drying, and further heat treatment It has been shown to obtain oxides (paragraphs [0079] to [0082], [0097] Table 1).

特許文献8には、「層状構造のLiMnOを含み、W、Mo、V、およびCrからなる群から選択される1つ以上の多価の酸化数の元素と、フルオロ化合物がドーピングされた正極活物質。」(請求項1)が記載されている。
そして、実施例においては、Ni:Co:Mnのモル比が2:2:6となるように製造された遷移金属混合溶液のpHを11に維持して遷移金属水酸化物を沈殿させて前駆体を得て、これにLiCO、LiF及びWClを種々の量混合し、750℃又は700℃で焼成してリチウム金属複合酸化物を得ることが示されている(段落[0063]〜[0065]、[0074]〜[0086]、[0087]表1、[0088]表2参照)。
Patent Document 8 states that “one or more elements having a multivalent oxidation number selected from the group consisting of W, Mo, V, and Cr including a layered structure of Li 2 MnO 3 and a fluoro compound are doped. The positive electrode active material "(Claim 1) is described.
In the Examples, the precursor of the transition metal hydroxide is precipitated by maintaining the pH of the transition metal mixed solution prepared so that the molar ratio of Ni: Co: Mn is 2: 2: 6 at 11. It is shown that LiCO 3 , LiF and WCl 4 are mixed in various amounts and calcined at 750 ° C. or 700 ° C. to obtain a lithium metal composite oxide (paragraphs [0063] to [ [0065], [0074] to [0086], [0087] Table 1, [0088] Table 2).

WO2012/091015WO2012 / 091015 特開2013−206558号公報JP 2013-206558 A 特開2013−51172号公報JP 2013-51172 A 特開2013−206552号公報JP 2013-206552 A 特開2014−10909号公報JP 2014-10909 A WO2012/039413WO2012 / 039413 特開2016−126935号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-126935 特開2014−116303号公報JP 2014-116303 A

上記のいわゆる「リチウム過剰型」活物質の放電容量は、特許文献1、7に記載されるように、概して、いわゆる「LiMeO型」活物質よりも大きい。
しかし、「リチウム過剰型」の活物質には、これを用いた非水電解質二次電池の初期充放電効率(以下「初期効率」という。)が低いという課題があった。
The discharge capacity of the so-called “lithium-rich” active material is generally larger than the so-called “LiMeO 2 type” active material, as described in US Pat.
However, the “lithium-excess type” active material has a problem that the initial charge / discharge efficiency (hereinafter referred to as “initial efficiency”) of the nonaqueous electrolyte secondary battery using the active material is low.

特許文献1、2には、リチウム二次電池の初期効率を高くすることが示されているが、X線回折測定による(104)面の回折ピークの半値幅(FWHM(104))に対する(003)面の回折ピークの半値幅(FWHM(003))の比FWHM(003)/FWHM(104)が0.45以下であり、かつ前記FWHM(104)が0.40°以上であるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質は具体的に示されていないから、このような正極活物質の初期効率は予測し得るものではない。特許文献1の実施例においては、Co、Ni及びMnを含む遷移金属元素の共沈炭酸塩前駆体と炭酸リチウムを混合して焼成することにより、リチウム遷移金属複合酸化物を合成したことが示されている(段落[0083]〜[0086]、[0109]、[0119]表2、[0120]表3参照)。特許文献1の実施例に記載された合成条件で得られた正極活物質は、X線回折測定による(104)面の回折ピークの半値幅(FWHM(104))に対する(003)面の回折ピークの半値幅(FWHM(003))の比FWHM(003)/FWHM(104)が1.2以上である。   Patent Documents 1 and 2 show that the initial efficiency of the lithium secondary battery is increased, but (003) with respect to the half-value width (FWHM (104)) of the diffraction peak of (104) plane by X-ray diffraction measurement. ) Lithium transition metal in which the ratio FWHM (003) / FWHM (104) of the half width (FWHM (003)) of the diffraction peak of the surface is 0.45 or less and the FWHM (104) is 0.40 ° or more Since the positive electrode active material containing the composite oxide is not specifically shown, the initial efficiency of such a positive electrode active material cannot be predicted. In the example of Patent Document 1, it is shown that a lithium transition metal composite oxide was synthesized by mixing and calcining lithium carbonate with a coprecipitation carbonate precursor of a transition metal element containing Co, Ni and Mn. (See paragraphs [0083] to [0086], [0109], [0119] Table 2, [0120] Table 3). The positive electrode active material obtained under the synthesis conditions described in the examples of Patent Document 1 has a (003) plane diffraction peak with respect to the half-value width (FWHM (104)) of the (104) plane diffraction peak by X-ray diffraction measurement. The ratio FWHM (003) / FWHM (104) of the full width at half maximum (FWHM (003)) is 1.2 or more.

特許文献3、4には、X線回折測定による(104)面の回折ピークの半値幅が0.40°以上であるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質は開示されておらず、リチウム二次電池の初期効率を向上させることについても記載がない。また、特許文献3には、Me中のMnのモル比Mn/Meが0.5を超える「リチウム過剰型」のリチウム遷移金属複合酸化物は具体的に示されていない。   Patent Documents 3 and 4 do not disclose a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide in which the half width of the diffraction peak of the (104) plane measured by X-ray diffraction measurement is 0.40 ° or more. There is no description about improving the initial efficiency of the secondary battery. Patent Document 3 does not specifically show a “lithium-excess” lithium transition metal composite oxide in which the molar ratio Mn / Mn in Me exceeds 0.5.

特許文献5には、X線回折測定による(104)面の回折ピークの半値幅(FWHM(104))に対する(003)面の回折ピークの半値幅(FWHM(003))の比FWHM(003)/FWHM(104)が0.45以下であり、かつ前記FWHM(104)が0.40°以上であるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質は具体的に示されておらず、リチウム二次電池の初期効率を向上させることについても記載がない。   Patent Document 5 discloses a ratio FWHM (003) of a half-value width (FWHM (003)) of a (003) plane diffraction peak to a half-value width (FWHM (104)) of a (104) plane diffraction peak by X-ray diffraction measurement. A positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide having a / FWHM (104) of 0.45 or less and a FWHM (104) of 0.40 ° or more is not specifically shown. There is no description about improving the initial efficiency of the secondary battery.

特許文献6、7には、リチウム二次電池の初期効率を高くすることが示されているが、X線回折測定による(104)面の回折ピークの半値幅(FWHM(104))に対する(003)面の回折ピークの半値幅(FWHM(003))の比FWHM(003)/FWHM(104)が0.45以下であるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質は具体的に示されていないから、このような正極活物質の初期効率は予測し得るものではない。また、特許文献7には、リチウム遷移金属複合酸化物のFWHM(104)を0.40°以上とすることは開示されていない。   Patent Documents 6 and 7 show that the initial efficiency of the lithium secondary battery is increased, but (003) relative to the half-value width (FWHM (104)) of the diffraction peak of (104) plane by X-ray diffraction measurement. ) A positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide in which the ratio FWHM (003) / FWHM (104) of the half width (FWHM (003)) of the diffraction peak of the surface is 0.45 or less is specifically shown. Therefore, the initial efficiency of such a positive electrode active material is not predictable. Patent Document 7 does not disclose that the FWHM (104) of the lithium transition metal composite oxide is 0.40 ° or more.

特許文献8には、W、Mo、V、およびCrからなる群から選択される1つ以上の多価の酸化数の元素と、LiFとがドーピングされたリチウム遷移金属複合酸化物が記載されている。しかし、前記ドーピングによっては電池の初期効率は向上していない(段落[0088]表2参照)。また、X線回折測定による(104)面の回折ピークの半値幅(FWHM(104))に対する(003)面の回折ピークの半値幅(FWHM(003))の比FWHM(003)/FWHM(104)が0.45以下であり、かつ前記FWHM(104)が0.40°以上であるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質は開示されていない。   Patent Document 8 describes a lithium transition metal composite oxide in which LiF is doped with one or more elements having a multivalent oxidation number selected from the group consisting of W, Mo, V, and Cr. Yes. However, the initial efficiency of the battery is not improved by the doping (see paragraph [0088] Table 2). Further, the ratio of the half-value width (FWHM (003)) of the (003) plane diffraction peak to the half-value width (FWHM (104)) of the (104) plane diffraction peak by X-ray diffraction measurement FWHM (003) / FWHM (104 ) Is 0.45 or less, and a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide in which the FWHM (104) is 0.40 ° or more is not disclosed.

本発明は、非水電解質二次電池において、初期効率を向上させることを課題とする。   An object of the present invention is to improve initial efficiency in a nonaqueous electrolyte secondary battery.

上記課題を解決するために、本発明の一側面は、「リチウム遷移金属複合酸化物を含む非水電解質二次電池用活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、α−NaFeO構造を有し、遷移金属元素(Me)としてMn及びNi、又はMn、Ni及びCoを含み、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5<Mn/Meであり、Meに対するLiのモル比Li/Meが1<Li/Meであり、空間群R3−mに帰属可能なX線回折パターンを有し、Cu−Kα線を用いたX線回折測定による、ミラー指数hklにおける(104)面の回折ピークの半値幅(FWHM(104))に対する(003)面の回折ピークの半値幅(FWHM(003))の比FWHM(003)/FWHM(104)が0.45以下であり、前記(104)面の回折ピークの半値幅(FWHM(104))が0.40°以上である、非水電解質二次電池用正極活物質。」を採用する。 In order to solve the above-described problem, an aspect of the present invention is “an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery including a lithium transition metal composite oxide, wherein the lithium transition metal composite oxide is α-NaFeO 2. Mn and Ni or Mn, Ni and Co as transition metal elements (Me), the molar ratio of Mn to Me is 0.5 <Mn / Me, and the molar ratio of Li to Me The ratio Li / Me is 1 <Li / Me, has an X-ray diffraction pattern that can be assigned to the space group R3-m, and has an Miller index hkl of 104 by X-ray diffraction measurement using Cu-Kα rays (104) The ratio FWHM (003) / FWHM (104) of the half value width (FWHM (003)) of the (003) surface diffraction peak to the half value width (FWHM (104)) of the surface diffraction peak is 0.45 or less, and ( 04) the half-width of the diffraction peak of the plane (FWHM (104)) is the 0.40 ° or more, the positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery. "Adopted.

本発明の他の一側面は、「リチウム遷移金属複合酸化物を含む非水電解質二次電池用正極活物質の製造に用いる遷移金属水酸化物前駆体の製造方法であって、反応槽に、遷移金属元素(Me)としてMn及びNi、又はMn、Ni及びCoを含有する溶液と共に、アルカリ金属水酸化物、錯化剤、及び0.1〜0.5Mの還元剤を含有するアルカリ溶液を加えて、前記反応槽の溶液のpHを10.5以下として、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5<Mn/Meである遷移金属水酸化物前駆体を共沈させる、リチウム遷移金属複合酸化物を含む非水電解質二次電池用正極活物質の製造に用いる遷移金属水酸化物前駆体の製造方法。」である。   Another aspect of the present invention is “a method for producing a transition metal hydroxide precursor used for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide, An alkali solution containing an alkali metal hydroxide, a complexing agent, and a reducing agent of 0.1 to 0.5 M together with a solution containing Mn and Ni or Mn, Ni and Co as transition metal elements (Me) In addition, the pH of the reaction vessel solution is set to 10.5 or less, and a transition metal hydroxide precursor in which the molar ratio of Mn to Me, Mn / Me is 0.5 <Mn / Me, is co-precipitated. It is the manufacturing method of the transition metal hydroxide precursor used for manufacture of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing a metal complex oxide. "

本発明の他の一側面は、「前記製造方法によって製造された遷移金属水酸化物前駆体と、リチウム化合物とを混合して、750〜940℃で焼成する、α−NaFeO型結晶構造を有し、Liと遷移金属(Me)のモル比(Li/Me)が1より大きいリチウム遷移金属複合酸化物を含む非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。」である。 According to another aspect of the present invention, “a transition metal hydroxide precursor produced by the above production method and a lithium compound are mixed and fired at 750 to 940 ° C. to form an α-NaFeO 2 type crystal structure. And a manufacturing method of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery including a lithium transition metal composite oxide having a molar ratio of Li to transition metal (Me) (Li / Me) greater than 1.

本発明の他の一側面は、前記正極活物質を含有する非水電解質二次電池用電極であり、前記電極を備えた非水電解質二次電池である。   Another aspect of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery electrode containing the positive electrode active material, and is a nonaqueous electrolyte secondary battery including the electrode.

本発明によれば、非水電解質二次電池の初期効率を向上させることができる。   According to the present invention, the initial efficiency of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved.

本発明の一態様に係る非水電解質二次電池を示す外観斜視図1 is an external perspective view showing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る非水電解質二次電池を複数個集合した蓄電装置を示す概略図Schematic showing a power storage device in which a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries according to one embodiment of the present invention are assembled.

[正極活物質及びリチウム遷移金属複合酸化物]
本発明の一実施形態(以下、「本実施形態」という。)に係る非水電解質二次電池用正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質である。
前記リチウム遷移金属複合酸化物の組成は、高い放電容量が得られる点から、Mn及びNi、又はMn、Ni及びCoを含む遷移金属元素Me、並びに、Liを含有し、Li1+αMe1−α(α>0)と表記することができる、いわゆる「リチウム過剰型」である。
[Positive electrode active material and lithium transition metal composite oxide]
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment”) is a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide.
The composition of the lithium transition metal composite oxide includes Mn and Ni, or a transition metal element Me containing Mn, Ni and Co, and Li, and Li 1 + α Me 1-α from the viewpoint of obtaining a high discharge capacity. This is a so-called “lithium-excess type” which can be expressed as O 2 (α> 0).

本実施形態においては、組成式Li1+αMe1−α(α>0)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物において、(1+α)/(1−α)で表される遷移金属元素Meに対するLiのモル比Li/Meは、1.1以上1.4未満とすることが好ましく、1.1以上1.3以下とすることがより好ましく、1.1以上1.2以下とすることが特に好ましい。この範囲であると、初期効率の高い非水電解質二次電池を得ることができる。
遷移金属元素Meに対するMnのモル比Mn/Meは0.5より大きい。0.51以上0.7未満が好ましく、0.51〜0.60がより好ましい。この範囲であると、初期効率の高い非水電解質二次電池を得ることができる。
リチウム遷移金属複合酸化物に含有されるCoは、初期効率を向上させる効果があるが、Coが多すぎると、前駆体のタップ密度が低くなり、ピーク微分細孔容積が大きくなる。また、希少資源であることからコスト高である。したがって、遷移金属元素Meに対するCoのモル比Co/Meは0.20以下とすることが好ましく、0でもよい。
遷移金属元素Meに対するNiのモル比Ni/Meは0.2〜0.5が好ましく、0.25〜0.4がより好ましい。この範囲であると、水酸化物前駆体のタップ密度を向上させることが可能であり、体積当たりの放電容量が向上する。
上記のような組成のリチウム遷移金属複合酸化物を用いることによって、初期効率の高い非水電解質二次電池を得ることができる。
In the present embodiment, in the lithium transition metal composite oxide represented by the composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 (α> 0), the transition metal element Me represented by (1 + α) / (1-α) The molar ratio Li / Me to Li is preferably 1.1 or more and less than 1.4, more preferably 1.1 or more and 1.3 or less, and 1.1 or more and 1.2 or less. Is particularly preferred. Within this range, a nonaqueous electrolyte secondary battery with high initial efficiency can be obtained.
The molar ratio Mn / Me of the transition metal element Me is greater than 0.5. 0.51 or more and less than 0.7 is preferable, and 0.51 to 0.60 is more preferable. Within this range, a nonaqueous electrolyte secondary battery with high initial efficiency can be obtained.
Co contained in the lithium transition metal composite oxide has an effect of improving the initial efficiency. However, when there is too much Co, the tap density of the precursor is lowered and the peak differential pore volume is increased. Moreover, since it is a scarce resource, it is expensive. Therefore, the molar ratio Co / Me of Co to the transition metal element Me is preferably 0.20 or less, and may be 0.
The molar ratio Ni / Me of Ni with respect to the transition metal element Me is preferably 0.2 to 0.5, and more preferably 0.25 to 0.4. Within this range, the tap density of the hydroxide precursor can be improved and the discharge capacity per volume is improved.
By using the lithium transition metal composite oxide having the above composition, a non-aqueous electrolyte secondary battery with high initial efficiency can be obtained.

本実施形態に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、前記リチウム及び遷移金属元素に加えて、さらにRu、Te、Ce、Ta又はS元素を含むことが好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物がこれらの元素を含むことにより、正極活物質として用いた際の非水電解質二次電池の初期効率が向上する。
Ru、Te、Ce、Ta又はS元素の含有量は特に限定されないが、含有量の増加による初期効率の向上効果と、原料コストの上昇とを考慮して、Ni、Co及びMnの合計量に対して1〜10mol%とすることが好ましく、1〜7mol%とすることがより好ましい。
The lithium transition metal composite oxide according to the present embodiment preferably further contains a Ru, Te, Ce, Ta, or S element in addition to the lithium and the transition metal element. When the lithium transition metal composite oxide contains these elements, the initial efficiency of the nonaqueous electrolyte secondary battery when used as the positive electrode active material is improved.
The content of the Ru, Te, Ce, Ta or S element is not particularly limited, but considering the effect of improving the initial efficiency due to the increase in content and the increase in raw material costs, the total amount of Ni, Co and Mn It is preferable to set it as 1-10 mol% with respect to it, and it is more preferable to set it as 1-7 mol%.

本実施形態に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、上記元素以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、Na,K等のアルカリ金属、Mg,Ca等のアルカリ土類金属、Cr,Zn等の3d遷移金属に代表される遷移金属など少量の他の金属を含有することができる。   In addition to the above elements, the lithium transition metal composite oxide according to this embodiment is an alkali metal such as Na and K, an alkaline earth metal such as Mg and Ca, Cr, Zn, and the like as long as the effects of the present invention are not impaired. A small amount of other metals such as transition metals represented by 3d transition metals can be contained.

本実施形態に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、α−NaFeO構造を有している。合成後(充放電を行う前)の上記リチウム遷移金属複合酸化物は、空間群P312あるいはR3−mに帰属される。このうち、空間群P312に帰属されるものには、CuKα管球を用いたエックス線回折図上、2θ=21°付近に超格子ピーク(Li[Li1/3Mn2/3]O型の単斜晶に見られるピーク)が確認される。ところが、一度でも充電を行い、結晶中のLiが脱離すると結晶の対称性が変化することにより、上記超格子ピークが消滅して、上記リチウム遷移金属複合酸化物は空間群R3−mに帰属されるようになる。ここで、P312は、R3−mにおける3a、3b、6cサイトの原子位置を細分化した結晶構造モデルであり、R3−mにおける原子配置に秩序性が認められるときに該P312モデルが採用される。なお、「R3−m」は本来「R3m」の「3」の上にバー「−」を施して表記する。 The lithium transition metal composite oxide according to this embodiment has an α-NaFeO 2 structure. The lithium transition metal composite oxide after synthesis (before charging and discharging) is attributed to the space group P3 1 12 or R3-m. Among these, those belonging to the space group P3 1 12 are superlattice peaks (Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 near 2θ = 21 ° on the X-ray diffraction diagram using the CuKα tube. The peak observed in the monoclinic type) is confirmed. However, when charging is performed once and Li in the crystal is desorbed, the symmetry of the crystal changes, whereby the superlattice peak disappears and the lithium transition metal composite oxide belongs to the space group R3-m. Will come to be. Here, P3 1 12 is a crystal structure model in which the atomic positions of the 3a, 3b, and 6c sites in R3-m are subdivided, and when ordering is recognized in the atomic arrangement in R3-m, the P3 1 12 model Is adopted. Note that “R3-m” is originally written by adding a bar “-” on “3” of “R3m”.

本実施形態に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、エックス線回折パターンを元に空間群R3−mを結晶構造モデルに用いたときに、(104)面に帰属される回折ピークの半値幅に対する(003)面に帰属される回折ピークの半値幅の比、即ち、FWHM(003)/FWHM(104)の値が0.45以下である。この値は、0.43以下であることが好ましい。
なお、2θ=18.6°±1°の回折ピークは、空間群P312及びR3−mではミラー指数hklにおける(003)面に指数付けされ、2θ=44.1°±1°の回折ピークは、空間群P312では(114)面、空間群R3−mでは(104)面に指数付けされる。従って、空間群P312に帰属されるものについては、本明細書において(104)と記載された部分は(114)と読み替えるものとする。
When the space group R3-m is used as a crystal structure model based on the X-ray diffraction pattern, the lithium transition metal composite oxide according to the present embodiment is (003) relative to the half-value width of the diffraction peak attributed to the (104) plane. ) The ratio of the half width of the diffraction peak attributed to the plane, that is, the value of FWHM (003) / FWHM (104) is 0.45 or less. This value is preferably 0.43 or less.
The diffraction peak at 2θ = 18.6 ° ± 1 ° is indexed to the (003) plane at the Miller index hkl in the space groups P3 1 12 and R3-m, and the diffraction at 2θ = 44.1 ° ± 1 °. peaks, the space group P3 1 12 (114) plane, is indexed to the space group R3-m (104) plane. Therefore, for the part belonging to the space group P3 1 12, the part described as (104) in this specification is read as (114).

前記FWMH比は、結晶構造における全方位からの結晶化度に対するc軸方向に沿った結晶化度の指標である。FWHM(003)/FWHM(104)が小さいことは、c軸方向の結晶成長度合いが大きいことを意味する。この場合、層間からのLiイオンの脱挿入が円滑に行われ、電池の初期効率が向上する。
FWHM(003)/FWHM(104)の下限は特に限定されないが、結晶粒界と電解液との接触面積の増加によるMnの溶出を抑制する面からは、0.35以上であることが好ましい。
The FWMH ratio is an index of crystallinity along the c-axis direction with respect to crystallinity from all directions in the crystal structure. A small FWHM (003) / FWHM (104) means that the degree of crystal growth in the c-axis direction is large. In this case, Li ions are smoothly inserted and removed from the interlayer, and the initial efficiency of the battery is improved.
The lower limit of FWHM (003) / FWHM (104) is not particularly limited, but is preferably 0.35 or more from the viewpoint of suppressing elution of Mn due to an increase in the contact area between the crystal grain boundary and the electrolyte.

本実施形態に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、前記FWHM(104)の値が0.40°以上である。この値は、0.46°以上であることが好ましい。   In the lithium transition metal composite oxide according to this embodiment, the value of the FWHM (104) is 0.40 ° or more. This value is preferably 0.46 ° or more.

前記FWHM(104)は、全方位からの結晶化度の指標であり、小さいほど結晶化が進んでいることを意味する。FWHM(104)が0.40°以上であると、結晶化が進みすぎておらず、結晶子が大きくなっていないため、Liイオンの拡散が十分に行われ、電池の初期効率が向上する。
FWHM(104)の上限は特に限定されないが、Liイオンの輸送効率の面からは、1.00°以下とすることが好ましく、0.96°以下とすることがより好ましく、0.65°以下とすることが特に好ましい。
The FWHM (104) is an index of the degree of crystallinity from all directions, and the smaller the value, the more advanced the crystallization. When FWHM (104) is 0.40 ° or more, crystallization does not proceed excessively and crystallites are not enlarged, so that Li ions are sufficiently diffused, and the initial efficiency of the battery is improved.
The upper limit of FWHM (104) is not particularly limited, but is preferably 1.00 ° or less, more preferably 0.96 ° or less, and more preferably 0.65 ° or less from the viewpoint of Li ion transport efficiency. It is particularly preferable that

(半値幅の測定)
リチウム遷移金属複合酸化物の半値幅は、エックス線回折装置(Rigaku社製、型名:MiniFlex II)を用いて測定を行う。具体的には、次の条件及び手順に沿って行う。
線源はCuKα、加速電圧及び電流はそれぞれ30kV及び15mAとする。サンプリング幅は0.01deg、走査時間は14分(スキャンスピードは5.0)、発散スリット幅は0.625deg、受光スリット幅は開放、散乱スリットは8.0mmとする。得られたエックス線回折データについて、Kα2に由来するピークを除去せず、前記エックス線回折装置の付属ソフトである「PDXL」を用いて、空間群R3−mでは(003)面に指数付けされる、エックス線回折図上2θ=18.6±1°に存在する回折ピークについての半値幅FWHM(003)、及び、(104)面に指数付けされる、エックス線回折図上2θ=44±1°に存在する回折ピークについての半値幅FWHM(104)を決定する。
(Measurement of half width)
The half width of the lithium transition metal composite oxide is measured using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku, model name: MiniFlex II). Specifically, it is performed according to the following conditions and procedures.
The radiation source is CuKα, and the acceleration voltage and current are 30 kV and 15 mA, respectively. The sampling width is 0.01 deg, the scanning time is 14 minutes (scanning speed is 5.0), the divergence slit width is 0.625 deg, the light receiving slit width is open, and the scattering slit is 8.0 mm. With respect to the obtained X-ray diffraction data, the peak derived from Kα2 is not removed, and “PDXL” which is the software attached to the X-ray diffractometer is used to index the (003) plane in the space group R3-m. FWHM (003) for the diffraction peak present at 2θ = 18.6 ± 1 ° on the X-ray diffractogram and present at 2θ = 44 ± 1 ° on the X-ray diffractogram indexed to the (104) plane The half-width FWHM (104) for the diffraction peak to be determined is determined.

上記半値幅の測定に供する試料は、電極作製前の活物質粉末であれば、そのまま測定に供する。電池を解体して取り出した電極から試料を採取する場合には、電池を解体する前に、次の手順によって電池を放電状態とする。まず、0.1CmAの電流で、正極の電位が4.3V(vs.Li/Li)となる電池電圧まで定電流充電を行い、同じ電池電圧にて、電流値が0.01CmAに減少するまで定電圧充電を行い、充電末状態とする。30分の休止後、0.1CmAの電流で、正極の電位が2.0V(vs.Li/Li)となる電池電圧に至るまで定電流放電を行い、放電末状態とする。金属リチウム電極を負極に用いた電池であれば、当該電池を放電末状態又は充電末状態とした後に電池を解体して電極を取り出せばよいが、金属リチウム電極を負極に用いた電池でない場合は、正極電位を正確に制御するため、電池を解体して電極を取り出した後に、金属リチウム電極を対極とした電池を組立ててから、上記の手順に沿って、放電末状態に調整する。 If the sample used for the measurement of the half width is an active material powder before electrode preparation, it is used for measurement as it is. When a sample is collected from an electrode taken out by disassembling the battery, the battery is put into a discharged state by the following procedure before disassembling the battery. First, with a current of 0.1 CmA, constant current charging is performed up to a battery voltage at which the positive electrode potential becomes 4.3 V (vs. Li / Li + ), and at the same battery voltage, the current value decreases to 0.01 CmA. Charge the battery at a constant voltage until the end of charge. After a pause of 30 minutes, constant current discharge is performed at a current of 0.1 CmA until the battery voltage reaches a positive electrode potential of 2.0 V (vs. Li / Li + ), and a discharge end state is obtained. If the battery uses a metal lithium electrode as the negative electrode, the battery may be disassembled after the battery is brought into the end-of-discharge state or the end-of-charge state, and the electrode may be taken out. In order to accurately control the positive electrode potential, after disassembling the battery and taking out the electrode, after assembling the battery using the metal lithium electrode as a counter electrode, the battery is adjusted to the end of discharge state according to the above procedure.

電池の解体から測定までの作業は露点−60℃以下のアルゴン雰囲気中で行う。取り出した正極板は、ジメチルカーボネートを用いて電極に付着した電解液を十分に洗浄し室温にて一昼夜の乾燥後、アルミニウム箔集電体上の合剤を採取する。この合剤を小型電気炉を用いて600℃で4時間焼成することで導電剤であるカーボンおよび結着剤であるPVdFバインダーを除去し、リチウム遷移金属複合酸化物粒子を取り出す。   The work from disassembly of the battery to measurement is performed in an argon atmosphere with a dew point of −60 ° C. or lower. The taken-out positive electrode plate uses dimethyl carbonate to sufficiently wash the electrolytic solution adhering to the electrode, and after drying at room temperature for a whole day and night, the mixture on the aluminum foil current collector is collected. This mixture is fired at 600 ° C. for 4 hours using a small electric furnace to remove the carbon as the conductive agent and the PVdF binder as the binder, and take out the lithium transition metal composite oxide particles.

本実施形態に係るリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、窒素ガス吸着法を用いた吸着等温線からBJH法で求めた全細孔容積が0.05cm/g以下である。全細孔容積は0.04cm/g以下であることが好ましい。また、ピーク微分細孔容積は0.2mm/(g・nm)以下が好ましく、0.18mm/(g・nm)以下がより好ましく、0.12mm/(g・nm)以下が特に好ましい。このような高密度の活物質は、高密度な遷移金属水酸化物前駆体とリチウム化合物を焼成することによって得ることができる。
リチウム遷移金属複合酸化物粒子の全細孔容積を0.05cm/g以下とすることにより、体積当たりの放電容量を高くすることができる。
In the lithium transition metal composite oxide particles according to the present embodiment, the total pore volume determined by the BJH method from the adsorption isotherm using the nitrogen gas adsorption method is 0.05 cm 3 / g or less. The total pore volume is preferably 0.04 cm 3 / g or less. The peak differential pore volume is preferably 0.2mm 3 / (g · nm) or less, more preferably 0.18mm 3 / (g · nm) or less, 0.12mm 3 / (g · nm ) or less is particularly preferable. Such a high-density active material can be obtained by firing a high-density transition metal hydroxide precursor and a lithium compound.
By setting the total pore volume of the lithium transition metal composite oxide particles to 0.05 cm 3 / g or less, the discharge capacity per volume can be increased.

(全細孔容積及びピーク微分細孔容積の測定)
本明細書において、リチウム遷移金属複合酸化物粒子の全細孔容積及びピーク微分細孔容積は、以下の方法により測定する。被測定試料の粉体を1.00gを測定用のサンプル管に入れ、120℃にて12h真空乾燥することで、測定試料中の水分を十分に除去する。次に、液体窒素を用いた窒素ガス吸着法により、相対圧力P/P0(P0=約770mmHg)が0から1の範囲内で吸着側および脱離側の等温線を測定する。そして、脱離側の等温線を用いてBJH法により計算することにより細孔分布を評価し、ピーク微分細孔容積、及び全細孔容積を求める。
(Measurement of total pore volume and peak differential pore volume)
In the present specification, the total pore volume and the peak differential pore volume of the lithium transition metal composite oxide particles are measured by the following method. 1.00 g of the powder of the sample to be measured is placed in a sample tube for measurement and vacuum dried at 120 ° C. for 12 hours to sufficiently remove moisture in the measurement sample. Next, isotherms on the adsorption side and desorption side are measured within a range of relative pressure P / P0 (P0 = about 770 mmHg) from 0 to 1 by a nitrogen gas adsorption method using liquid nitrogen. Then, the pore distribution is evaluated by calculating by the BJH method using the desorption side isotherm, and the peak differential pore volume and the total pore volume are obtained.

本実施形態に係るリチウム遷移金属複合酸化物粒子は、タップ密度が1.6g/cm以上であることが好ましく、1.7g/cm以上であることがより好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物粒子のタップ密度を高くすることにより、体積当たりの放電容量が大きい非水電解質二次電池を得ることができる。 The lithium transition metal composite oxide particles according to this embodiment preferably have a tap density of 1.6 g / cm 3 or more, and more preferably 1.7 g / cm 3 or more. By increasing the tap density of the lithium transition metal composite oxide particles, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity per volume can be obtained.

(リチウム遷移金属複合酸化物のタップ密度の測定)
本明細書において、リチウム遷移金属複合酸化物のタップ密度は、以下の方法により測定する。10−2dmのメスシリンダーに被測定試料の粉体を2g±0.2g投入し、REI ELECTRIC CO.LTD.社製のタッピング装置を用いて、300回カウント後の被測定試料の体積を投入した質量で除した値を採用する。
(Measurement of tap density of lithium transition metal composite oxide)
In this specification, the tap density of the lithium transition metal composite oxide is measured by the following method. 2 g ± 0.2 g of the powder of the sample to be measured is put into a 10 −2 dm 3 graduated cylinder, and REI ELECTRIC CO. LTD. A value obtained by dividing the volume of the sample to be measured after counting 300 times by the input mass using a tapping device manufactured by the company is adopted.

本実施形態に係る非水電解質二次電池用正極活物質は、上記リチウム遷移金属複合酸化物の他、本発明の効果が損なわれない限りにおいて、他の正極活物質を含んでもよく、このような形態も本発明の技術的範囲に属する。   The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment may include other positive electrode active materials in addition to the lithium transition metal composite oxide, as long as the effects of the present invention are not impaired. Various forms belong to the technical scope of the present invention.

[正極活物質(リチウム遷移金属複合酸化物)の製造方法]
本実施形態のリチウム遷移金属複合酸化物は、遷移金属水酸化物前駆体とリチウム化合物(Li化合物)を混合した後、焼成する方法で好適に製造することができる。リチウム遷移金属複合酸化物がRu、Te、Ce、Ta又はS元素を含む場合には、該各元素の単体又は化合物を、前記共沈前駆体及びリチウム化合物と混合することが好ましい。
[Method for producing positive electrode active material (lithium transition metal composite oxide)]
The lithium transition metal composite oxide of this embodiment can be suitably manufactured by a method of firing after mixing a transition metal hydroxide precursor and a lithium compound (Li compound). When the lithium transition metal composite oxide contains Ru, Te, Ce, Ta, or S elements, it is preferable to mix a simple substance or a compound of each element with the coprecipitation precursor and the lithium compound.

前記リチウム遷移金属複合酸化物の製造に用いる遷移金属水酸化物前駆体は、遷移金属(Me)がMn及びNi、又はMn、Ni及びCoを含み、前記遷移金属(Me)中のMnのモル比Mn/Meが0.5より大きく、結晶形態が高密度の粒状であり、タップ密度が1.3g/cm以上であることが好ましく、1.4g/cm以上であることがより好ましい。
本明細書において、水酸化物前駆体のタップ密度は、リチウム遷移金属複合酸化物のタップ密度と同様の方法で測定する。
The transition metal hydroxide precursor used for producing the lithium transition metal composite oxide includes a transition metal (Me) containing Mn and Ni, or Mn, Ni and Co, and a mole of Mn in the transition metal (Me). The ratio Mn / Me is larger than 0.5, the crystal form is high-density granular, and the tap density is preferably 1.3 g / cm 3 or more, more preferably 1.4 g / cm 3 or more. .
In this specification, the tap density of the hydroxide precursor is measured by the same method as the tap density of the lithium transition metal composite oxide.

本実施形態に係るリチウム遷移金属複合酸化物は「リチウム過剰型」活物質であるから、水酸化物前駆体中の遷移金属元素Meに対するMnのモル比Mn/Meは、0.5より大きい。この範囲であると、水酸化物前駆体のタップ密度を向上させることが可能である。
また、水酸化物前駆体中の遷移金属元素Meに対するCoのモル比Co/Meは、0.2以下が好ましく、0でもよい。モル比Ni/Meは0.2〜0.5が好ましい。この範囲であると、水酸化物前駆体のタップ密度を向上させることが可能である。
Since the lithium transition metal composite oxide according to this embodiment is a “lithium-excess” active material, the molar ratio Mn / Mn of the transition metal element Me in the hydroxide precursor is greater than 0.5. Within this range, it is possible to improve the tap density of the hydroxide precursor.
Further, the molar ratio Co / Me of Co to the transition metal element Me in the hydroxide precursor is preferably 0.2 or less, and may be 0. The molar ratio Ni / Me is preferably 0.2 to 0.5. Within this range, it is possible to improve the tap density of the hydroxide precursor.

前記遷移金属水酸化物前駆体を製造する場合、アルカリ性を保った反応槽に、遷移金属(Me)を含有する溶液と共に、アルカリ金属水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等)、錯化剤、及び、還元剤を含有するアルカリ溶液を加えて、遷移金属水酸化物を共沈させることが好ましい。
錯化剤としては、アンモニア、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、フッ化アンモニウム等を用いることができ、アンモニアが好ましい。錯化剤を用いた晶析反応によって、よりタップ密度の大きな前駆体を作製することができる。錯化剤と共に還元剤を用いることが好ましい。還元剤としては、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム等を用いることができ、ヒドラジンが好ましい。ここで、アルカリ金属水酸化物(中和剤)には、水酸化ナトリウム又は水酸化リチウムを使用することができる。
When producing the transition metal hydroxide precursor, alkali metal hydroxide (sodium hydroxide, lithium hydroxide, etc.), complexation, together with a solution containing transition metal (Me), in a reaction tank that maintains alkalinity It is preferable to coprecipitate the transition metal hydroxide by adding an alkali solution containing an agent and a reducing agent.
As the complexing agent, ammonia, ammonium sulfate, ammonium nitrate, ammonium fluoride or the like can be used, and ammonia is preferable. A precursor having a higher tap density can be produced by a crystallization reaction using a complexing agent. It is preferable to use a reducing agent together with the complexing agent. As the reducing agent, hydrazine, sodium borohydride and the like can be used, and hydrazine is preferable. Here, sodium hydroxide or lithium hydroxide can be used for the alkali metal hydroxide (neutralizing agent).

水酸化物前駆体を作製するにあたって、Ni,Co,MnのうちMnは酸化されやすく、Ni,Mn、又はNi,Co,Mnが2価の状態で均一に分布した共沈前駆体を作製することが容易ではないため、Ni,Mn、又はNi,Co,Mnの原子レベルでの均一な混合は不十分なものとなりやすい。特に本実施形態の組成範囲においては、Mn比率がNi,Co比率に比べて高いので、水溶液中の溶存酸素を除去することが特に重要である。溶存酸素を除去する方法としては、酸素を含まないガスをバブリングする方法が挙げられる。酸素を含まないガスとしては、限定されるものではないが、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素(CO2)等を用いることができる。   In producing a hydroxide precursor, Mn is easily oxidized among Ni, Co, and Mn, and Ni, Mn, or a coprecipitation precursor in which Ni, Co, and Mn are uniformly distributed in a divalent state is produced. Therefore, uniform mixing at the atomic level of Ni, Mn, or Ni, Co, and Mn tends to be insufficient. In particular, in the composition range of the present embodiment, since the Mn ratio is higher than the Ni and Co ratios, it is particularly important to remove dissolved oxygen in the aqueous solution. Examples of the method for removing dissolved oxygen include a method of bubbling a gas not containing oxygen. The gas not containing oxygen is not limited, but nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide (CO2), or the like can be used.

溶液中でNi,Mn、又はNi,Co,Mnを含有する化合物を共沈させて水酸化物前駆体を製造する工程におけるpH(反応槽のpH)は限定されるものではないが、8〜14とすることができる。タップ密度を大きくするためには、pHを制御することが好ましい。pHを11.5以下とすることが好ましく、11.0より小さくすることがより好ましく、10.5以下とすることが特に好ましい。低いpHで共沈させることにより、タップ密度を大きくすることができる。また、粒子成長速度を促進できるので、原料水溶液滴下終了後の撹拌継続時間を短縮できる。   The pH (reaction tank pH) in the step of producing a hydroxide precursor by coprecipitation of a compound containing Ni, Mn, or Ni, Co, and Mn in the solution is not limited. 14 can be used. In order to increase the tap density, it is preferable to control the pH. The pH is preferably 11.5 or less, more preferably less than 11.0, and particularly preferably 10.5 or less. By co-precipitation at a low pH, the tap density can be increased. Moreover, since the particle growth rate can be accelerated, the stirring continuation time after the raw material aqueous solution dropping is completed can be shortened.

前記水酸化物前駆体の原料は、Mn化合物としては酸化マンガン、炭酸マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン等を、Ni化合物としては、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル等を、Co化合物としては、硫酸コバルト、硝酸コバルト、酢酸コバルト等を一例として挙げることができる。   The raw material of the hydroxide precursor includes manganese oxide, manganese carbonate, manganese sulfate, manganese nitrate, manganese acetate, etc. as the Mn compound, and nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel sulfate, nickel nitrate, acetic acid as the Ni compound. Examples of the Co compound such as nickel and the like include cobalt sulfate, cobalt nitrate, and cobalt acetate.

前記水酸化物前駆体の原料水溶液(遷移金属を含有する水溶液)を滴下供給する間、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物(中和剤)、アンモニア等の錯化剤、及び、ヒドラジン等の還元剤を含有する混合アルカリ溶液を適宜滴下する方法が好ましい。滴下するアルカリ金属水酸化物の濃度は、1.0〜8.0Mであることが好ましい。錯化剤の濃度は、0.05〜2.0Mであることが好ましく、0.6〜1.5Mとすることがより好ましい。還元剤の濃度は、0.02〜1.0Mであることが好ましく、0.1〜0.5Mとすることがより好ましい。   While the raw material aqueous solution of the hydroxide precursor (aqueous solution containing a transition metal) is supplied dropwise, an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide (neutralizing agent), a complexing agent such as ammonia, hydrazine, etc. A method in which a mixed alkaline solution containing the reducing agent is appropriately dropped is preferable. The concentration of the alkali metal hydroxide to be dropped is preferably 1.0 to 8.0M. The concentration of the complexing agent is preferably 0.05 to 2.0M, and more preferably 0.6 to 1.5M. The concentration of the reducing agent is preferably 0.02 to 1.0M, and more preferably 0.1 to 0.5M.

前記原料水溶液の滴下速度は、生成する水酸化物前駆体の1粒子内における元素分布の均一性に大きく影響を与える。特にMnは、NiやCoと均一な元素分布を形成しにくいので注意が必要である。好ましい滴下速度については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、30ml/min以下が好ましい。放電容量を向上させるためには、滴下速度は10ml/min以下がより好ましく、5ml/min以下が最も好ましい。   The dropping rate of the raw material aqueous solution greatly affects the uniformity of the element distribution within one particle of the hydroxide precursor to be produced. In particular, Mn is difficult to form a uniform element distribution with Ni or Co, so care must be taken. The preferred dropping rate is influenced by the reaction vessel size, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but is preferably 30 ml / min or less. In order to improve the discharge capacity, the dropping rate is more preferably 10 ml / min or less, and most preferably 5 ml / min or less.

また、反応槽内にアンモニア等の錯化剤が存在し、かつ一定の対流条件を適用した場合、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続けることにより、粒子の自転および攪拌槽内における公転が促進され、この過程で、粒子同士が衝突しつつ、粒子が段階的に同心円球状に成長する。即ち、水酸化物前駆体は、反応槽内に原料水溶液が滴下された際の金属錯体形成反応、及び、前記金属錯体が反応槽内の滞留中に生じる沈殿形成反応という2段階での反応を経て形成される。従って、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続ける時間を適切に選択することにより、目的とする粒子径を備えた水酸化物前駆体を得ることができる。   Further, when a complexing agent such as ammonia is present in the reaction tank and a certain convection condition is applied, the particles are rotated and revolved in the stirring tank by continuing the stirring after the dropwise addition of the raw material aqueous solution. In this process, particles collide with each other, and the particles grow concentrically in stages. That is, the hydroxide precursor undergoes two stages of reaction: a metal complex formation reaction when the raw material aqueous solution is dropped into the reaction tank, and a precipitation formation reaction that occurs while the metal complex is retained in the reaction tank. Formed through. Therefore, a hydroxide precursor having a target particle diameter can be obtained by appropriately selecting a time for continuing stirring after the dropping of the raw material aqueous solution.

原料水溶液滴下終了後の好ましい攪拌継続時間については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、粒子を均一な球状粒子として成長させるために0.5h以上が好ましく、1h以上がより好ましい。また、粒子径が大きくなりすぎることで電池の低SOC領域における出力性能が充分でないものとなる虞を低減させるため、15h以下が好ましく、10h以下がより好ましく、5h以下が最も好ましい。   The preferable stirring duration after completion of dropping of the raw material aqueous solution is influenced by the size of the reaction vessel, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but 0.5 h or more is required to grow the particles as uniform spherical particles. Preferably, 1 h or more is more preferable. Further, in order to reduce the possibility that the output performance in the low SOC region of the battery is not sufficient due to the particle size becoming too large, it is preferably 15 h or less, more preferably 10 h or less, and most preferably 5 h or less.

また、水酸化物前駆体及びリチウム遷移金属複合酸化物の2次粒子の粒径を好適なものとするための好ましい攪拌継続時間は、制御するpHによって異なる。例えば、pHを8〜14に制御した場合には、撹拌継続時間は0.5〜5hが好ましく、pHを9〜10に制御した場合には、撹拌継続時間は1〜3hが好ましい。   Moreover, the preferable stirring duration time for making the particle size of the secondary particles of the hydroxide precursor and the lithium transition metal composite oxide suitable depends on the pH to be controlled. For example, when the pH is controlled to 8 to 14, the stirring duration is preferably 0.5 to 5 h, and when the pH is controlled to 9 to 10, the stirring duration is preferably 1 to 3 h.

水酸化物前駆体の粒子を、中和剤として水酸化ナトリウム等のナトリウム化合物を使用して作製した場合、その後の洗浄工程において粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去する。例えば、作製した水酸化物前駆体を吸引ろ過して取り出す際に、イオン交換水100mlによる洗浄回数を5回以上とするような条件を採用することができる。   When the hydroxide precursor particles are produced using a sodium compound such as sodium hydroxide as a neutralizing agent, sodium ions adhering to the particles are removed by washing in a subsequent washing step. For example, when the produced hydroxide precursor is removed by suction filtration, a condition that the number of washings with 100 ml of ion-exchanged water is 5 times or more can be employed.

前記水酸化物前駆体と混合するLi化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等を用いることができる。但し、Li化合物の量については、焼成中にLi化合物の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。   As the Li compound to be mixed with the hydroxide precursor, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, or the like can be used. However, with respect to the amount of the Li compound, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li compound during firing.

前記水酸化物前駆体及びLi化合物と混合するRu、Te、Ce、Ta若しくはSの単体又は化合物としては、Ru、RuO、RuF、RuCl、Te、TeO、TeO、TeCl、LiTeO、CeO、CeSO・5HO、Ce(CO、Ce(NO、Ce(OH)、Ce、CeCl、CeF、Ce、Ta、Ta、TaO、TaO、TaS、TaBr、S等を用いることができる。 Examples of Ru, Te, Ce, Ta or S mixed with the hydroxide precursor and the Li compound include Ru, RuO 2 , RuF 6 , RuCl 3 , Te, TeO 2 , TeO 3 , TeCl 4 , Li 2 TeO 3 , CeO 2 , CeSO 4 .5H 2 O, Ce 2 (CO 3 ) 3 , Ce (NO 3 ) 3 , Ce (OH) 4 , Ce 2 O 3 , CeCl 3 , CeF 3 , Ce 2 S 3 , Ta, Ta 2 O 5 , TaO, TaO 2 , TaS 2 , TaBr 5 , S and the like can be used.

遷移金属水酸化物前駆体及びLi化合物の混合物、又はこれにRu、Te、Ce、Ta若しくはSの単体又は化合物をさらに含む混合物を焼成する温度は、活物質の可逆容量に影響を与える。
焼成温度が高すぎると、得られた活物質が酸素放出反応を伴って崩壊すると共に、主相の六方晶に加えて単斜晶のLi[Li1/3Mn2/3]O型に規定される相が、固溶相としてではなく、分相して観察される傾向がある。このような分相が多く含まれすぎると、活物質の可逆容量の減少を導くので好ましくない。このような材料では、X線回折図上35°付近及び45°付近に不純物ピークが観察される。従って、焼成温度は、活物質の酸素放出反応の影響する温度未満とすることが好ましい。活物質の酸素放出温度は、本実施形態に係る組成範囲においては、概ね1000℃以上であるが、活物質の組成によって酸素放出温度に若干の差があるので、あらかじめ活物質の酸素放出温度を確認しておくことが好ましい。特に試料に含まれるCo量が多いほど水酸化物前駆体の酸素放出温度は低温側にシフトすることが確認されているので注意が必要である。活物質の酸素放出温度を確認する方法としては、焼成反応過程をシミュレートするために、水酸化物前駆体とリチウム化合物を混合したものを熱重量分析(DTA−TG測定)に供してもよいが、この方法では測定機器の試料室に用いている白金が揮発したLi成分により腐食されて機器を傷めるおそれがあるので、あらかじめ500℃程度の焼成温度を採用してある程度結晶化を進行させた組成物を熱重量分析に供するのが良い。
The temperature at which the mixture of the transition metal hydroxide precursor and the Li compound, or the mixture further containing a simple substance or compound of Ru, Te, Ce, Ta, or S, or the compound further affects the reversible capacity of the active material.
When the firing temperature is too high, the obtained active material collapses with an oxygen releasing reaction, and in addition to the hexagonal crystal of the main phase, the monoclinic Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 type is obtained. The defined phase tends to be observed as a phase separation rather than as a solid solution phase. If too many such phase separations are contained, it is not preferable because it leads to a reduction in the reversible capacity of the active material. In such materials, impurity peaks are observed around 35 ° and 45 ° on the X-ray diffraction pattern. Therefore, the firing temperature is preferably less than the temperature at which the oxygen release reaction of the active material affects. The oxygen release temperature of the active material is approximately 1000 ° C. or higher in the composition range according to the present embodiment, but there is a slight difference in the oxygen release temperature depending on the composition of the active material. It is preferable to confirm. In particular, it is confirmed that the oxygen release temperature of the hydroxide precursor shifts to a lower temperature side as the amount of Co contained in the sample increases. As a method for confirming the oxygen release temperature of the active material, a mixture of a hydroxide precursor and a lithium compound may be subjected to thermogravimetric analysis (DTA-TG measurement) in order to simulate the firing reaction process. However, in this method, the platinum used in the sample chamber of the measuring instrument may be corroded by the Li component volatilized, and the instrument may be damaged, so a crystallization temperature is advanced to some extent by adopting a firing temperature of about 500 ° C. in advance. The composition may be subjected to thermogravimetric analysis.

一方、焼成温度が低すぎると、結晶化が十分に進まず、電極特性が低下する傾向がある。本実施形態においては、焼成温度は700℃より高くすることが好ましい。十分に結晶化させることにより、結晶粒界の抵抗を軽減し、円滑なリチウムイオン輸送を促すことができる。
また、発明者らは、本実施形態に係る活物質の回折ピークの半値幅を詳細に解析することで750℃までの温度で合成した試料においては格子内にひずみが残存しており、それ以上の温度で合成することでほとんどひずみを除去することができることを確認した。また、結晶子のサイズは合成温度が上昇するに比例して大きくなるものであった。よって、本実施形態に係る活物質の組成においても、系内に格子のひずみがほとんどなく、かつ結晶子サイズが十分成長した粒子を志向することで良好な放電容量を得られるものであった。具体的には、格子定数に及ぼすひずみ量が2%以下、かつ結晶子サイズが50nm以上に成長しているような合成温度(焼成温度)及びLi/Me比組成を採用することが好ましいことがわかった。これらを電極として形成して充放電を行うことで膨張収縮による変化も見られるが、充放電過程においても結晶子サイズは30nm以上を保っていることが得られる効果として好ましい。即ち、焼成温度を上記した活物質の酸素放出温度にできるだけ近付けるように選択することにより、はじめて、可逆容量が顕著に大きい活物質を得ることができる。
On the other hand, if the firing temperature is too low, crystallization does not proceed sufficiently and the electrode characteristics tend to deteriorate. In the present embodiment, the firing temperature is preferably higher than 700 ° C. By sufficiently crystallizing, the resistance of the crystal grain boundary can be reduced and smooth lithium ion transport can be promoted.
In addition, the inventors have analyzed the half width of the diffraction peak of the active material according to this embodiment in detail, and in the sample synthesized at a temperature up to 750 ° C., strain remains in the lattice, and more It was confirmed that most of the strain could be removed by synthesizing at the temperature of. The crystallite size was increased in proportion to the increase in the synthesis temperature. Therefore, even in the composition of the active material according to the present embodiment, a favorable discharge capacity can be obtained by aiming at a particle having almost no lattice distortion in the system and having a sufficiently grown crystallite size. Specifically, it is preferable to employ a synthesis temperature (firing temperature) and a Li / Me ratio composition in which the strain amount affecting the lattice constant is 2% or less and the crystallite size is grown to 50 nm or more. all right. Although changes due to expansion and contraction can be observed by charging and discharging by forming these as electrodes, it is preferable as an effect that the crystallite size is maintained at 30 nm or more in the charging and discharging process. That is, an active material having a remarkably large reversible capacity can be obtained only by selecting the firing temperature as close as possible to the oxygen release temperature of the active material.

上記のように、好ましい焼成温度は、活物質の酸素放出温度により異なるから、一概に焼成温度の好ましい範囲を設定することは難しいが、モル比Li/Meが1.1〜1.3である場合に体積当たりの放電容量を充分なものとするために、焼成温度を750〜940℃とすることが好ましく、750〜900℃とすることがより好ましい。
以上のようにして、本実施形態の正極活物質として用いられるリチウム遷移金属複合酸化物は製造される。
As described above, since the preferable firing temperature varies depending on the oxygen release temperature of the active material, it is difficult to generally set a preferable range of the firing temperature, but the molar ratio Li / Me is 1.1 to 1.3. In this case, the firing temperature is preferably 750 to 940 ° C., more preferably 750 to 900 ° C., in order to make the discharge capacity per volume sufficient.
As described above, the lithium transition metal composite oxide used as the positive electrode active material of the present embodiment is manufactured.

以上のようにして、本実施形態の正極活物質として用いられるリチウム遷移金属複合酸化物は製造される。
この方法で製造されたリチウム遷移金属複合酸化物は、α−NaFeO型結晶構造を有し、前記リチウム遷移金属複合酸化物を構成するLiと遷移金属(Me)のモル比(Li/Me)が1より大きく、前記遷移金属(Me)がMn及びNi、又はMn、Ni及びCoを含み、前記遷移金属(Me)中のMnのモル比Mn/Meが0.5より大きい。
As described above, the lithium transition metal composite oxide used as the positive electrode active material of the present embodiment is manufactured.
The lithium transition metal composite oxide produced by this method has an α-NaFeO 2 type crystal structure, and the molar ratio of Li and transition metal (Me) constituting the lithium transition metal composite oxide (Li / Me) Is greater than 1, the transition metal (Me) contains Mn and Ni, or Mn, Ni and Co, and the molar ratio of Mn in the transition metal (Me) Mn / Me is greater than 0.5.

[負極活物質]
負極活物質としては、限定されない。リチウムイオンを析出あるいは吸蔵することのできる形態のものであればどれを選択してもよい。例えば、Li[Li1/3Ti5/3]Oに代表されるスピネル型結晶構造を有するチタン酸リチウム等のチタン系材料、SiやSb,Sn系などの合金系材料リチウム金属、リチウム合金(リチウム−シリコン、リチウム−アルミニウム,リチウム−鉛,リチウム−スズ,リチウム−アルミニウム−スズ,リチウム−ガリウム,及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)、リチウム複合酸化物(リチウム−チタン)、酸化珪素の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えばグラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)等が挙げられる。
[Negative electrode active material]
The negative electrode active material is not limited. Any form that can deposit or occlude lithium ions may be selected. For example, titanium-based materials such as lithium titanate having a spinel crystal structure represented by Li [Li 1/3 Ti 5/3 ] O 4 , alloy-based materials such as Si, Sb, and Sn-based lithium metal, lithium alloys (Lithium metal-containing alloys such as lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys), lithium composite oxide (lithium-titanium), silicon oxide In addition, an alloy capable of inserting and extracting lithium, a carbon material (for example, graphite, hard carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.) can be used.

正極活物質の粉体および負極活物質の粉体は、平均粒子サイズ100μm以下であることが好ましい。特に、正極活物質の粉体は、非水電解質二次電池の高出力特性を向上する目的で15μm以下であることが好ましい。粉体を所定の形状で得るためには、所定の大きさの前駆体を作製する方法や、粉砕機、分級機などを用いる方法がある。例えば乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミルや篩などが用いられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、特に限定はなく、篩や風力分級機などが、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。   The positive electrode active material powder and the negative electrode active material powder preferably have an average particle size of 100 μm or less. In particular, the powder of the positive electrode active material is preferably 15 μm or less for the purpose of improving the high output characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery. In order to obtain the powder in a predetermined shape, there are a method for producing a precursor having a predetermined size, a method using a pulverizer, a classifier, and the like. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling air flow type jet mill, a sieve, or the like is used. At the time of pulverization, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as hexane may be used. There is no particular limitation on the classification method, and a sieve, an air classifier, or the like is used as needed for both dry and wet methods.

[その他の電極構成成分]
以上、正極及び負極の主要構成成分である正極活物質及び負極活物質について詳述したが、前記正極及び負極には、前記主要構成成分の他に、導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等が、他の構成成分として含有されてもよい。
[Other electrode components]
As described above, the positive electrode active material and the negative electrode active material which are main components of the positive electrode and the negative electrode have been described in detail. In addition to the main component, the positive electrode and the negative electrode include a conductive agent, a binder, a thickener, A filler etc. may be contained as another structural component.

導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば限定されないが、通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛,鱗片状黒鉛,土状黒鉛等)、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、金属(銅,ニッケル,アルミニウム,銀,金等)粉、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料を1種またはそれらの混合物として含ませることができる。   The conductive agent is not limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance. Usually, natural graphite (such as scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite), artificial graphite, carbon black, acetylene black, Conductive materials such as ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) powder, metal fiber, and conductive ceramic material can be included as one kind or a mixture thereof. .

これらの中で、導電剤としては、電子伝導性及び塗工性の観点よりアセチレンブラックが好ましい。導電剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して0.1重量%〜50重量%が好ましく、特に0.5重量%〜30重量%が好ましい。特にアセチレンブラックを0.1〜0.5μmの超微粒子に粉砕して用いると必要炭素量を削減できるため好ましい。これらの混合方法は、物理的な混合であり、その理想とするところは均一混合である。そのため、V型混合機、S型混合機、擂かい機、ボールミル、遊星ボールミルといったような粉体混合機を乾式、あるいは湿式で混合することが可能である。   Among these, as the conductive agent, acetylene black is preferable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The addition amount of the conductive agent is preferably 0.1% by weight to 50% by weight, and particularly preferably 0.5% by weight to 30% by weight with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode. In particular, acetylene black is preferably used after being pulverized into ultrafine particles of 0.1 to 0.5 μm because the required carbon amount can be reduced. These mixing methods are physical mixing, and the ideal is uniform mixing. Therefore, powder mixers such as V-type mixers, S-type mixers, crackers, ball mills, and planetary ball mills can be mixed dry or wet.

前記結着剤としては、通常、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),ポリエチレン,ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM),スルホン化EPDM,スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。結着剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。   The binder is usually a thermoplastic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene. Polymers having rubber elasticity such as rubber (SBR) and fluororubber can be used as one kind or a mixture of two or more kinds. The addition amount of the binder is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 30% by weight, based on the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

フィラーとしては、電池性能に悪影響を及ぼさない材料であれば何でも良い。通常、ポリプロピレン,ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、無定形シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素等が用いられる。フィラーの添加量は、正極または負極の総重量に対して添加量は30重量%以下が好ましい。   As the filler, any material that does not adversely affect the battery performance may be used. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, amorphous silica, alumina, zeolite, glass, carbon and the like are used. The addition amount of the filler is preferably 30% by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

[正極及び負極の作製]
正極及び負極は、前記主要構成成分(正極においては正極活物質、負極においては負極材料)、およびその他の材料を混練し合剤とし、N−メチルピロリドン,トルエン等の有機溶媒又は水に混合させた後、得られた混合液を下記に詳述する集電体の上に塗布し、または圧着して50℃〜250℃程度の温度で、2時間程度加熱処理することにより好適に作製される。前記塗布方法については、例えば、アプリケーターロールなどのローラーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレード方式、スピンコーティング、バーコータ等の手段を用いて任意の厚さ及び任意の形状に塗布することが望ましいが、これらに限定されるものではない。
[Production of positive electrode and negative electrode]
The positive electrode and the negative electrode are prepared by mixing the main constituents (positive electrode active material in the positive electrode, negative electrode material in the negative electrode) and other materials into a mixture and mixing with an organic solvent such as N-methylpyrrolidone or toluene or water. After that, the obtained liquid mixture is applied on a current collector described in detail below, or pressed and heat-treated at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours. . About the application method, for example, it is desirable to apply to any thickness and any shape using means such as roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, etc. It is not limited.

集電体としては、Al箔、Cu箔等の集電箔を用いることができる。正極の集電箔としてはAl箔が好ましく、負極の集電箔としてはCu箔が好ましい。集電箔の厚みは10〜30μmが好ましい。また、合剤層の厚みはプレス後において、40〜150μm(集電箔厚みを除く)が好ましい。   As the current collector, a current collector foil such as an Al foil or a Cu foil can be used. The positive electrode current collector foil is preferably an Al foil, and the negative electrode current collector foil is preferably a Cu foil. The thickness of the current collector foil is preferably 10 to 30 μm. Further, the thickness of the mixture layer is preferably 40 to 150 μm (excluding the current collector foil thickness) after pressing.

[非水電解質]
本実施形態に係る非水電解質二次電池に用いる非水電解質は、限定されるものではなく、一般にリチウム電池等への使用が提案されているものが使用可能である。非水電解質に用いる非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフランまたはその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソランまたはその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
[Nonaqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolyte used for the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is not limited, and those generally proposed for use in lithium batteries and the like can be used. Nonaqueous solvents used for the nonaqueous electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, Chain carbonates such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxy Ethers such as ethane, 1,4-dibutoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof Examples thereof include a conductor alone or a mixture of two or more thereof, but are not limited thereto.

非水電解質に用いる電解質塩としては、例えば、LiClO,LiBF,LiAsF,LiPF,LiSCN,LiBr,LiI,LiSO,Li10Cl10,NaClO,NaI,NaSCN,NaBr,KClO,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCFSO,LiN(CFSO,LiN(CSO,LiN(CFSO)(CSO),LiC(CFSO,LiC(CSO,(CHNBF,(CHNBr,(CNClO,(CNI,(CNBr,(n−CNClO,(n−CNI,(CN−maleate,(CN−benzoate,(CN−phthalate、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。 Examples of the electrolyte salt used for the non-aqueous electrolyte include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr , KClO 4 , KSCN, and other inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 (SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , ( CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (nC 4 H 9 ) 4 NI, (C 2 H 5 ) 4 N-maleate, (C 2 H 5 ) 4 N-benzoate, (C 2 H 5 ) 4 N-phthalate, Examples thereof include organic ionic salts such as lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate, and lithium dodecylbenzene sulfonate. These ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more.

さらに、LiPF又はLiBFと、LiN(CSOのようなパーフルオロアルキル基を有するリチウム塩とを混合して用いることにより、さらに電解質の粘度を下げることができるので、低温特性をさらに高めることができ、また、自己放電を抑制することができ、より好ましい。
また、非水電解質として常温溶融塩やイオン液体を用いてもよい。
Further, by using a mixture of LiPF 6 or LiBF 4 and a lithium salt having a perfluoroalkyl group such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , the viscosity of the electrolyte can be further reduced, Low temperature characteristics can be further improved, and self-discharge can be suppressed, which is more preferable.
Moreover, you may use normal temperature molten salt and an ionic liquid as a nonaqueous electrolyte.

非水電解質における電解質塩の濃度としては、高い電池特性を有する非水電解質二次電池を確実に得るために、0.1mol/l〜5mol/lが好ましく、さらに好ましくは、0.5mol/l〜2.5mol/lである。   The concentration of the electrolyte salt in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / l to 5 mol / l, more preferably 0.5 mol / l in order to reliably obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery having high battery characteristics. -2.5 mol / l.

[セパレータ]
セパレータとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。非水電解質二次電池用セパレータを構成する材料としては、例えばポリエチレン,ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を挙げることができる。
[Separator]
As the separator, it is preferable to use a porous film or a non-woven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance alone or in combination. Examples of the material constituting the separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries include polyolefin resins typified by polyethylene, polypropylene, etc., polyester resins typified by polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, etc., polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride, etc. -Hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer , Vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinyl fluoride Den - tetrafluoroethylene - hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - ethylene - can be mentioned tetrafluoroethylene copolymer.

セパレータの空孔率は強度の観点から98体積%以下が好ましい。また、充放電特性の観点から空孔率は20体積%以上が好ましい。   The porosity of the separator is preferably 98% by volume or less from the viewpoint of strength. Further, the porosity is preferably 20% by volume or more from the viewpoint of charge / discharge characteristics.

また、セパレータは、例えばアクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタアクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーと電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。非水電解質を上記のようにゲル状態で用いると、漏液を防止する効果がある点で好ましい。   The separator may be a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, and an electrolyte. Use of the non-aqueous electrolyte in the gel state as described above is preferable in that it has an effect of preventing leakage.

さらに、セパレータは、上述したような多孔膜や不織布等とポリマーゲルを併用して用いると、電解質の保液性が向上するため好ましい。即ち、ポリエチレン微孔膜の表面及び微孔壁面に厚さ数μm以下の親溶媒性ポリマーを被覆したフィルムを形成し、前記フィルムの微孔内に電解質を保持させることで、前記親溶媒性ポリマーがゲル化する。   Furthermore, it is preferable to use a separator in combination with the above-described porous film, non-woven fabric, or the like and a polymer gel because the liquid retention of the electrolyte is improved. That is, by forming a film in which the surface of the polyethylene microporous membrane and the microporous wall are coated with a solvophilic polymer having a thickness of several μm or less, and holding the electrolyte in the micropores of the film, Gels.

前記親溶媒性ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンの他、エチレンオキシド基やエステル基等を有するアクリレートモノマー、エポキシモノマー、イソシアナート基を有するモノマー等が架橋したポリマー等が挙げられる。該モノマーは、電子線(EB)照射、又は、ラジカル開始剤を添加して加熱若しくは紫外線(UV)照射を行うこと等により、架橋反応を行わせることが可能である。   Examples of the solvophilic polymer include polyvinylidene fluoride, an acrylate monomer having an ethylene oxide group or an ester group, an epoxy monomer, a polymer having a monomer having an isocyanate group, and the like crosslinked. The monomer can be subjected to a crosslinking reaction by irradiation with an electron beam (EB) or heating or ultraviolet (UV) irradiation with a radical initiator added.

[非水電解質二次電池の構成]
本実施形態に係る非水電解質二次電池の構成については特に限定されるものではなく、正極、負極及びロール状のセパレータを有する円筒型電池、角型電池(矩形状の電池)、扁平型電池等が一例として挙げられる。
図1に、本発明の一態様に係る非水電解質二次電池である矩形状の非水電解質二次電池1の外観斜視図を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。図1に示す非水電解質二次電池1は、電極群2が電池容器3に収納されている。電極群2は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、正極リード4’を介して正極端子4と電気的に接続され、負極は、負極リード5’を介して負極端子5と電気的に接続されている。
[Configuration of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is not particularly limited, and a cylindrical battery, a square battery (rectangular battery), and a flat battery having a positive electrode, a negative electrode, and a roll separator. Etc. are mentioned as an example.
FIG. 1 shows an external perspective view of a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery 1 which is a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention. In the figure, the inside of the container is seen through. In the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 1, an electrode group 2 is housed in a battery container 3. The electrode group 2 is formed by winding a positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a negative electrode active material via a separator. The positive electrode is electrically connected to the positive electrode terminal 4 via the positive electrode lead 4 ′, and the negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 5 via the negative electrode lead 5 ′.

[蓄電装置の構成]
本実施形態は、上記の非水電解質二次電池を複数個集合した蓄電装置としても実現することができる。本発明の一態様に係る蓄電装置を図2に示す。図2において、蓄電装置30は、複数の蓄電ユニット20を備えている。それぞれの蓄電ユニット20は、複数の非水電解質二次電池1を備えている。前記蓄電装置30は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源として搭載することができる。
[Configuration of power storage device]
This embodiment can also be realized as a power storage device in which a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries are assembled. A power storage device according to one embodiment of the present invention is illustrated in FIG. In FIG. 2, the power storage device 30 includes a plurality of power storage units 20. Each power storage unit 20 includes a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries 1. The power storage device 30 can be mounted as a power source for vehicles such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), and a plug-in hybrid vehicle (PHEV).

(実施例1)
<水酸化物前駆体の作製工程>
反応晶析法を用いて、次の手順で水酸化物前駆体を作製した。まず、硫酸ニッケル6水和物315.4g、硫酸コバルト7水和物168.6g、及び硫酸マンガン5水和物530.4gを秤量し、これらの全量をイオン交換水4Lに溶解させ、Ni:Co:Mnのモル比が30:15:55となる1.0Mの硫酸塩水溶液を作製した。次に、5Lの反応槽に2Lのイオン交換水を注ぎ、窒素ガスを30minバブリングさせることにより、イオン交換水中に含まれる酸素を除去した。反応槽の温度は50℃(±2℃)に設定し、攪拌モーターを備えたパドル翼を用いて反応槽内を1500rpmの回転速度で攪拌しながら、反応層内に対流が十分おこるように設定した。前記硫酸塩原液を1.3ml/minの速度で反応槽に50hr滴下した。ここで、滴下の開始から終了までの間、4.0Mの水酸化ナトリウム、0.6Mのアンモニア、及び0.3Mのヒドラジンからなる混合アルカリ溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に9.55(±0.1)を保つように制御すると共に、反応液の一部をオーバーフローにより排出することにより、反応液の総量が常に2Lを超えないように制御した。滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに1h継続した。攪拌の停止後、室温で12h以上静置した。
次に、吸引ろ過装置を用いて、反応槽内に生成した水酸化物前駆体粒子を分離し、さらにイオン交換水を用いて粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去し、電気炉を用いて、空気雰囲気中、常圧下、80℃にて20h乾燥させた。その後、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、水酸化物前駆体を作製した。
(Example 1)
<Production process of hydroxide precursor>
A hydroxide precursor was prepared by the following procedure using the reaction crystallization method. First, 315.4 g of nickel sulfate hexahydrate, 168.6 g of cobalt sulfate heptahydrate, and 530.4 g of manganese sulfate pentahydrate were weighed and dissolved in 4 L of ion-exchanged water. A 1.0 M aqueous sulfate solution having a Co: Mn molar ratio of 30:15:55 was prepared. Next, 2 L of ion exchange water was poured into a 5 L reaction vessel, and nitrogen gas was bubbled for 30 minutes to remove oxygen contained in the ion exchange water. The reaction vessel temperature is set to 50 ° C. (± 2 ° C.), and the reaction vessel is stirred at a rotational speed of 1500 rpm using a paddle blade equipped with a stirring motor so that sufficient convection occurs in the reaction layer. did. The sulfate stock solution was dropped into the reaction vessel at a rate of 1.3 ml / min for 50 hr. Here, during the period from the start to the end of the dropping, a mixed alkali solution composed of 4.0 M sodium hydroxide, 0.6 M ammonia, and 0.3 M hydrazine is appropriately dropped to adjust the pH in the reaction vessel. Control was performed to always maintain 9.55 (± 0.1), and a part of the reaction solution was discharged by overflow, so that the total amount of the reaction solution was always controlled not to exceed 2 L. After completion of the dropwise addition, stirring in the reaction vessel was continued for 1 hour. After stopping stirring, the mixture was allowed to stand at room temperature for 12 hours or longer.
Next, using a suction filtration device, the hydroxide precursor particles generated in the reaction tank are separated, and further, sodium ions adhering to the particles are washed and removed using ion exchange water, and an electric furnace is used. Then, it was dried in an air atmosphere at 80 ° C. under normal pressure for 20 hours. Then, in order to arrange | equalize a particle size, it grind | pulverized for several minutes with the smoked automatic mortar. In this way, a hydroxide precursor was produced.

<焼成工程>
前記水酸化物前駆体2.168gに、水酸化リチウム1水和物1.278gと、二酸化ルテニウム0.112gとを加え、瑪瑙製自動乳鉢を用いてよく混合し、Li:(Ni,Co,Mn,Ru)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Ruのモル比が100:3である混合粉体を調製した。ペレット成型機を用いて、6MPaの圧力で成型し、直径25mmのペレットとした。ペレット成型に供した混合粉体の量は、想定する最終生成物の質量が2.5gとなるように換算して決定した。前記ペレット1個を全長約100mmのアルミナ製ボートに載置し、箱型電気炉(型番:AMF20)に設置し、空気雰囲気中、常圧下、常温から800℃まで10時間かけて昇温し、800℃で4h焼成した。前記箱型電気炉の内部寸法は、縦10cm、幅20cm、奥行き30cmであり、幅方向20cm間隔に電熱線が入っている。焼成後、ヒーターのスイッチを切り、アルミナ製ボートを炉内に置いたまま自然放冷した。この結果、炉の温度は5時間後には約200℃程度にまで低下するが、その後の降温速度はやや緩やかである。一昼夜経過後、炉の温度が100℃以下となっていることを確認してから、ペレットを取り出し、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、実施例1に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
<Baking process>
1.278 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.112 g of ruthenium dioxide are added to 2.168 g of the hydroxide precursor and mixed well using a smoked automatic mortar, and Li: (Ni, Co, A mixed powder having a molar ratio of Mn, Ru) of 120: 100 and a molar ratio of (Ni, Co, Mn): Ru of 100: 3 was prepared. Using a pellet molding machine, molding was performed at a pressure of 6 MPa to obtain pellets having a diameter of 25 mm. The amount of the mixed powder subjected to pellet molding was determined by conversion so that the mass of the assumed final product was 2.5 g. One pellet was placed on an alumina boat having a total length of about 100 mm, placed in a box-type electric furnace (model number: AMF20), heated in air atmosphere at normal pressure from room temperature to 800 ° C. over 10 hours, Baked at 800 ° C. for 4 h. The box-type electric furnace has internal dimensions of 10 cm in length, 20 cm in width, and 30 cm in depth, and heating wires are inserted at intervals of 20 cm in the width direction. After firing, the heater was turned off and allowed to cool naturally with the alumina boat placed in the furnace. As a result, the temperature of the furnace decreases to about 200 ° C. after 5 hours, but the subsequent temperature decrease rate is somewhat moderate. After the passage of day and night, it was confirmed that the furnace temperature was 100 ° C. or lower, and then the pellets were taken out and pulverized for several minutes in a smoked automatic mortar in order to make the particle diameter uniform. In this way, a lithium transition metal composite oxide according to Example 1 was produced.

(実施例2)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.262gに、水酸化リチウム1水和物1.294gと亜テルル酸リチウム0.158gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Teのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 2)
In the firing step, 1.294 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.158 g of lithium tellurite are added to 2.262 g of the hydroxide precursor, and the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn) is increased. The lithium transition metal composite oxidation according to Example 2 was performed in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder having a molar ratio of 120: 100 and (Ni, Co, Mn): Te of 100: 3 was prepared. A product was made.

(実施例3)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.144gに、水酸化リチウム1水和物1.264gと硫酸セリウム5水和物0.335gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn,Ce)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Ceのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例3に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 3)
In the firing step, 1.264 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.335 g of cerium sulfate pentahydrate are added to 2.144 g of the hydroxide precursor, and Li: (Ni, Co, Mn, Ce) is added. The lithium according to Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder having a molar ratio of 120: 100 and (Ni, Co, Mn): Ce of 100: 3 was prepared. A transition metal composite oxide was produced.

(実施例4)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.120gに、水酸化リチウム1水和物1.249gと五酸化タンタル0.182gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn,Ta)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Taのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例4に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
Example 4
In the firing step, 1.249 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.182 g of tantalum pentoxide are added to 2.120 g of the hydroxide precursor, and a molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn, Ta) is added. Was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder having a molar ratio of (Ni, Co, Mn): Ta of 100: 3 was prepared. An oxide was produced.

(実施例5)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.262gに、水酸化リチウム1水和物1.294gと硫黄0.053gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Sのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 5)
In the firing step, 1.294 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.053 g of sulfur are added to 2.262 g of the hydroxide precursor, and the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn) is 120: 100. , (Ni, Co, Mn): A lithium transition metal composite oxide according to Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder having a molar ratio of 100: 3 was prepared. did.

(実施例6)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.315gに、水酸化リチウム1水和物1.214gを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が110:100で、添加元素を含まない混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例6に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 6)
In the firing step, 1.214 g of lithium hydroxide monohydrate is added to 2.315 g of the hydroxide precursor, the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn) is 110: 100, and the additive element is included. A lithium transition metal composite oxide according to Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that no mixed powder was prepared.

(実施例7)
水酸化物前駆体の作製工程において、硫酸ニッケル6水和物262.8g、硫酸コバルト7水和物224.9g、及び硫酸マンガン5水和物530.4gを秤量し、これらの全量をイオン交換水4Lに溶解させ、Ni:Co:Mnのモル比が25:20:55となる1.0Mの硫酸塩水溶液を作製し、前記硫酸塩水溶液の滴下開始から終了までの間、4.0Mの水酸化ナトリウム、1.5Mのアンモニア、及び0.2Mのヒドラジンからなる混合アルカリ溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に9.8(±0.1)を保つように制御したこと、焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.315gに、水酸化リチウム1水和物1.214gを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が110:100で、添加元素含まない混合粉体を調製し、焼成温度を900℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例7に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 7)
In the process of preparing the hydroxide precursor, 262.8 g of nickel sulfate hexahydrate, 224.9 g of cobalt sulfate heptahydrate, and 530.4 g of manganese sulfate pentahydrate were weighed, and the total amount of these was ion-exchanged. Dissolve in 4 L of water to prepare a 1.0 M sulfate aqueous solution having a molar ratio of Ni: Co: Mn of 25:20:55. By appropriately dropping a mixed alkaline solution consisting of sodium hydroxide, 1.5M ammonia, and 0.2M hydrazine, the pH in the reaction vessel was controlled so as to always maintain 9.8 (± 0.1). In the firing step, 1.214 g of lithium hydroxide monohydrate is added to 2.315 g of the hydroxide precursor, the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn) is 110: 100, and the additive element Not included The Gokotai was prepared and except that a 900 ° C. firing temperature, in the same manner as in Example 1 to prepare a lithium transition metal composite oxide according to Example 7.

(実施例8)
水酸化物前駆体の作製工程において、硫酸ニッケル6水和物315.4g、硫酸コバルト7水和物112.4g、及び硫酸マンガン5水和物578.6gを秤量し、これらの全量をイオン交換水4Lに溶解させ、Ni:Co:Mnのモル比が30:10:60となる1.0Mの硫酸塩水溶液を作製したこと、焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.262gに、水酸化リチウム1水和物1.297gを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が120:100で、添加元素含まない混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例8に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 8)
In the process of preparing the hydroxide precursor, 315.4 g of nickel sulfate hexahydrate, 112.4 g of cobalt sulfate heptahydrate, and 578.6 g of manganese sulfate pentahydrate were weighed, and the total amount of these was ion-exchanged. It was dissolved in 4 L of water to prepare a 1.0 M sulfate aqueous solution having a molar ratio of Ni: Co: Mn of 30:10:60. In the firing step, 2.262 g of the hydroxide precursor was added with water. Except that 1.297 g of lithium oxide monohydrate was added and a mixed powder containing Li: (Ni, Co, Mn) at a molar ratio of 120: 100 and containing no additional elements was prepared, the same as in Example 1. Thus, a lithium transition metal composite oxide according to Example 8 was produced.

(実施例9)
水酸化物前駆体の作製工程において、硫酸ニッケル6水和物420.6g、硫酸コバルト7水和物56.2g、及び硫酸マンガン5水和物530.4gを秤量し、これらの全量をイオン交換水4Lに溶解させ、Ni:Co:Mnのモル比が40:5:55となる1.0Mの硫酸塩水溶液を作製し、前記硫酸塩水溶液の滴下開始から終了までの間、4.0Mの水酸化ナトリウム、1.5Mのアンモニア、及び0.5Mのヒドラジンからなる混合アルカリ溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に9.7(±0.1)を保つように制御したこと、焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.315gに、水酸化リチウム1水和物1.214gを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が110:100で、添加元素含まない混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例9に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
Example 9
In the process of preparing the hydroxide precursor, 420.6 g of nickel sulfate hexahydrate, 56.2 g of cobalt sulfate heptahydrate, and 530.4 g of manganese sulfate pentahydrate were weighed, and the total amount of these was ion-exchanged. Dissolve in 4 L of water to prepare a 1.0 M sulfate aqueous solution having a molar ratio of Ni: Co: Mn of 40: 5: 55. By appropriately dropping a mixed alkaline solution consisting of sodium hydroxide, 1.5M ammonia, and 0.5M hydrazine, the pH in the reaction vessel was controlled so as to always maintain 9.7 (± 0.1). In the firing step, 1.214 g of lithium hydroxide monohydrate is added to 2.315 g of the hydroxide precursor, the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn) is 110: 100, and the additive element Does not contain Except that to prepare a body, in the same manner as in Example 1 to prepare a lithium transition metal composite oxide according to Example 9.

(実施例10)
水酸化物前駆体の作製工程において、硫酸ニッケル6水和物473.1g、及び硫酸マンガン5水和物530.4gを秤量し、これらの全量をイオン交換水4Lに溶解させ、Ni:Co:Mnのモル比が45:0:55となる1.0Mの硫酸塩水溶液を作製し、前記硫酸塩水溶液の滴下開始から終了までの間、4.0Mの水酸化ナトリウム、1.25Mのアンモニア、及び0.4Mのヒドラジンからなる混合アルカリ溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に10.2(±0.1)を保つように制御したこと、焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.283gに、水酸化リチウム1水和物1.209gと二酸化ルテニウム0.112gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn,Ru)のモル比が110:100、(Ni,Co,Mn):Ruのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例10に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 10)
In the step of preparing the hydroxide precursor, 473.1 g of nickel sulfate hexahydrate and 530.4 g of manganese sulfate pentahydrate were weighed, and all of these were dissolved in 4 L of ion-exchanged water, and Ni: Co: A 1.0 M aqueous sulfate solution having a Mn molar ratio of 45: 0: 55 was prepared, and 4.0 M sodium hydroxide, 1.25 M ammonia, from the start to the end of the addition of the aqueous sulfate solution, In addition, in the firing step, the hydroxide was controlled so that the pH in the reaction tank was always maintained at 10.2 (± 0.1) by appropriately dropping a mixed alkaline solution composed of 0.4 M hydrazine. Lithium hydroxide monohydrate 1.209g and ruthenium dioxide 0.112g are added to the precursor 2.283g, and the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn, Ru) is 110: 100, (Ni, Co Mn): molar ratio of Ru is 100: except that prepared mixed powder is 3, in the same manner as in Example 1 to prepare a lithium transition metal composite oxides according to Example 10.

(比較例1)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.262gに、水酸化リチウム1水和物1.294gを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が120:100で、添加元素を含まない混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 1)
In the firing step, 1.294 g of lithium hydroxide monohydrate is added to 2.262 g of the hydroxide precursor, the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn) is 120: 100, and the additive element is included. A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that no mixed powder was prepared.

(比較例2)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.227gに、水酸化リチウム1水和物1.312gと酸化ベリリウム0.021gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn,Be)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Beのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 2)
In the firing step, 1.32 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.021 g of beryllium oxide are added to 2.227 g of the hydroxide precursor, and the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn, Be) is increased. Lithium transition metal composite oxidation according to Comparative Example 2 in the same manner as in Example 1, except that a mixed powder having a molar ratio of 120: 100 and (Ni, Co, Mn): Be of 100: 3 was prepared. A product was made.

(比較例3)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.262gに、水酸化リチウム1水和物1.219gとヨウ化リチウム0.379gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Iのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例3に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 3)
In the firing step, 1.219 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.379 g of lithium iodide are added to 2.262 g of the hydroxide precursor, and the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn) is 120. : 100, (Ni, Co, Mn): The lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 3 is the same as Example 1 except that a mixed powder having a molar ratio of 100: 3 is prepared. Was made.

(比較例4)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.208gに、水酸化リチウム1水和物1.301gと炭酸カリウム0.057gを加え、Li:(Ni,Co,Mn,K)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Kのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例4に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 4)
In the firing step, 1.301 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.057 g of potassium carbonate are added to 2.208 g of the hydroxide precursor, and the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn, K) is 120. : 100, (Ni, Co, Mn): Lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 4 as in Example 1 except that a mixed powder having a molar ratio of 100: 3 was prepared. Was made.

(比較例5)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.207gに、水酸化リチウム1水和物1.300gと水酸化カルシウム0.063gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn,Ca)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Caのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 5)
In the firing step, 1.300 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.063 g of calcium hydroxide are added to 2.207 g of the hydroxide precursor, and the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn, Ca) is increased. Was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder having a molar ratio of (Ni, Co, Mn): Ca of 100: 3 was prepared. An oxide was produced.

(比較例6)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.103gに、水酸化リチウム1水和物1.239gと三酸化二ビスマス0.192gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn,Bi)のモル比が120:100、(Ni,Co,Mn):Biのモル比が100:3である混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例6に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 6)
In the calcination step, 1.239 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.192 g of dibismuth trioxide are added to 2.103 g of the hydroxide precursor, and the moles of Li: (Ni, Co, Mn, Bi) are added. A lithium transition metal according to Comparative Example 6 in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder having a ratio of 120: 100 and (Ni, Co, Mn): Bi of 100: 3 was prepared. A composite oxide was produced.

(比較例7)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.212gに、水酸化リチウム1水和物1.371gを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が130:100で、添加元素含まない混合粉体を調製し、焼成温度を900℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例7に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 7)
In the firing step, 1.371 g of lithium hydroxide monohydrate is added to 2.212 g of the hydroxide precursor, the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn) is 130: 100, and no additional elements are contained. A lithium-transition metal composite oxide according to Comparative Example 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder was prepared and the firing temperature was 900 ° C.

(比較例8)
焼成工程において、前記水酸化物前駆体2.315gに、水酸化リチウム1水和物1.093gとフッ化リチウム0.075gとを加え、Li:(Ni,Co,Mn)のモル比が120:100で、添加元素を含まない混合粉体を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例8に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 8)
In the firing step, 1.093 g of lithium hydroxide monohydrate and 0.075 g of lithium fluoride are added to 2.315 g of the hydroxide precursor, and the molar ratio of Li: (Ni, Co, Mn) is 120. : 100, a lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 8 was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder containing no additive element was prepared.

(α−NaFeO型結晶構造の確認)
実施例1〜10及び比較例1〜8に係るリチウム遷移金属複合酸化物が、α−NaFeO型結晶構造を有することは、X線回折測定における構造モデルと回折パターンが一致したことにより確認した。
(Confirmation of α-NaFeO type 2 crystal structure)
It was confirmed that the lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 had an α-NaFeO 2 type crystal structure because the structural model and the diffraction pattern in the X-ray diffraction measurement coincided. .

(半値幅の測定)
実施例1〜10及び比較例1〜8に係るリチウム遷移金属複合酸化物の半値幅は、上述した条件及び手順にしたがって、エックス線回折装置(Rigaku社製、型名:MiniFlex II)を用いて測定を行った。前記エックス線回折装置の付属ソフトである「PDXL」を用いて、空間群R3−mでは(003)面に指数付けされる、エックス線回折図上2θ=18.6°±1°に存在する回折ピークについての半値幅FWHM(003)、及び、(104)面に指数付けされる、エックス線回折図上2θ=44±1°に存在する回折ピークについての半値幅FWHM(104)を決定した。その測定結果より、FWHM(003)/FWHM(104)を求めた。
(Measurement of half width)
The half widths of the lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 are measured using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku, model name: MiniFlex II) according to the above-described conditions and procedures. Went. A diffraction peak existing at 2θ = 18.6 ° ± 1 ° on the X-ray diffractogram, indexed to the (003) plane in the space group R3-m, using “PDXL” which is software attached to the X-ray diffractometer. FWHM (003) and FWHM (104) for the diffraction peak at 2θ = 44 ± 1 ° on the X-ray diffractogram indexed to the (104) plane. From the measurement result, FWHM (003) / FWHM (104) was obtained.

[非水電解質二次電池用電極の作製]
実施例1〜10及び比較例1〜8に係るリチウム遷移金属複合酸化物をそれぞれ正極活物質として用いて、以下の手順で実施例1〜10及び比較例1〜8に係る非水電解質二次電池用電極を作製した。
[Preparation of electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Using the lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 as positive electrode active materials, respectively, the non-aqueous electrolyte secondary according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 in the following procedure A battery electrode was prepared.

N−メチルピロリドンを分散媒とし、活物質、アセチレンブラック(AB)及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)が質量比90:5:5の割合で混練分散されている塗布用ペーストを作製した。該塗布ペーストを厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の片方の面に塗布し、正極板を作製した。なお、全ての実施例及び比較例に係る非水電解質二次電池同士で体積当たりの放電容量を求める試験条件が同一になるように、一定面積当たりに塗布されている活物質の塗布厚みを統一した。このようにして作製した非水電解質二次電池用電極は、一部を切り出し、以下の手順で非水電解質二次電池(リチウム二次電池)を作製し、電池特性を評価した。   Using N-methylpyrrolidone as a dispersion medium, an active material, acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVdF) were kneaded and dispersed at a mass ratio of 90: 5: 5. The coating paste was applied to one side of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm to produce a positive electrode plate. In addition, the application thickness of the active material applied per fixed area is standardized so that the test conditions for determining the discharge capacity per volume between the nonaqueous electrolyte secondary batteries according to all Examples and Comparative Examples are the same. did. A part of the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery produced in this way was cut out, a nonaqueous electrolyte secondary battery (lithium secondary battery) was produced by the following procedure, and the battery characteristics were evaluated.

[非水電解質二次電池の作製及び評価]
正極の単独挙動を正確に観察する目的のため、対極、即ち負極には金属リチウムをニッケル箔集電体に密着させて用いた。ここで、非水電解質二次電池の容量が負極によって制限されないよう、負極には十分な量の金属リチウムを配置した。
[Production and evaluation of nonaqueous electrolyte secondary battery]
For the purpose of accurately observing the single behavior of the positive electrode, metallic lithium was used in close contact with the nickel foil current collector for the counter electrode, that is, the negative electrode. Here, a sufficient amount of metallic lithium was disposed on the negative electrode so that the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery was not limited by the negative electrode.

電解液として、エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)/ジメチルカーボネート(DMC)が体積比6:7:7である混合溶媒に濃度が1mol/lとなるようにLiPFを溶解させた溶液を用いた。セパレータとして、ポリアクリレートで表面改質したポリプロピレン製の微孔膜を用いた。外装体には、ポリエチレンテレフタレート(15μm)/アルミニウム箔(50μm)/金属接着性ポリプロピレンフィルム(50μm)からなる金属樹脂複合フィルムを用いた。正極端子及び負極端子の開放端部が外部露出するように電極を収納し、前記金属樹脂複合フィルムの内面同士が向かい合った融着代を注液孔となる部分を除いて気密封止し、前記電解液を注液後、注液孔を封止した。 As an electrolytic solution, LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) / dimethyl carbonate (DMC) had a volume ratio of 6: 7: 7 so that the concentration was 1 mol / l. The solution was used. As the separator, a polypropylene microporous film whose surface was modified with polyacrylate was used. A metal resin composite film made of polyethylene terephthalate (15 μm) / aluminum foil (50 μm) / metal-adhesive polypropylene film (50 μm) was used for the outer package. The electrode is housed so that the open ends of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are exposed to the outside, and the fusion margin where the inner surfaces of the metal resin composite film face each other is hermetically sealed except for the portion serving as a liquid injection hole, After injecting the electrolytic solution, the injection hole was sealed.

以上の手順にて作製された非水電解質二次電池は、25℃の下、初期充放電工程に供した。充電は、電流0.1CmA、電圧4.6Vの定電流定電圧充電とし、充電終止条件は電流値が1/5に減衰した時点とした。放電は、電流0.1CmA、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。この充放電を2サイクル行った。ここで、充電後及び放電後にそれぞれ10分の休止過程を設けた。前記初期充放電工程における1サイクル目の「(放電電気量)/(充電電気量)×100」で示される百分率を「初期効率(%)」として記録した。   The nonaqueous electrolyte secondary battery produced by the above procedure was subjected to an initial charge / discharge process at 25 ° C. Charging was carried out at a constant current and constant voltage with a current of 0.1 CmA and a voltage of 4.6 V, and the charge termination condition was the time when the current value attenuated to 1/5. The discharge was a constant current discharge with a current of 0.1 CmA and a final voltage of 2.0 V. This charge / discharge was performed for two cycles. Here, a pause process of 10 minutes was provided after charging and discharging, respectively. The percentage indicated by “(discharged electric quantity) / (charged electric quantity) × 100” in the first cycle in the initial charge / discharge process was recorded as “initial efficiency (%)”.

実施例1〜10及び比較例1〜8に係るリチウム遷移金属複合酸化物のNi/Co/Mnのモル比、Li/Me比、焼成温度、添加元素の種類及び添加量、FWHM(003)/FWHM(104)、FWHM(104)、並びに前記リチウム遷移金属複合酸化物をそれぞれ正極活物質として用いた非水電解質二次電池の初期効率を表1に示す。   Ni / Co / Mn molar ratio, Li / Me ratio, firing temperature, type and amount of additive element, FWHM (003) / of lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 Table 1 shows the initial efficiencies of the nonaqueous electrolyte secondary battery using FWHM (104), FWHM (104), and the lithium transition metal composite oxide as positive electrode active materials.

Figure 2018073751
Figure 2018073751

表1より、α−NaFeO構造を有し、遷移金属(Me)として、Ni及びMn、又はNi、Co及びMnを含み、Li/Me>1で、Mn/Me>0.5であり、FWHM(003)/FWHM(104)が0.45以下であり、FWHM(104)が0.40°以上である実施例1〜10に係るリチウム遷移金属複合酸化物を用いた非水電解質二次電池は、初期効率が高いことが分かる。 From Table 1, have the alpha-NaFeO 2 structure, as the transition metal (Me), includes Ni and Mn, or Ni, Co and Mn, with Li / Me> 1, a Mn / Me> 0.5, Nonaqueous electrolyte secondary using lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 10 where FWHM (003) / FWHM (104) is 0.45 or less and FWHM (104) is 0.40 ° or more It can be seen that the battery has a high initial efficiency.

他方、比較例1〜6、8のように、リチウム遷移金属複合酸化物のFWHM(003)/FWHM(104)が0.45を超える場合、又は比較例6〜8のように、リチウム遷移金属複合酸化物のFWHM(104)が0.40°未満である場合には、これを用いた非水電解質二次電池の初期効率は低い。   On the other hand, when FWHM (003) / FWHM (104) of the lithium transition metal composite oxide exceeds 0.45, as in Comparative Examples 1-6, 8, or lithium transition metal, as in Comparative Examples 6-8 When the FWHM (104) of the composite oxide is less than 0.40 °, the initial efficiency of the nonaqueous electrolyte secondary battery using this is low.

以上のとおりであるから、α−NaFeO構造を有し、遷移金属(Me)として、Ni及びMn、又はNi、Co及びMnを含み、Li/Me>1で、Mn/Me>0.5であり、FWHM(003)/FWHM(104)が0.45以下であり、FWHM(104)が0.40°以上であるという要件を満たすリチウム遷移金属複合酸化物を非水電解質二次電池の正極活物質として用いることにより、初期効率が高い非水電解質二次電池を提供できる。 As described above, it has an α-NaFeO 2 structure, includes Ni and Mn, or Ni, Co, and Mn as transition metals (Me), Li / Me> 1, and Mn / Me> 0.5 A lithium transition metal composite oxide satisfying the requirement that FWHM (003) / FWHM (104) is 0.45 or less and FWHM (104) is 0.40 ° or more is used for a non-aqueous electrolyte secondary battery. By using it as a positive electrode active material, a nonaqueous electrolyte secondary battery with high initial efficiency can be provided.

本発明の一側面に係るリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質を用いることにより、初期効率が高い非水電解質二次電池を提供することができるので、この非水電解質二次電池は、ハイブリッド自動車用、電気自動車用の非水電解質二次電池として有用である。   By using a positive electrode active material containing a lithium transition metal composite oxide according to one aspect of the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery with high initial efficiency can be provided. It is useful as a non-aqueous electrolyte secondary battery for hybrid vehicles and electric vehicles.

1 非水電解質二次電池(リチウム二次電池)
2 電極群
3 電池容器
4 正極端子
4’ 正極リード
5 負極端子
5’ 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
1 Nonaqueous electrolyte secondary battery (lithium secondary battery)
2 Electrode group 3 Battery container 4 Positive electrode terminal 4 ′ Positive electrode lead 5 Negative electrode terminal 5 ′ Negative electrode lead 20 Power storage unit 30 Power storage device

Claims (7)

リチウム遷移金属複合酸化物を含む非水電解質二次電池用活物質であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物は、
α−NaFeO構造を有し、
遷移金属元素(Me)としてMn及びNi、又はMn、Ni及びCoを含み、
Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5<Mn/Meであり、
Meに対するLiのモル比Li/Meが1<Li/Meであり、
空間群R3−mに帰属可能なX線回折パターンを有し、
Cu−Kα線を用いたX線回折測定による、ミラー指数hklにおける(104)面の回折ピークの半値幅(FWHM(104))に対する(003)面の回折ピークの半値幅(FWHM(003))の比FWHM(003)/FWHM(104)が0.45以下であり、
前記(104)面の回折ピークの半値幅(FWHM(104))が0.40°以上である、
非水電解質二次電池用正極活物質。
An active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide,
The lithium transition metal composite oxide is
having an α-NaFeO 2 structure,
Mn and Ni or Mn, Ni and Co as transition metal elements (Me)
The molar ratio of Mn to Me, Mn / Me is 0.5 <Mn / Me,
The molar ratio of Li to Me Li / Me is 1 <Li / Me,
Having an X-ray diffraction pattern that can be assigned to the space group R3-m;
X-ray diffraction measurement using Cu-Kα rays, the half-value width (FWHM (003)) of the (003) plane diffraction peak with respect to the half-width (FWHM (104)) of the (104) plane diffraction peak at the Miller index hkl The ratio FWHM (003) / FWHM (104) is 0.45 or less,
The half-value width (FWHM (104)) of the diffraction peak of the (104) plane is 0.40 ° or more.
Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記リチウム遷移金属複合酸化物が、Ru、Te、Ce、Ta又はS元素を含む、請求項1に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the lithium transition metal composite oxide contains a Ru, Te, Ce, Ta, or S element. リチウム遷移金属複合酸化物を含む非水電解質二次電池用正極活物質の製造に用いる遷移金属水酸化物前駆体の製造方法であって、
反応槽に、遷移金属元素(Me)としてMn及びNi、又はMn、Ni及びCoを含有する溶液と共に、アルカリ金属水酸化物、錯化剤、及び0.1〜0.5Mの還元剤を含有するアルカリ溶液を加えて、前記反応槽の溶液のpHを10.5以下として、Meに対するMnのモル比Mn/Meが0.5<Mn/Meである遷移金属水酸化物前駆体を共沈させる、リチウム遷移金属複合酸化物を含む非水電解質二次電池用正極活物質の製造に用いる遷移金属水酸化物前駆体の製造方法。
A method for producing a transition metal hydroxide precursor used for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a lithium transition metal composite oxide,
The reaction vessel contains Mn and Ni as a transition metal element (Me) or a solution containing Mn, Ni and Co, as well as an alkali metal hydroxide, a complexing agent, and a 0.1 to 0.5M reducing agent. The transition metal hydroxide precursor in which the molar ratio of Mn to Me, Mn / Me is 0.5 <Mn / Me, is coprecipitated by adding an alkaline solution to reduce the pH of the reaction vessel solution to 10.5 or less The manufacturing method of the transition metal hydroxide precursor used for manufacture of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing a lithium transition metal complex oxide to be made.
請求項3に記載の製造方法によって製造された遷移金属水酸化物前駆体と、リチウム化合物とを混合して、750〜940℃で焼成する、
α−NaFeO型結晶構造を有し、Liと遷移金属(Me)のモル比(Li/Me)が1より大きいリチウム遷移金属複合酸化物を含む非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
A transition metal hydroxide precursor produced by the production method according to claim 3 and a lithium compound are mixed and fired at 750 to 940 ° C.
Production of a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having an α-NaFeO 2 type crystal structure and including a lithium transition metal composite oxide having a molar ratio of Li to transition metal (Me) (Li / Me) greater than 1 Method.
前記遷移金属水酸化物前駆体と前記リチウム化合物とを混合する際に、さらにRu、Te、Ce、Ta若しくはSの単体又は化合物を混合する、請求項4に記載の非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein when the transition metal hydroxide precursor and the lithium compound are mixed, a simple substance or compound of Ru, Te, Ce, Ta, or S is further mixed. A method for producing a positive electrode active material. 請求項1又は2に記載の正極活物質を含有することを特徴とする、非水電解質二次電池用電極。   An electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising the positive electrode active material according to claim 1. 請求項6に記載の非水電解質二次電池用電極を備えることを特徴とする、非水電解質二次電池。   A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 6.
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