JP2018147697A - Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, which can reduce a positive electrode resistance when used for a secondary battery.SOLUTION: A positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprises a spinel type oxide including Li, Mn, Ni and an element M (at least one element selected from Mg, Al, Si, Ti, Cr, Fe, Co, Cu and Zn) in the proportion of Li:Mn:Ni:M=t:2-x-y:x:y (where 0.96≤t≤1.25, 0.40≤x≤0.60 and 0≤y≤0.20). When 30% of Li is drawn out, the positive electrode active material includes one or two cubic crystal phases. In the latter case, the following expression (1) is satisfied: (d1-d2)/d1×100≤0.5 (1), where d1 represents a d value of one phase having a larger d value, and d2 represents a d value of the other phase. When 70% of Li is drawn out, the positive electrode active material includes one or two cubic crystal phases. In the latter case, the following expression (2) is satisfied: (d3-d4)/d3×100≤0.8 (2), where d3 represents a d value of the phase larger in d value, and d4 represents a d value of the other phase.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高エネルギー密度を有する小型で軽量な二次電池に対する要求が高まっている。また、ハイブリッド自動車をはじめとする電気自動車用の電源として、高出力の二次電池の開発が強く望まれている。   In recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, there is an increasing demand for small and lightweight secondary batteries having high energy density. In addition, development of a high-power secondary battery is strongly desired as a power source for electric vehicles including hybrid vehicles.

このような要求を満たす二次電池として、非水系電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池がある。このリチウムイオン二次電池は、負極、正極、電解液などで構成され、その負極および正極の材料として用いられる活物質には、リチウムを脱離および挿入することが可能な材料が使用される。   As a secondary battery satisfying such requirements, there is a lithium ion secondary battery which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery. This lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as an active material used as a material for the negative electrode and the positive electrode.

このようなリチウムイオン二次電池については、現在、研究開発が盛んに行われている。その中でも、リチウム金属複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の電圧が得られるため、高エネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。   Currently, research and development of such lithium ion secondary batteries are actively conducted. Among them, a lithium ion secondary battery using a lithium metal composite oxide as a positive electrode material is capable of being used as a battery having a high energy density because a voltage of 4 V class can be obtained.

係るリチウムイオン二次電池の正極材料として、現在、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5)、リチウム過剰ニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiMnO-LiNiMnCo)などのリチウム複合酸化物が提案されている。 As a positive electrode material of the lithium ion secondary battery, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is currently relatively easy to synthesize, lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) using nickel cheaper than cobalt, lithium Nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese, lithium nickel manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2), lithium-rich nickel-cobalt-manganese composite oxide (Li 2 MnO 3 -LiNi X Mn y Co z O 2) lithium composite oxide such as have been proposed.

現在検討が進められているリチウムイオン二次電池の正極材料の中でも、特に熱安定性に優れた二次電池を実現できるスピネル型の結晶構造を有する正極材料は、近年特に注目を集め、各種検討がなされている。   Among positive electrode materials for lithium ion secondary batteries that are currently under investigation, positive electrode materials having a spinel crystal structure that can realize secondary batteries with particularly excellent thermal stability have attracted particular attention in recent years. Has been made.

例えば特許文献1には、酸素欠陥型スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物を用いてなることを特徴とする非水系リチウム電池用正極活物質が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a positive electrode active material for a non-aqueous lithium battery characterized by using a lithium manganese composite oxide having an oxygen-deficient spinel structure.

特開平8−138675号公報JP-A-8-138675

しかしながら、リチウムイオン二次電池については更なる性能向上が求められており、特に出力電圧の向上が求められている。そして、リチウムイオン二次電池について、出力電圧を上げるため、正極抵抗を抑制できる、非水系電解質二次電池用正極活物質が求められていた。   However, further improvement in performance is required for lithium ion secondary batteries, and in particular, improvement in output voltage is required. And about the lithium ion secondary battery, in order to raise an output voltage, the positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries which can suppress positive electrode resistance was calculated | required.

そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、非水系電解質二次電池とした場合に正極抵抗を抑制することができる、非水系電解質二次電池用正極活物質を提供することを目的とする。   Accordingly, in view of the problems of the above-described conventional technology, according to one aspect of the present invention, there is provided a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can suppress positive electrode resistance when a non-aqueous electrolyte secondary battery is used. With the goal.

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
リチウム(Li)と、マンガン(Mn)と、ニッケル(Ni)と、元素M(M)とを、物質量比が、Li:Mn:Ni:M=t:2−x−y:x:y(ただし、0.96≦t≦1.25、0.40≦x≦0.60、0≦y≦0.20)となるように含むスピネル型酸化物であり、
前記元素Mが、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、及び亜鉛(Zn)の群から選択される少なくとも1種の元素であり、
電気化学的に、含有するリチウムの30%を引き抜いた際に1相、または2相の立方晶の相で構成され、2相の立方晶で構成される場合において、d値が大きい方の相のd値をd1、他方の相のd値をd2とした場合に、以下の式(1)を満たし、
(d1−d2)/d1×100≦0.5 ・・・(1)
電気化学的に、含有するリチウムの70%を引き抜いた際に1相、または2相の立方晶の相で構成され、2相の立方晶の相で構成される場合において、d値が大きい方の相のd値をd3、他方の相のd値をd4とした場合に以下の式(2)を満たす非水系電解質二次電池用正極活物質を提供する。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention,
Lithium (Li), manganese (Mn), nickel (Ni), and element M (M) have a mass ratio of Li: Mn: Ni: M = t: 2-xy: x: y (However, it is a spinel type oxide including 0.96 ≦ t ≦ 1.25, 0.40 ≦ x ≦ 0.60, 0 ≦ y ≦ 0.20)
The element M is magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), and zinc (Zn). At least one element selected from the group of
Electrochemically, it is composed of one or two cubic phases when 30% of the contained lithium is extracted, and the phase having the larger d value when composed of two-phase cubic crystals When the d value of d1 is d1 and the d value of the other phase is d2, the following equation (1) is satisfied:
(D1-d2) /d1×100≦0.5 (1)
When electrochemically composed of one or two cubic phases when 70% of the contained lithium is extracted, the one having a larger d value when composed of two cubic phases Provided is a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that satisfies the following formula (2) when the d value of the other phase is d3 and the d value of the other phase is d4.

(d3−d4)/d3×100≦0.8 ・・・(2)   (D3-d4) /d3×100≦0.8 (2)

本発明の一態様によれば、非水系電解質二次電池とした場合に正極抵抗を抑制することができる、非水系電解質二次電池用正極活物質を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can suppress positive electrode resistance when a non-aqueous electrolyte secondary battery is obtained.

実施例、比較例において作製したコイン型電池の断面構成の説明図。Explanatory drawing of the cross-sectional structure of the coin-type battery produced in the Example and the comparative example. 実施例、比較例におけるリチウムの引き抜き量と、XRDパターンの変化との関係の説明図。Explanatory drawing of the relationship between the amount of drawing of lithium in an Example and a comparative example, and the change of a XRD pattern.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
[非水系電解質二次電池用正極活物質]
まず、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質の一構成例について説明する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and the following embodiments are not departed from the scope of the present invention. Various modifications and substitutions can be made.
[Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery]
First, a configuration example of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment will be described.

本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質は、リチウム(Li)と、マンガン(Mn)と、ニッケル(Ni)と、元素M(M)とを、物質量比が、Li:Mn:Ni:M=t:2−x−y:x:y(ただし、0.96≦t≦1.25、0.40≦x≦0.60、0≦y≦0.20)となるように含むスピネル型酸化物とすることができる。
なお、元素Mは、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、及び亜鉛(Zn)の群から選択される少なくとも1種の元素とすることができる。
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is composed of lithium (Li), manganese (Mn), nickel (Ni), and element M (M), with a mass ratio of Li: Mn. : Ni: M = t: 2-xy: x: y (provided that 0.96 ≦ t ≦ 1.25, 0.40 ≦ x ≦ 0.60, 0 ≦ y ≦ 0.20) The spinel oxide contained in
Element M includes magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), and zinc (Zn). ) At least one element selected from the group of

そして、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質は、電気化学的に、含有するリチウムの30%を引き抜いた時に1相、または2相の立方晶の相で構成できる。そして、2相の立方晶の相で構成される場合において、d値が大きい方の相のd値をd1、他方の相のd値をd2とした場合に、以下の式(1)を満たすことができる。   And the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this embodiment can be comprised by the phase of 1 phase or a cubic phase, when 30% of lithium containing is extracted electrochemically. In the case where the phase is composed of two cubic phases, the following formula (1) is satisfied when the d value of the phase having the larger d value is d1 and the d value of the other phase is d2. be able to.

(d1−d2)/d1×100≦0.5 ・・・(1)
さらに、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質は、電気化学的に、含有するリチウムの70%を引き抜いた時に1相、または2相の立方晶の相で構成することができる。そして、2相の立方晶の相で構成される場合において、d値が大きい方の相のd値をd3、他方の相のd値をd4とした場合に以下の式(2)を満たすことができる。
(D1-d2) /d1×100≦0.5 (1)
Furthermore, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment can be electrochemically composed of one or two cubic phases when 70% of the contained lithium is extracted. . And when it is composed of two cubic phases, the following formula (2) is satisfied when the d value of the phase having the larger d value is d3 and the d value of the other phase is d4: Can do.

(d3−d4)/d3×100≦0.8 ・・・(2)
以下、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質について具体的に説明する。
(組成)
本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」とも記載する)はリチウム(Li)、マンガン(Mn)、及びニッケル(Ni)を含有するスピネル型構造を有する酸化物とすることができる。また、本実施形態の正極活物質は、さらに任意の添加元素である元素Mを含有するスピネル型構造を有する酸化物とすることもできる。
(D3-d4) /d3×100≦0.8 (2)
Hereinafter, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment will be specifically described.
(composition)
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment (hereinafter also simply referred to as “positive electrode active material”) has a spinel structure containing lithium (Li), manganese (Mn), and nickel (Ni). It can be set as the oxide which has. In addition, the positive electrode active material of the present embodiment may be an oxide having a spinel structure that further contains an element M that is an optional additive element.

元素Mとしては、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)から選択される少なくとも1種の元素、すなわち上記元素群から選択された1種以上の元素を含有できる。   The element M includes magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), and zinc (Zn). It can contain at least one element selected, that is, one or more elements selected from the above element group.

本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質は、上述のリチウム(Li)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、及び元素M(M)について、各々の元素の物質量比(モル比)がLi:Mn:Ni:M=t:2−x−y:x:yとなるように含むことができる。なお、t、x、yは、それぞれ0.96≦t≦1.25、0.40≦x≦0.60、0≦y≦0.20の関係式を満たす。   The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is composed of the above-described lithium (Li), manganese (Mn), nickel (Ni), and element M (M). Ratio) is Li: Mn: Ni: M = t: 2-xy: x: y. Note that t, x, and y satisfy the relational expressions 0.96 ≦ t ≦ 1.25, 0.40 ≦ x ≦ 0.60, and 0 ≦ y ≦ 0.20, respectively.

上記物質量比の式中、リチウムの含有量を示すtの値は、0.96以上1.25以下であることが好ましく、0.98以上1.20以下であることがより好ましく、1.00以上1.20以下であることがさらに好ましい。   In the substance ratio formula, the value of t indicating the lithium content is preferably 0.96 or more and 1.25 or less, more preferably 0.98 or more and 1.20 or less. More preferably, it is 00 or more and 1.20 or less.

これは、上記物質量比の式中、tを上記範囲とすることにより、該正極活物質を正極に用いて構成される非水系電解質二次電池(以下、単に「二次電池」とも記載する)の出力特性および容量特性を向上させることができるからである。具体的には、tの値を0.96以上とすることで、二次電池の正極抵抗を抑制し、出力特性を向上させることができる。また、tの値を1.25以下とすることで、初期放電容量を十分に高くすることができる。   This is also described as a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter simply referred to as a “secondary battery”) using the positive electrode active material for the positive electrode by setting t in the above-mentioned range of the substance quantity ratio. This is because the output characteristics and capacity characteristics of (1) can be improved. Specifically, by setting the value of t to 0.96 or more, the positive electrode resistance of the secondary battery can be suppressed and the output characteristics can be improved. Moreover, the initial discharge capacity can be sufficiently increased by setting the value of t to 1.25 or less.

ニッケル(Ni)は、二次電池の高電位化および高容量化に寄与する元素である。   Nickel (Ni) is an element that contributes to higher potential and higher capacity of the secondary battery.

ニッケルの添加量を示すxの値は、0.40以上0.60以下であることが好ましく、0.40以上0.56以下であることがより好ましく、0.40以上0.53以下であることがさらに好ましい。   The value of x indicating the amount of nickel added is preferably 0.40 or more and 0.60 or less, more preferably 0.40 or more and 0.56 or less, and 0.40 or more and 0.53 or less. More preferably.

これは、xの値を0.40以上とすることで、該正極活物質を正極に用いて構成した二次電池において、5V級の電圧における電池容量を十分に高めることができるからである。また、xの値を0.60以下とすることで、より確実にスピネル構造単相からなる正極活物質を得ることができ、好ましいからである。   This is because by setting the value of x to 0.40 or more, the secondary battery configured using the positive electrode active material for the positive electrode can sufficiently increase the battery capacity at a voltage of 5 V class. Also, by setting the value of x to 0.60 or less, a positive electrode active material composed of a spinel structure single phase can be obtained more reliably, which is preferable.

本実施形態の正極活物質は、既述のように、リチウム、マンガン、及びニッケルの金属元素に加えて、所定量の元素(添加元素)Mを含有させることもできる。   As described above, the positive electrode active material of the present embodiment can contain a predetermined amount of element (addition element) M in addition to the metal elements of lithium, manganese, and nickel.

このような元素Mとしては、既述のようにマグネシウム、アルミニウム、ケイ素、チタン、クロム、鉄、コバルト、銅、亜鉛から選択される少なくとも1種の元素を用いることができる。   As such an element M, as described above, at least one element selected from magnesium, aluminum, silicon, titanium, chromium, iron, cobalt, copper, and zinc can be used.

元素Mは、正極活物質を用いて構成される二次電池の用途や要求される性能に応じて適宜選択することができる。   The element M can be appropriately selected according to the application of the secondary battery configured using the positive electrode active material and the required performance.

元素Mはそれ自身酸化還元反応に寄与しないものがあるので、元素Mの添加量を示すyの値は0.20以下であることが好ましく、0.15以下であることがより好ましく、0.10以下であることがさらに好ましい。なお、元素Mは添加しなくても良く、元素Mの添加量を示すyの値の下限値は、例えば0以上とすることができる。   Since some elements M themselves do not contribute to the oxidation-reduction reaction, the value of y indicating the amount of element M added is preferably 0.20 or less, more preferably 0.15 or less, and More preferably, it is 10 or less. The element M may not be added, and the lower limit value of y indicating the addition amount of the element M can be set to 0 or more, for example.

従って、本実施形態の正極活物質は、元素Mを含まず、例えばリチウム(Li)と、マンガン(Mn)と、ニッケル(Ni)とを含む材料とすることもできる。
(電気化学的にリチウムを引き抜いた際の、正極活物質を構成する結晶相について)
本発明の発明者らは、二次電池とした場合に、正極抵抗を抑制することができる正極活物質について、鋭意検討を行った。
Therefore, the positive electrode active material of the present embodiment does not include the element M, and may be a material including, for example, lithium (Li), manganese (Mn), and nickel (Ni).
(Crystal phase constituting positive electrode active material when lithium is extracted electrochemically)
The inventors of the present invention have intensively studied a positive electrode active material capable of suppressing positive electrode resistance when a secondary battery is formed.

正極活物質として、既述の組成を有するスピネル型構造を有する酸化物を用いて二次電池を作製し、充電を行った場合、正極からリチウムイオンが電解液中に抜け出すため、正極活物質から、電気化学的にリチウムを抜き出すことができる。   When a secondary battery is manufactured using an oxide having a spinel structure having the above-described composition as the positive electrode active material and charged, lithium ions escape from the positive electrode into the electrolyte solution. The lithium can be extracted electrochemically.

そして、本発明の発明者らは、二次電池の充電を行い、電気化学的に正極活物質から含有するリチウムを引き抜いた際、所定の充電量、すなわち所定の引き抜き量に達した時の正極活物質に含まれる結晶構造の相が所定の条件を満たす場合に正極抵抗を抑制できることを見出した。   The inventors of the present invention charge the secondary battery, and when the lithium contained in the positive electrode active material is electrochemically extracted, the positive electrode when the predetermined amount of charge, that is, the predetermined amount of extraction is reached. It has been found that the positive electrode resistance can be suppressed when the phase of the crystal structure contained in the active material satisfies a predetermined condition.

具体的には、本実施形態の正極活物質は、該正極活物質から、電気化学的に含有するリチウムを引き抜いた時の結晶構造の相について以下の条件を充足することが好ましい。   Specifically, the positive electrode active material of the present embodiment preferably satisfies the following conditions for the phase of the crystal structure when lithium contained electrochemically is extracted from the positive electrode active material.

正極活物質から電気化学的に、含有するリチウムの30%を引き抜いた際に、1相、または2相の立方晶の相で構成でき、2相の立方晶の相で構成される場合において、d値が大きい方の相のd値をd1、他方の相のd値をd2とした場合に、以下の式(1)を満たすことが好ましい。   When 30% of lithium contained is electrochemically extracted from the positive electrode active material, it can be composed of one phase or two-phase cubic phase, and when composed of two-phase cubic phase, When the d value of the phase with the larger d value is d1, and the d value of the other phase is d2, it is preferable to satisfy the following formula (1).

(d1−d2)/d1×100≦0.5 ・・・(1)
さらに、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質は、該正極活物質から電気化学的に、含有するリチウムの70%を引き抜いた際に、1相、または2相の立方晶の相で構成でき、そして、2相の立方晶の相で構成される場合において、d値が大きい方の相のd値をd3、他方の相のd値をd4とした場合に以下の式(2)を満たすことができる。
(D1-d2) /d1×100≦0.5 (1)
Furthermore, the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment has a one-phase or two-phase cubic crystal structure when 70% of lithium contained is electrochemically extracted from the positive electrode active material. In the case of being composed of two cubic phases, when the d value of the phase having the larger d value is d3 and the d value of the other phase is d4, the following formula ( 2) can be satisfied.

(d3−d4)/d3×100≦0.8 ・・・(2)
正極活物質を用いて二次電池を作製し、充電を行った場合、既述のように正極に含まれる正極活物質からは、リチウムがリチウムイオンの状態となり、電気化学的に引き抜かれる。
(D3-d4) /d3×100≦0.8 (2)
When a secondary battery is manufactured using a positive electrode active material and charged, lithium is in a lithium ion state and is electrochemically extracted from the positive electrode active material contained in the positive electrode as described above.

本発明の発明者らの検討によれば、正極抵抗を抑制する観点からは、正極活物質から電気化学的にリチウムを引き抜いた際、該正極活物質は、該正極活物質を構成する結晶相が1相のまま、面間隔を示すd値が連続的に減少していくことが好ましい。これは、電気化学的にリチウムを引き抜いた際に正極活物質を構成する結晶相が1相のまま、面間隔を示すd値が連続的に減少する場合、該正極活物質を構成する結晶相の結晶構造内ではリチウムに占有されているリチウムサイトが均一に、かつ近接して存在することを意味するからである。このため、例えば二次電池で放電を行う際には再度リチウムがリチウムサイトに充填されることになるが、この際、リチウムが正極活物質内で拡散し易くなるからである。   According to the study by the inventors of the present invention, from the viewpoint of suppressing the positive electrode resistance, when lithium is electrochemically extracted from the positive electrode active material, the positive electrode active material is a crystalline phase constituting the positive electrode active material. It is preferable that the d value indicating the inter-surface distance is continuously reduced while the phase is one phase. This is because, when electrochemically extracting lithium, the crystal phase constituting the positive electrode active material remains one phase, and the d value indicating the interplanar spacing continuously decreases, the crystal phase constituting the positive electrode active material This is because the lithium sites occupied by lithium are uniformly and close to each other in the crystal structure. For this reason, for example, when discharging is performed in a secondary battery, lithium is again filled in the lithium site, and at this time, lithium is easily diffused in the positive electrode active material.

しかし、本発明の発明者らの検討によれば、正極活物質から電気化学的にリチウムを引き抜く際、該正極活物質を構成する結晶相が2相もしくはそれ以上となる場合がある。具体的には、例えば正極活物質の含有するリチウムの30%、もしくは70%を引き抜いた際に、該正極活物質を構成する結晶相が2相もしくはそれ以上となる場合がある。   However, according to the study of the inventors of the present invention, when lithium is electrochemically extracted from the positive electrode active material, the crystal phase constituting the positive electrode active material may be two or more phases. Specifically, for example, when 30% or 70% of lithium contained in the positive electrode active material is extracted, the crystal phase constituting the positive electrode active material may be two or more phases.

ところが、例えば正極活物質から電気化学的にリチウムを引き抜いた際、該正極活物質を構成する相が、結晶構造が立方晶である2つの相であり、その2相間でのd値の差の割合が所定値以下であれば、該正極活物質を用いた二次電池における正極抵抗を十分に抑制できることを見出した。これは、正極活物質から電気化学的にリチウムを引き抜いた際、該正極活物質が立方晶の2つの相で構成され、該2相間でのd値の差の割合が所定値以下の場合も、該正極活物質を構成する結晶相の結晶構造内ではリチウムに占有されているリチウムサイトが略均一に分布し、かつ近接して存在するからと考えられる。このため、例えば二次電池で放電を行う際には再度リチウムがリチウムサイトに充填されることになるが、係る場合にも、リチウムが正極活物質内で拡散し易くなり、正極抵抗を抑制できる。   However, for example, when lithium is electrochemically extracted from the positive electrode active material, the phases constituting the positive electrode active material are two phases whose crystal structure is cubic, and the difference in d value between the two phases It has been found that when the ratio is not more than a predetermined value, the positive electrode resistance in the secondary battery using the positive electrode active material can be sufficiently suppressed. This is because, when lithium is electrochemically extracted from the positive electrode active material, the positive electrode active material is composed of two cubic phases, and the ratio of the difference in d value between the two phases is less than a predetermined value. This is probably because the lithium sites occupied by lithium are distributed almost uniformly in the crystal structure of the crystal phase constituting the positive electrode active material and are close to each other. For this reason, for example, when discharging is performed in a secondary battery, lithium is charged again into the lithium site. In such a case, lithium is easily diffused in the positive electrode active material, and the positive electrode resistance can be suppressed. .

以上の理由から、本実施形態の正極活物質は、該正極活物質から、電気化学的に、含有するリチウムの30%を引き抜いた際に、該正極活物質は1相または2相の立方晶の相により構成することができる。そして、リチウムを30%引き抜いた際の正極活物質が2相の立方晶の場合には、d値が大きい方の相のd値をd1、他方の相のd値をd2とした場合に既述の式(1)を満たすことが好ましい。   For the above reasons, when the positive electrode active material of the present embodiment is electrochemically extracted from the positive electrode active material by 30% of lithium contained therein, the positive electrode active material is a one-phase or two-phase cubic crystal. It can be comprised by the phase of this. When the positive electrode active material when 30% of lithium is extracted is a two-phase cubic crystal, the d value of the phase having the larger d value is d1, and the d value of the other phase is d2. It is preferable to satisfy the formula (1) described above.

また、本実施形態の正極活物質は、該正極活物質から、電気化学的に、含有するリチウムの70%を引き抜いた際に、該正極活物質は1相または2相の立方晶の相により構成することができる。そして、リチウムを70%引き抜いた際の正極活物質が2相の立方晶の相により構成される場合には、d値が大きい方の相のd値をd3、他方の相のd値をd4とした場合に既述の式(2)を満たすことが好ましい。   In addition, the positive electrode active material according to the present embodiment has a one-phase or two-phase cubic phase when electrochemically extracting 70% of the lithium contained from the positive electrode active material. Can be configured. When the positive electrode active material when 70% of lithium is extracted is composed of a two-phase cubic phase, the d value of the phase having the larger d value is d3, and the d value of the other phase is d4. In this case, it is preferable to satisfy the above-described formula (2).

なお、正極活物質からリチウムを30%、もしくは70%引き抜いた正極活物質は、それぞれ例えば該正極活物質を用いた正極を備えた二次電池を作製し、完全に充電した場合の30%まで、もしくは70%まで充電した際の正極活物質を意味する。   The positive electrode active material in which 30% or 70% of lithium is extracted from the positive electrode active material is, for example, up to 30% when a secondary battery including a positive electrode using the positive electrode active material is prepared and fully charged, for example. Or a positive electrode active material when charged to 70%.

電気化学的に、含有するリチウムの30%、または70%を引き抜いた正極活物質のd値を評価する方法として以下の方法が挙げられる。   The following methods can be mentioned as methods for electrochemically evaluating the d value of the positive electrode active material from which 30% or 70% of the lithium contained is extracted.

例えば評価の対象となる正極活物質を用いて、正極に含まれる正極活物質をその場観察することができる構造の二次電池を作製する。そして、該二次電池の正極に含まれる正極活物質のXRD(X−Ray Diffraction)パターンが得られるように、該二次電池を粉末X線回折装置にセットし、完全充電の30%、もしくは70%まで充電した後、XRDパターンを測定する。そして、得られたXRDパターンからd値を算出することができる。   For example, a secondary battery having a structure in which a positive electrode active material contained in a positive electrode can be observed in situ using a positive electrode active material to be evaluated is manufactured. Then, the secondary battery is set in a powder X-ray diffractometer so that an XRD (X-Ray Diffraction) pattern of the positive electrode active material contained in the positive electrode of the secondary battery is obtained, or 30% of the full charge, or After charging to 70%, the XRD pattern is measured. Then, the d value can be calculated from the obtained XRD pattern.

また、例えば評価の対象となる正極活物質を用いて、二次電池を作製する。そして、該二次電池について、完全充電の30%、もしくは70%まで充電した後、二次電池を分解して、正極に含まれている正極材料を取り出し、粉末X線回折装置によりXRDパターンを測定する。そして、得られたXRDパターンからd値を算出することができる。   For example, a secondary battery is produced using the positive electrode active material used as evaluation object. Then, after charging the secondary battery to 30% or 70% of full charge, the secondary battery is disassembled, the positive electrode material contained in the positive electrode is taken out, and an XRD pattern is obtained by a powder X-ray diffractometer. taking measurement. Then, the d value can be calculated from the obtained XRD pattern.

上記いずれの方法、もしくはその他の方法の場合であっても、本実施形態の正極活物質について、リチウムを30%、もしくは70%引き抜いた場合のXRDパターンからd値を算出する際、用いる面、すなわち用いるピークは特に限定されない。ただし、(311)面のピークが判別しやすいため、(311)面と帰属(同定)されるピークを用いることが好ましい。すなわち(311)面と帰属(同定)されるピークを用いてd値を算出することが好ましい。   Even in the case of any of the above methods or other methods, the surface used when calculating the d value from the XRD pattern when lithium is extracted by 30% or 70% for the positive electrode active material of the present embodiment, That is, the peak used is not particularly limited. However, since the peak of the (311) plane is easy to discriminate, it is preferable to use the peak attributed (identified) to the (311) plane. That is, it is preferable to calculate the d value by using the (311) plane and the attributed (identified) peak.

粉末X線回折装置により、XRDパターンを測定する場合、バックグラウンドを低減するために、線源にはフィルターを配置し、Kα1のみに単色化したX線を光源に用いることが好ましい。
(比表面積)
本実施形態の正極活物質は、比表面積が0.30m/g以上1.50m/g以下の粉末とすることが好ましい。特に本実施形態の正極活物質は、比表面積が0.50m/g以上1.50m/g以下の粉末であることがより好ましい。
When measuring an XRD pattern with a powder X-ray diffractometer, in order to reduce the background, it is preferable to arrange a filter in the radiation source and use X-rays monochromatized only in Kα1 as the light source.
(Specific surface area)
Positive electrode active material of the present embodiment has a specific surface area preferably has the following powder 0.30 m 2 / g or more 1.50 m 2 / g. In particular, the positive electrode active material of the present embodiment is more preferably a powder having a specific surface area of 0.50 m 2 / g or more and 1.50 m 2 / g or less.

なお、粉末(粒子)の比表面積は窒素吸着を利用したBET法で計測、評価を行うことができる。   The specific surface area of the powder (particles) can be measured and evaluated by the BET method using nitrogen adsorption.

二次電池の充放電中に正極活物質に起こるリチウムイオンの脱離/挿入は、正極活物質の表面で起こる。このため、本実施形態の正極活物質について、比表面積が0.30m/g以上の粉末とすることで、特に正極抵抗を抑制できるため好ましい。また、本実施形態の正極活物質を、比表面積が1.50m/g以下の粉末とすることで、正極活物質と電解液の界面で起こる副反応で分解した電解液が堆積することを抑制し、繰り返し充放電を行った場合でも、正極抵抗の増加を抑制できる。
(粒子構造)
本実施形態の正極活物質はSEM(走査型電子顕微鏡)やTEM(透過型電子顕微鏡)などの電子顕微鏡で観察した場合に、一次粒子が多数凝集した二次粒子と、単独の一次粒子とから選択された1種以上を含むことが好ましい。
Lithium ion desorption / insertion that occurs in the positive electrode active material during charge / discharge of the secondary battery occurs on the surface of the positive electrode active material. For this reason, about the positive electrode active material of this embodiment, since a positive electrode resistance can be suppressed especially by setting it as a powder whose specific surface area is 0.30 m < 2 > / g or more, it is preferable. In addition, by making the positive electrode active material of the present embodiment a powder having a specific surface area of 1.50 m 2 / g or less, the electrolytic solution decomposed by a side reaction occurring at the interface between the positive electrode active material and the electrolytic solution is deposited. Even when the charging is performed repeatedly, the increase in the positive electrode resistance can be suppressed.
(Particle structure)
The positive electrode active material of the present embodiment includes secondary particles in which a large number of primary particles are aggregated and single primary particles when observed with an electron microscope such as SEM (scanning electron microscope) or TEM (transmission electron microscope). It is preferable to include at least one selected.

上述の一次粒子が多数凝集した二次粒子は、粒径が0.1μm以上2.0μm以下の一次粒子が多数凝集して形成された、粒径が3.0μm以上5.0μm以下の二次粒子であることが好ましい。なお、該二次粒子は、例えば1以上の一次粒子により囲まれた空間、空隙を有していても良い。   The secondary particles in which a large number of primary particles are agglomerated are secondary particles having a particle size of 3.0 μm or more and 5.0 μm or less formed by agglomeration of many primary particles of 0.1 μm or more and 2.0 μm or less Particles are preferred. In addition, this secondary particle may have the space enclosed by one or more primary particles, for example, and a space | gap.

また、単独で存在する一次粒子は、1.0μm以上7.0μm以下の粒径を有することが好ましい。
(体積平均粒径)
本実施形態の正極活物質は、レーザー光回折散乱式の粒度分布計で計測した場合、体積平均粒径が2μm以上8μm以下の粉末とすることが好ましい。本実施形態の正極活物質は、特に体積平均粒径が3μm以上8μm以下であることがより好ましく、3μm以上6μm以下であることがさらに好ましい。
Moreover, it is preferable that the primary particle which exists independently has a particle size of 1.0 micrometer or more and 7.0 micrometers or less.
(Volume average particle size)
The positive electrode active material of the present embodiment is preferably a powder having a volume average particle size of 2 μm or more and 8 μm or less when measured with a laser light diffraction / scattering particle size distribution meter. In particular, the positive electrode active material of the present embodiment preferably has a volume average particle size of 3 μm or more and 8 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 6 μm or less.

本実施形態の正極活物質の体積平均粒径が上述の範囲にある場合、該正極活物質を正極に用いた二次電池では、容積あたりの電池容量を大きくすることができるとともに、安全性や、出力特性等の優れた電池とすることができ、好ましいからである。   When the volume average particle size of the positive electrode active material of the present embodiment is in the above range, the secondary battery using the positive electrode active material for the positive electrode can increase the battery capacity per volume, This is because a battery having excellent output characteristics can be obtained.

以上に説明した本実施形態の正極活物質は、既述の組成を有し、電気化学的にリチウムを引き抜いた場合の結晶相について所定の要件を充足している。このため、本実施形態の正極活物質を二次電池とした場合に、正極抵抗を抑制し、出力電圧を高めることができる。
[非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法]
本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法の一構成例について説明する。なお、本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法により、既述の正極活物質を製造することができる。このため、正極活物質に関連して既に説明した事項の一部は説明を省略する。
The positive electrode active material of the present embodiment described above has the above-described composition and satisfies predetermined requirements for the crystal phase when lithium is electrochemically extracted. For this reason, when the positive electrode active material of this embodiment is a secondary battery, the positive electrode resistance can be suppressed and the output voltage can be increased.
[Method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery]
One structural example of the manufacturing method of the positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this embodiment is demonstrated. In addition, the above-mentioned positive electrode active material can be manufactured with the manufacturing method of the positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries of this embodiment. For this reason, description of some of the matters already described in relation to the positive electrode active material is omitted.

本実施形態の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法(以下、単に「正極活物質の製造方法」とも記載する)は特に限定されるものではなく、既述の正極活物質を製造できる方法であれば各種製造方法を用いることができる。   The method for producing a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment (hereinafter also simply referred to as “method for producing a positive electrode active material”) is not particularly limited, and the positive electrode active material described above is produced. Various production methods can be used as long as they are possible.

本実施形態の正極活物質の製造方法は、例えば以下の工程を有することができる。   The manufacturing method of the positive electrode active material of this embodiment can have the following processes, for example.

各元素の物質量比(モル比)が、「Mn:Ni:M=(2−x−y):x:y」となるように、水溶性の原料を用いてマンガン、ニッケル、及び場合によってはさらに元素Mを含有する混合水溶液を作製し、アルカリ金属水溶液等を含む初期水溶液と共に反応槽で反応させて、正極活物質前駆体(マンガンニッケル複合水酸化物)を得る前駆体晶析工程。
前駆体晶析工程で得た正極活物質前駆体と、リチウム化合物とを混合し、酸化雰囲気下において、800℃以上1000℃以下の温度で焼成し、リチウムマンガンニッケル複合酸化物を得るリチウムマンガンニッケル複合酸化物生成工程。
Manganese, nickel, and in some cases using water-soluble raw materials so that the substance amount ratio (molar ratio) of each element is “Mn: Ni: M = (2-xy): x: y”. Is a precursor crystallization step in which a mixed aqueous solution further containing element M is prepared and reacted in a reaction vessel with an initial aqueous solution containing an alkali metal aqueous solution or the like to obtain a positive electrode active material precursor (manganese nickel composite hydroxide).
Lithium manganese nickel obtained by mixing a positive electrode active material precursor obtained in the precursor crystallization step and a lithium compound and firing at a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere to obtain a lithium manganese nickel composite oxide Complex oxide production process.

以下に、各工程について説明する。
(前駆体晶析工程)
はじめに、マンガンを含有する金属化合物等、複数の金属化合物を所定の割合で水に溶解させ、混合水溶液を作製する。具体的には例えば、マンガンを含有する金属化合物、ニッケルを含有する金属化合物、及び場合によってはさらに元素Mを含有する金属化合物を水に溶解させ、混合水溶液を作製することができる。この時の各金属の組成比が最終的に得られる正極活物質中のリチウムを除く各金属の組成比と同じになるように混合水溶液を作製することが好ましい。そのため、混合水溶液中における各金属の組成比が、本実施形態の正極活物質中におけるリチウムを除く各金属の組成比と同じ組成比となるように、水に溶解させる金属化合物の割合を調整して、混合水溶液を作製することが好ましい。具体的には各元素の物質量比がMn:Ni:M=(2−x−y):x:yとなるように作製することができる。なお、x、yは既述の正極活物質の場合と同様の範囲であることが好ましく、例えば0.40≦x≦0.60、0≦y≦0.20を満たすことが好ましい。
Below, each process is demonstrated.
(Precursor crystallization process)
First, a plurality of metal compounds such as a metal compound containing manganese are dissolved in water at a predetermined ratio to prepare a mixed aqueous solution. Specifically, for example, a metal compound containing manganese, a metal compound containing nickel, and optionally a metal compound further containing element M can be dissolved in water to prepare a mixed aqueous solution. It is preferable to prepare the mixed aqueous solution so that the composition ratio of each metal at this time is the same as the composition ratio of each metal excluding lithium in the finally obtained positive electrode active material. Therefore, the ratio of the metal compound dissolved in water is adjusted so that the composition ratio of each metal in the mixed aqueous solution is the same as the composition ratio of each metal excluding lithium in the positive electrode active material of the present embodiment. It is preferable to prepare a mixed aqueous solution. Specifically, it can be produced such that the substance amount ratio of each element is Mn: Ni: M = (2-xy): x: y. In addition, it is preferable that x and y are the same range as the case of the positive electrode active material as stated above, for example, it is preferable to satisfy | fill 0.40 <= x <= 0.60 and 0 <= y <= 0.20.

用いる金属化合物は水溶性であればよく特に限定されないが、コストの観点から硫酸塩が好ましい。なお元素Mなどで水溶性の好適な原料が見出されない場合には、混合水溶液には加えなくても良い。   The metal compound used is not particularly limited as long as it is water-soluble, but sulfate is preferable from the viewpoint of cost. In addition, when the water-soluble suitable raw material is not found by element M etc., it is not necessary to add to mixed aqueous solution.

次に、反応槽に水を入れ、該水にアルカリ金属水溶液、例えば水酸化ナトリウム水溶液と、アンモニア供給体、例えばアンモニア水とを適量加えて初期水溶液を調製する。   Next, water is put into the reaction vessel, and an initial aqueous solution is prepared by adding an appropriate amount of an aqueous alkali metal solution such as an aqueous sodium hydroxide solution and an ammonia supplier such as aqueous ammonia to the water.

この際、初期水溶液について、pH値が液温25℃基準で11.2以上12.2以下、アンモニア濃度が2g/L以上15g/L以下となるように調製することが好ましい。   At this time, the initial aqueous solution is preferably prepared so that the pH value is 11.2 to 12.2 and the ammonia concentration is 2 g / L to 15 g / L on the basis of the liquid temperature of 25 ° C.

これは、初期水溶液のpH値を11.2以上とすることで、得られる正極活物質前駆体中への、原料の金属化合物を構成するアニオンに起因する不純物の混入を抑制できるからである。そして、初期水溶液のpH値を12.2以下とすることで、得られる正極活物質前駆体が微粒子化することを確実に防ぐことができる。   This is because, by setting the pH value of the initial aqueous solution to 11.2 or more, it is possible to suppress contamination of impurities due to anions constituting the raw metal compound into the obtained positive electrode active material precursor. And the pH value of initial stage aqueous solution shall be 12.2 or less, and it can prevent reliably that the positive electrode active material precursor obtained becomes microparticles | fine-particles.

また、初期水溶液のアンモニア濃度を2g/L以上とすることで、得られる正極活物質前駆体の球形性を特に高めることができ、好ましい。一方、初期水溶液のアンモニア濃度を15g/L以下とすることで、アンモニア錯体を形成するニッケルの溶解度が過度に上がることを抑制し、目的とする組成の正極活物質前駆体を得ることができるため、好ましい。   In addition, it is preferable that the ammonia concentration of the initial aqueous solution be 2 g / L or more because the sphericity of the obtained positive electrode active material precursor can be particularly improved. On the other hand, by setting the ammonia concentration of the initial aqueous solution to 15 g / L or less, it is possible to suppress an excessive increase in the solubility of nickel forming the ammonia complex and obtain a positive electrode active material precursor having a desired composition. ,preferable.

反応槽内の雰囲気は非酸化性雰囲気(酸素濃度:1容量%以下)にすることが好ましい。反応槽内の雰囲気を非酸化性雰囲気、特に酸素濃度を1容量%以下とすることで、マンガンが酸化することを抑制し、例えば酸化マンガンが微粒子として析出することを抑制でき、好ましい。具体的には例えば窒素雰囲気等の不活性雰囲気とすることが好ましい。   The atmosphere in the reaction vessel is preferably a non-oxidizing atmosphere (oxygen concentration: 1 vol% or less). By setting the atmosphere in the reaction vessel to a non-oxidizing atmosphere, particularly an oxygen concentration of 1% by volume or less, it is possible to suppress oxidation of manganese, for example, it is possible to suppress precipitation of manganese oxide as fine particles, which is preferable. Specifically, for example, an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere is preferable.

反応槽の温度は40℃以上60℃以下とすることが好ましく、40℃以上55℃以下とすることがより好ましい。   The temperature of the reaction vessel is preferably 40 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and more preferably 40 ° C. or higher and 55 ° C. or lower.

反応槽は反応熱や撹拌のエネルギーにより、自然に温度が上がるため、設定温度を40℃以上とすることで、冷却に余分なエネルギーを消費することが無いため好ましい。ただし、60℃を超えるとアンモニアの蒸発量が多くなり、目標のアンモニア濃度を維持しにくくなるので、既述のように60℃以下に設定することが好ましい。   Since the temperature of the reaction vessel naturally rises due to reaction heat and stirring energy, it is preferable to set the set temperature to 40 ° C. or higher because excessive energy is not consumed for cooling. However, if the temperature exceeds 60 ° C., the amount of ammonia evaporated increases and it becomes difficult to maintain the target ammonia concentration. Therefore, it is preferable to set the temperature to 60 ° C. or lower as described above.

なお、前駆体晶析工程の間、反応槽内の温度は上記範囲にあることが好ましい。また、初期水溶液や、以下の反応水溶液についても同じ温度範囲内に維持することが好ましい。   In addition, it is preferable that the temperature in a reaction tank exists in the said range during a precursor crystallization process. Moreover, it is preferable to maintain the initial aqueous solution and the following reaction aqueous solution within the same temperature range.

初期水溶液の調製、及び反応槽内の条件を設定した後、混合水溶液を反応槽に一定速度で滴下し、反応水溶液とすることができる。   After preparing the initial aqueous solution and setting the conditions in the reaction vessel, the mixed aqueous solution can be dropped into the reaction vessel at a constant rate to obtain a reaction aqueous solution.

この際、混合水溶液の滴下にあわせて、アンモニア供給体、例えばアンモニア水、およびアルカリ金属水溶液、例えば水酸化ナトリウム水溶液も一定速度で滴下し、反応水溶液のpH値が液温25℃基準で11.2以上12.2以下に、反応水溶液のアンモニア濃度が2g/L以上15g/L以下に維持されるように制御することが好ましい。   At this time, in accordance with the dropping of the mixed aqueous solution, an ammonia supplier, for example, aqueous ammonia, and an aqueous alkali metal solution, such as an aqueous sodium hydroxide solution, are also dropped at a constant rate, and the pH value of the aqueous reaction solution is 11. It is preferable to control so that the ammonia concentration of the reaction aqueous solution is maintained at 2 g / L or more and 15 g / L or less at 2 or more and 12.2 or less.

以上のようにして、正極活物質前駆体(マンガンニッケル複合水酸化物粒子)を晶析させることができる。   As described above, the positive electrode active material precursor (manganese nickel composite hydroxide particles) can be crystallized.

その後、反応槽に設けられたオーバーフローより回収された正極活物質前駆体粒子を含むスラリーをろ過し、乾燥することで、粉末状の正極活物質前駆体粒子、すなわちマンガンニッケル複合水酸化物粒子が得られる。
(リチウムマンガンニッケル複合酸化物生成工程)
リチウムマンガンニッケル複合酸化物生成工程では以下のリチウム混合物調製ステップ、及び焼成ステップを実施できる。
Thereafter, the slurry containing the positive electrode active material precursor particles recovered from the overflow provided in the reaction vessel is filtered and dried, whereby powdered positive electrode active material precursor particles, that is, manganese nickel composite hydroxide particles are obtained. can get.
(Lithium manganese nickel composite oxide production process)
In the lithium manganese nickel composite oxide production step, the following lithium mixture preparation step and firing step can be performed.

まず、前駆体晶析工程で得られた正極活物質前駆体に、該正極活物質前駆体に含まれる金属の原子数の総和に対して、リチウムの含有量が46原子%以上62.5原子%以下となるようにリチウム化合物を加えて混合することにより、リチウム混合物を調製するリチウム混合物調製ステップを実施できる。   First, the positive electrode active material precursor obtained in the precursor crystallization step has a lithium content of 46 atom% or more and 62.5 atoms with respect to the total number of metal atoms contained in the positive electrode active material precursor. The lithium mixture preparation step of preparing the lithium mixture can be carried out by adding and mixing the lithium compound so that the amount is less than or equal to%.

この際、加えるリチウム化合物としては、特に限定されないが、例えば水酸化リチウム、硝酸リチウム、及び炭酸リチウムから選択された1種以上を用いることができる。なお、リチウム化合物は、上記リチウム化合物群から選択された2種以上の混合物を用いることもできる。特に、リチウム化合物としては、大気雰囲気下で安定な炭酸リチウムを用いることが好ましい。   In this case, the lithium compound to be added is not particularly limited, but for example, one or more selected from lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium carbonate can be used. In addition, the lithium compound can also use 2 or more types of mixtures selected from the said lithium compound group. In particular, as the lithium compound, it is preferable to use lithium carbonate that is stable in an air atmosphere.

リチウム混合物を調製する際、例えば前駆体晶析工程で、元素Mなどについて水溶性の好適な原料を見出せなかった場合には、元素Mを含む化合物を、目的とした組成比と同じになるように正極活物質前駆体や、リチウム化合物に加えて混合してもよい。加える元素Mを含む化合物としては特に限定されず、例えば、酸化物、水酸化物、炭酸化物、もしくはその混合物等を用いることができる。   When preparing a lithium mixture, for example, in the precursor crystallization process, if a suitable water-soluble raw material for the element M or the like cannot be found, the compound containing the element M has the same composition ratio as that of interest. In addition to the positive electrode active material precursor and the lithium compound, they may be mixed. It does not specifically limit as a compound containing the element M to add, For example, an oxide, a hydroxide, a carbonate, or its mixture etc. can be used.

次に得られたリチウム混合物を、酸素含有雰囲気中で焼成する焼成ステップを実施することができる。   Next, a baking step of baking the obtained lithium mixture in an oxygen-containing atmosphere can be performed.

この際の焼成条件は特に限定されないが、例えば800℃以上1000℃以下の温度で、5時間以上36時間以下焼成することが好ましい。そして、焼成温度での焼成終了後、室温まで5℃/min以上10℃/min以下の冷却速度で冷却することが好ましい。   The firing conditions at this time are not particularly limited, but for example, firing is preferably performed at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. for 5 hours to 36 hours. And after completion | finish of baking by baking temperature, it is preferable to cool to room temperature with the cooling rate of 5 to 10 degree-C / min.

これは、焼成温度を800℃以上1000℃以下とすることで、得られる正極活物質の比表面積を特に好適な範囲とすることができ好ましいからである。   This is because the specific surface area of the positive electrode active material to be obtained can be made particularly suitable by setting the firing temperature to 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

また、焼成時間を5時間以上とすることで、焼成容器内の温度を特に均一にすることができ、均一な特性の正極活物質を得られるため好ましい。ただし焼成時間が36時間を超えても36時間以下の場合と大きな変化がないため、エネルギー効率の観点から焼成時間は36時間以下とすることが好ましい。   Further, it is preferable to set the firing time to 5 hours or longer, because the temperature in the firing container can be made particularly uniform, and a positive electrode active material having uniform characteristics can be obtained. However, the firing time is preferably 36 hours or less from the viewpoint of energy efficiency because there is no significant change from the case where the firing time exceeds 36 hours and it is 36 hours or less.

そして、冷却速度を5℃/min以上とすることで、得られた正極活物質を用いた二次電池について充放電を行う際に、正極活物質について相分離が生じることや、その程度を抑制できる。このため、得られた正極活物質について、正極抵抗を抑制し、サイクル特性を高めることができるため好ましい。   And by making a cooling rate into 5 degrees C / min or more, when charging / discharging about the obtained secondary battery using the positive electrode active material, phase separation arises about a positive electrode active material, and the extent is suppressed. it can. For this reason, about the obtained positive electrode active material, since positive electrode resistance can be suppressed and cycling characteristics can be improved, it is preferable.

冷却速度は10℃/minよりも速くても良いが、10℃/minよりも速く冷却を行うことは工業的には困難であることが多いため、冷却速度は10℃/min以下であることが好ましい。   Although the cooling rate may be faster than 10 ° C / min, it is often industrially difficult to perform cooling faster than 10 ° C / min, so the cooling rate should be 10 ° C / min or less. Is preferred.

なお、酸素含有雰囲気とは、酸素を含有する雰囲気であればよく、例えば空気雰囲気や、空気通流下とすることができる。
冷却後、得られたリチウムマンガンニッケル複合酸化物は、そのまま正極活物質として用いることもできる。
The oxygen-containing atmosphere may be an atmosphere containing oxygen, and may be, for example, an air atmosphere or under air flow.
After cooling, the obtained lithium manganese nickel composite oxide can be used as a positive electrode active material as it is.

得られた正極活物質に軽度の焼結が見られる場合には、リチウムニッケルマンガン複合酸化物生成工程後に解砕処理を加えてもよい。   When mild sintering is seen in the obtained positive electrode active material, a crushing treatment may be added after the lithium nickel manganese composite oxide production step.

以上のようにして得られた正極活物質の結晶構造をXRDで測定すると、スピネル型の結晶構造であることが確認できる。
[非水系電解質二次電池]
次に、本実施形態の非水系電解質二次電池の一構成例について説明する。
When the crystal structure of the positive electrode active material obtained as described above is measured by XRD, it can be confirmed that it is a spinel crystal structure.
[Nonaqueous electrolyte secondary battery]
Next, a configuration example of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment will be described.

本実施形態の非水系電解質二次電池は、既述の正極活物質を正極材料として用いた正極を有することができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment can have a positive electrode using the above-described positive electrode active material as a positive electrode material.

まず、本実施形態の非水系電解質二次電池の構造の構成例を説明する。   First, the structural example of the structure of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment is demonstrated.

本実施形態の非水系電解質二次電池は、正極材料に既述の正極活物質を用いたこと以外は、一般的な非水系電解質二次電池と実質的に同様の構造を備えることができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment can have a structure substantially similar to that of a general non-aqueous electrolyte secondary battery except that the positive electrode active material described above is used as the positive electrode material.

具体的には、本実施形態の非水系電解質二次電池は、ケースと、このケース内に収容された正極、負極、非水系電解質およびセパレータを備えた構造を有することができる。   Specifically, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can have a structure including a case and a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a separator housed in the case.

より具体的にいえば、セパレータを介して正極と負極とを積層させて電極体とし、得られた電極体に非水系電解質を含浸させることができる。そして、正極の正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および負極の負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、それぞれ集電用リードなどを用いて接続し、ケースに密閉した構造を有することができる。   More specifically, a positive electrode and a negative electrode can be laminated through a separator to form an electrode body, and the obtained electrode body can be impregnated with a non-aqueous electrolyte. Then, between the positive electrode current collector of the positive electrode and the positive electrode terminal that communicates with the outside, and between the negative electrode current collector of the negative electrode and the negative electrode terminal that communicates with the outside using a current collecting lead, etc., respectively, It can have a sealed structure.

なお、本実施形態の非水系電解質二次電池の構造は、上記例に限定されないのはいうまでもなく、またその外形も筒形や積層形など、種々の形状を採用することができる。   The structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment is not limited to the above example, and various shapes such as a cylindrical shape and a stacked shape can be adopted as the outer shape.

各部材の構成例について以下に説明する。
(正極)
まず正極について説明する。
A configuration example of each member will be described below.
(Positive electrode)
First, the positive electrode will be described.

正極は、シート状の部材であり、例えば、既述の正極活物質を含有する正極合材ペーストを、例えばアルミニウム箔製の集電体の表面に塗布乾燥して形成できる。なお、正極は、使用する電池にあわせて適宜処理される。たとえば、目的とする電池に応じて適当な大きさに形成する裁断処理や、電極密度を高めるためにロールプレスなどによる加圧圧縮処理等を行うこともできる。   The positive electrode is a sheet-like member, and can be formed, for example, by applying and drying a positive electrode mixture paste containing the above-described positive electrode active material on the surface of a current collector made of, for example, aluminum foil. In addition, a positive electrode is suitably processed according to the battery to be used. For example, a cutting process for forming an appropriate size according to a target battery, a pressure compression process using a roll press or the like for increasing the electrode density, and the like can be performed.

上述の正極合材ペーストは、正極合材に、溶剤を添加して混練して形成することができる。そして、正極合材は、粉末状になっている既述の正極活物質と、導電材と、結着剤とを混合して形成できる。   The above-mentioned positive electrode mixture paste can be formed by adding a solvent to the positive electrode mixture and kneading. The positive electrode mixture can be formed by mixing the positive electrode active material described above in a powder form, a conductive material, and a binder.

導電材は、電極に適当な導電性を与えるために添加されるものである。導電材の材料は特に限定されないが、例えば天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛などの黒鉛や、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック系材料を用いることができる。   The conductive material is added to give an appropriate conductivity to the electrode. The material of the conductive material is not particularly limited. For example, graphite such as natural graphite, artificial graphite and expanded graphite, and carbon black materials such as acetylene black and ketjen black can be used.

結着剤は、正極活物質をつなぎ止める役割を果たすものである。係る正極合材に使用される結着剤は特に限定されないが、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸等から選択された1種以上を用いることができる。   The binder plays a role of holding the positive electrode active material. The binder used for such a positive electrode mixture is not particularly limited. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, cellulose resin, polyacrylic. One or more selected from acids and the like can be used.

なお、正極合材には活性炭などを添加することもできる。正極合材に活性炭などを添加することによって、正極の電気二重層容量を増加させることができる。   In addition, activated carbon etc. can also be added to a positive electrode compound material. By adding activated carbon or the like to the positive electrode mixture, the electric double layer capacity of the positive electrode can be increased.

溶剤は、結着剤を溶解して正極活物質、導電材、および活性炭等を結着剤中に分散させる働きを有する。溶剤は特に限定されないが、例えばN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。   The solvent has a function of dissolving the binder and dispersing the positive electrode active material, the conductive material, activated carbon, and the like in the binder. Although the solvent is not particularly limited, for example, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

また、正極合材ペースト中における各物質の混合比は特に限定されるものではなく、例えば一般の非水系電解質二次電池の正極の場合と同様にすることができる。例えば、溶剤を除いた正極合材の固形分を100質量部とした場合、正極活物質の含有量を60質量部以上95質量部以下、導電材の含有量を1質量部以上20質量部以下、結着剤の含有量を1質量部以上20質量部以下とすることができる。
(負極)
負極は、銅などの金属箔集電体の表面に、負極合材ペーストを塗布し、乾燥して形成されたシート状の部材である。
In addition, the mixing ratio of each substance in the positive electrode mixture paste is not particularly limited, and can be the same as that of the positive electrode of a general nonaqueous electrolyte secondary battery, for example. For example, when the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100 parts by mass, the content of the positive electrode active material is 60 parts by mass or more and 95 parts by mass or less, and the content of the conductive material is 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less. The binder content can be 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less.
(Negative electrode)
The negative electrode is a sheet-like member formed by applying a negative electrode mixture paste to the surface of a metal foil current collector such as copper and drying it.

負極は、負極合材ペーストを構成する成分やその配合、集電体の素材等は異なるものの、実質的に上述の正極と同様の方法によって形成され、正極と同様に必要に応じて各種処理が行われる。   The negative electrode is formed by substantially the same method as the positive electrode described above, although the components constituting the negative electrode mixture paste, the composition thereof, and the current collector material are different. Done.

負極合材ペーストは、負極活物質と結着剤とを混合した負極合材に、適当な溶剤を加えてペースト状にすることができる。   The negative electrode mixture paste can be made into a paste by adding an appropriate solvent to the negative electrode mixture obtained by mixing the negative electrode active material and the binder.

負極活物質としては例えば、金属リチウムやリチウム合金などのリチウムを含有する物質や、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる吸蔵物質を採用することができる。   As the negative electrode active material, for example, a material containing lithium, such as metallic lithium or a lithium alloy, or an occlusion material that can occlude and desorb lithium ions can be employed.

吸蔵物質は特に限定されないが、例えば天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物焼成体、およびコークスなどの炭素物質の粉状体等から選択された1種以上を用いることができる。   The occlusion material is not particularly limited, and for example, one or more selected from natural graphite, artificial graphite, a fired organic compound such as phenol resin, and a powdery carbon material such as coke can be used.

係る吸蔵物質を負極活物質に採用した場合には、正極同様に、結着剤として、PVDF等の含フッ素樹脂を用いることができ、負極活物質を結着剤中に分散させる溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
(セパレータ)
セパレータは、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、電解質を保持する機能を有している。
When such an occlusion material is employed as the negative electrode active material, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the binder, as with the positive electrode, and as a solvent for dispersing the negative electrode active material in the binder, An organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.
(Separator)
The separator is disposed so as to be sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and has a function of separating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolyte.

セパレータの材料としては、例えばポリエチレンや、ポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、特に限定されない。
(非水系電解質)
非水系電解質は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものである。
As a material for the separator, for example, a thin film such as polyethylene or polypropylene and a film having a large number of fine holes can be used. However, the separator is not particularly limited as long as it has the above function.
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent.

有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;また、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート;さらに、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタンなどのエーテル化合物;エチルメチルスルホンやブタンスルトンなどの硫黄化合物;リン酸トリエチルやリン酸トリオクチルなどのリン化合物などから選ばれる1種を単独で、あるいは2種以上を混合して用いることができる。   Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate; chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate; Ether compounds such as methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane; sulfur compounds such as ethyl methyl sulfone and butane sultone; phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate alone or in combination of two or more. be able to.

支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO22、およびそれらの複合塩などを用いることができる。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and complex salts thereof can be used.

なお、非水系電解質は、電池特性改善のため、ラジカル捕捉剤、界面活性剤、難燃剤などを含んでいてもよい。   The non-aqueous electrolyte may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, etc. for improving battery characteristics.

本実施形態の非水系電解質二次電池は、既述の正極活物質を正極材料として用いた正極を備えている。このため、優れた電池特性を有する非水系電解質二次電池とすることができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment includes a positive electrode using the above-described positive electrode active material as a positive electrode material. For this reason, it can be set as the non-aqueous electrolyte secondary battery which has the outstanding battery characteristic.

既述の正極活物質を用いた本実施形態の非水系電解質二次電池は、既述のように正極抵抗を抑制し、出力電圧を高くすることができる。このため、高い作動電位を有しながらも、高容量で、出力特性に優れるものである。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment using the above-described positive electrode active material can suppress the positive electrode resistance and increase the output voltage as described above. For this reason, while having a high operating potential, it has a high capacity and excellent output characteristics.

具体的には、本実施形態の正極活物質を正極に用いて、2032型コイン型電池を構成し、電流密度を0.1mA/cmとして、カットオフ電圧5.0Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電した場合に、初期放電容量が125mAh/g以上であることが好ましく、130mAh/g以上であることがより好ましい。また、この2032型コイン型電池の正極抵抗は28Ω以下であることが好ましく、25Ω以下であることがより好ましい。 Specifically, the positive electrode active material of the present embodiment is used as a positive electrode to form a 2032 type coin-type battery, the current density is 0.1 mA / cm 2 , and the battery is charged to a cutoff voltage of 5.0 V for 1 hour. When the battery is discharged to a cut-off voltage of 3.0 V after the suspension, the initial discharge capacity is preferably 125 mAh / g or more, and more preferably 130 mAh / g or more. Further, the positive electrode resistance of the 2032 type coin-type battery is preferably 28Ω or less, and more preferably 25Ω or less.

さらに、本実施形態の正極活物質を正極材料として用い、負極に黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布されたシートを用いて二次電池を構成し、60℃、200サイクル繰り返した場合に、1サイクル目で得られた放電容量で、コンディショニング後200サイクル後の放電容量を割った割合である容量維持率が65%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。上記容量維持率は75%以上であることがさらに好ましい。   Furthermore, when the positive electrode active material of the present embodiment is used as a positive electrode material and a secondary battery is configured using a sheet in which graphite powder and polyvinylidene fluoride are applied to a copper foil as a negative electrode, the cycle is repeated at 60 ° C. for 200 cycles. The capacity retention ratio, which is the ratio of the discharge capacity obtained in the first cycle divided by the discharge capacity after 200 cycles after conditioning, is preferably 65% or more, and more preferably 70% or more. The capacity retention rate is more preferably 75% or more.

本実施形態の非水系電解質二次電池の用途は特に限定されるものではなく、各種電源を要求される用途に用いることができる。ただし、上記特性を有するため、常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に特に好適に用いることができる。また、本実施形態の非水系電解質二次電池は小型化、高出力化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源としても好適に用いることができる。   The application of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, and can be used for applications requiring various power sources. However, since it has the above characteristics, it can be particularly preferably used as a power source for small portable electronic devices (such as notebook personal computers and mobile phone terminals) that always require a high capacity. In addition, since the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can be reduced in size and increased in output, it can be suitably used as a power source for an electric vehicle that is restricted by a mounting space.

なお、本実施形態の非水系電解質二次電池は、純粋に電気エネルギーのみで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用する、いわゆるハイブリッド車用の電源としても用いることもできる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment is not only a power source for an electric vehicle driven purely by electric energy but also a power source for a so-called hybrid vehicle used in combination with a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. Can also be used.

以下、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
以下の手順により正極活物質を作製し、評価を行った。
(正極活物質の作製方法)
まず、正極活物質であるリチウムマンガンニッケル複合酸化物の作製方法、条件について説明する。
(a)前駆体晶析工程
はじめに、反応槽(5L)内に、水を半分の量まで入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。また、反応槽内は、窒素雰囲気(酸素濃度:1容量%以下)とした。前駆体晶析工程が終了するまで、反応槽内は槽内温度が40℃、槽内雰囲気は、酸素濃度が1容量%以下の窒素雰囲気となるように保持しており、以下の初期水溶液や、反応水溶液についても40℃に保持している。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[Example 1]
A positive electrode active material was prepared and evaluated according to the following procedure.
(Method for producing positive electrode active material)
First, a method and conditions for producing a lithium manganese nickel composite oxide that is a positive electrode active material will be described.
(A) Precursor crystallization step First, the temperature in the tank was set to 40 ° C. while stirring the water in a reaction tank (5 L) up to a half amount. Moreover, the inside of the reaction tank was made into nitrogen atmosphere (oxygen concentration: 1 volume% or less). Until the precursor crystallization step is completed, the temperature in the reaction vessel is kept at 40 ° C., and the atmosphere in the vessel is kept to be a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less. The reaction aqueous solution is also kept at 40 ° C.

この反応槽内の水に、25質量%水酸化ナトリウム水溶液と25質量%アンモニア水を加えて、初期水溶液を調製した。初期水溶液は、pH値が液温25℃基準で11.5に、アンモニア濃度が5g/Lとなるように上記水酸化ナトリウム水溶液、及びアンモニア水を添加し、調製した。   A 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 25% by mass ammonia water were added to the water in the reaction vessel to prepare an initial aqueous solution. The initial aqueous solution was prepared by adding the above sodium hydroxide aqueous solution and aqueous ammonia so that the pH value was 11.5 based on the liquid temperature of 25 ° C. and the ammonia concentration was 5 g / L.

また、硫酸マンガン、硫酸ニッケルを、マンガンとニッケルのモル比が、Mn:Ni=1.50:0.50となるように純水に溶解して、2.0mol/Lの混合水溶液を調製した。   Further, manganese sulfate and nickel sulfate were dissolved in pure water so that the molar ratio of manganese to nickel was Mn: Ni = 1.50: 0.50 to prepare a 2.0 mol / L mixed aqueous solution. .

反応槽内に調製した初期水溶液を撹拌しながら、該初期水溶液に上述の混合水溶液を一定速度で滴下し、反応水溶液とした。   While stirring the initial aqueous solution prepared in the reaction vessel, the above-mentioned mixed aqueous solution was dropped into the initial aqueous solution at a constant rate to obtain a reaction aqueous solution.

混合水溶液を滴下する際、あわせて25質量%アンモニア水、及び25質量%水酸化ナトリウム水溶液も一定速度で滴下し、反応水溶液のpH値が、液温25℃基準で11.5に、アンモニア濃度が5g/Lに維持されるように制御した。   When dropping the mixed aqueous solution, 25% by mass ammonia water and 25% by mass sodium hydroxide aqueous solution were also added dropwise at a constant rate, and the pH value of the reaction aqueous solution was adjusted to 11.5 based on the liquid temperature of 25 ° C. Was maintained at 5 g / L.

以上のように初期水溶液に混合水溶液を滴下することで、正極活物質の前駆体となる、マンガンニッケル複合水酸化物粒子(以下、「複合水酸化物粒子」という)を晶析させた。   As described above, the mixed aqueous solution was dropped into the initial aqueous solution to crystallize manganese nickel composite hydroxide particles (hereinafter referred to as “composite hydroxide particles”) serving as a precursor of the positive electrode active material.

その後、反応槽に設けられたオーバーフローより回収された複合水酸化物粒子を含むスラリーをろ過し、得られた晶析物をイオン交換水で洗浄し水溶性の不純物を除去した。洗浄を行った後の晶析物を乾燥することで、粉末状の複合水酸化物粒子を得た。
(b)リチウムマンガンニッケル複合酸化物生成工程
前駆体晶析工程で得られた複合水酸化物粒子に、該複合水酸化物粒子に含まれるマンガン、ニッケルの原子数の総和に対して、リチウムの含有量が50原子%となるように秤量した炭酸リチウムを加え、混合することにより、リチウム混合物を得た(リチウム混合物調製ステップ)。なお、混合する際には、ターブラーシェーカーミキサ(株式会社ダルトン製、T2F)を用いた。
Thereafter, the slurry containing the composite hydroxide particles recovered from the overflow provided in the reaction vessel was filtered, and the resulting crystallized product was washed with ion-exchanged water to remove water-soluble impurities. The crystallized product after washing was dried to obtain powdered composite hydroxide particles.
(B) Lithium Manganese Nickel Composite Oxide Generation Step The composite hydroxide particles obtained in the precursor crystallization step are mixed with the total number of manganese and nickel atoms contained in the composite hydroxide particles. Lithium carbonate weighed so that the content was 50 atomic% was added and mixed to obtain a lithium mixture (lithium mixture preparation step). When mixing, a tumbler shaker mixer (Dalton Co., Ltd., T2F) was used.

雰囲気焼成炉(株式会社シリコニット製、BM−50100M)を用いて、得られたリチウム混合物を、空気流通中、900℃で、12時間焼成した。焼成後、10℃/minで室温まで冷却し、リチウムマンガンニッケル複合酸化物を得た(焼成ステップ)。   The obtained lithium mixture was baked at 900 ° C. for 12 hours in an air flow using an atmosphere baking furnace (manufactured by Siliconit Co., Ltd., BM-50100M). After firing, the mixture was cooled to room temperature at 10 ° C./min to obtain a lithium manganese nickel composite oxide (firing step).

なお、得られたリチウムマンガンニッケル複合酸化物には軽度の焼結が見られたため、ハンマーミル(IKAジャパン株式会社製、MF10)を用いて解砕し、正極活物質を得た。
(正極活物質の評価方法)
上述の手順により得られた正極活物質の粉末について、評価を行った。評価方法について以下に説明する。
(a)組成の評価
得られた正極活物質について、ICP発光分光分析器(VARIAN社製、725ES)を用いて組成の評価を行った。その結果、得られた正極活物質は、Li、Mn、Niのモル比が、Li:Mn:Ni=1.00:1.50:0.50で表されることを確認した。
(b)結晶構造
得られた正極活物質を正極材料として用いて正極を作製し、該正極と、リチウム箔を負極としたラミネートセル型電池を作製し、充放電動作中の結晶構造の変化を評価するため、in−situ XRD(X線回折)測定を行った。in−situ XRD測定においては、X線回折装置(BRUKER社製、D8 DISCOVER)を用い、X線源として単色化されたCuKα1を用い、測定を行う2θ範囲を13度以上45度以下とし、0.01度/秒のスキャン速度で測定を実施した。ラミネートセル型電池の充放電は、0.03Cの充放電速度で行った。得られたXRDパターンから、リチウムマンガンニッケル複合酸化物の結晶構造における(311)面に帰属されるピークを用いて、式(A)で示されるブラッグの法則によりd値を求めた。この(311)面に帰属されるピークのd値について、含有するリチウムの30%を電気化学的に引き抜いた充電深度(SOC)30%における結晶構造が2相である場合は、2相のうちd値が大きい一方の相のd値をd1、d値が小さい他方の相のd値をd2としたときのd値の変化率を式(1)より求めた。さらに、含有するリチウムの70%を電気化学的に引き抜いたSOC70%における結晶構造が2相である場合は、2相のうちd値が大きい方の相のd値をd3、d値が小さい方の相のd値をd4としたときのd値の変化率を式(2)より求めた。
Since the obtained lithium manganese nickel composite oxide was slightly sintered, it was crushed using a hammer mill (MF10, manufactured by IKA Japan Co., Ltd.) to obtain a positive electrode active material.
(Method for evaluating positive electrode active material)
The positive electrode active material powder obtained by the above-described procedure was evaluated. The evaluation method will be described below.
(A) Evaluation of composition About the obtained positive electrode active material, the composition was evaluated using the ICP emission-spectral-analysis apparatus (Varian company make, 725ES). As a result, it was confirmed that the obtained positive electrode active material had a molar ratio of Li, Mn, and Ni represented by Li: Mn: Ni = 1.00: 1.50: 0.50.
(B) Crystal structure A positive electrode is produced using the obtained positive electrode active material as a positive electrode material, a laminate cell type battery using the positive electrode and a lithium foil as a negative electrode is produced, and the crystal structure changes during charge / discharge operation. In order to evaluate, in-situ XRD (X-ray diffraction) measurement was performed. In in-situ XRD measurement, an X-ray diffractometer (manufactured by BRUKER, D8 DISCOVER) is used, and a monochromatic CuKα1 is used as an X-ray source. Measurements were taken at a scan rate of 0.01 degrees / second. The charge / discharge of the laminate cell type battery was performed at a charge / discharge rate of 0.03C. From the obtained XRD pattern, using the peak attributed to the (311) plane in the crystal structure of the lithium manganese nickel composite oxide, the d value was determined by Bragg's law represented by the formula (A). Regarding the d value of the peak attributed to this (311) plane, when the crystal structure at a charge depth (SOC) of 30% obtained by electrochemically extracting 30% of lithium contained is two phases, The change rate of the d value when the d value of one phase having a large d value is d1 and the d value of the other phase having a small d value is d2 was obtained from the equation (1). Further, when the crystal structure in SOC 70% obtained by electrochemically extracting 70% of the lithium contained is two phases, the d value of the phase having the larger d value out of the two phases is d3, and the d value is smaller. The rate of change of the d value when the d value of the phase was d4 was determined from the equation (2).

図2(A)に本実施例において得られた正極活物質についての、充電前(SOC0%)、充電深度30%(SOC30%)、充電深度70%(SOC70%)におけるそれぞれのXRDパターンを示す。   FIG. 2A shows XRD patterns of the positive electrode active material obtained in this example before charging (SOC 0%), at a charging depth of 30% (SOC 30%), and at a charging depth of 70% (SOC 70%). .

充電前のXRDパターンにおいて(311)面に対応するピーク211は1つであり、単一の立方晶の相により構成されていることが確認できる。   In the XRD pattern before charging, there is one peak 211 corresponding to the (311) plane, and it can be confirmed that it is composed of a single cubic phase.

また、充電深度30%(SOC30%)においても(311)面に対応するピーク221は1つであり、単一の立方晶の相により構成されていることが確認できる。なお、単一の相により構成されていることから、SOC30%における2相間でのd値の差の割合の算出は行わなかった。   In addition, even at a charge depth of 30% (SOC 30%), there is one peak 221 corresponding to the (311) plane, and it can be confirmed that it is composed of a single cubic phase. In addition, since it comprised by the single phase, calculation of the ratio of the difference of d value between two phases in SOC30% was not performed.

そして、充電深度70%(SOC70%)において、(311)面に対応するピークは2つに割れ、ピーク231A、及びピーク231Bを生じ、正極活物質が2相の立方晶により構成されていることが確認できた。   Then, at a charging depth of 70% (SOC 70%), the peak corresponding to the (311) plane is broken into two, generating peaks 231A and 231B, and the positive electrode active material is composed of two-phase cubic crystals. Was confirmed.

充電深度70%における2相間でのd値の差の割合を既述の計算式に従い算出した。   The ratio of the difference in d value between the two phases at a charging depth of 70% was calculated according to the above-described calculation formula.

Figure 2018147697
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Figure 2018147697
Figure 2018147697

Figure 2018147697
(c)比表面積、体積平均粒径
得られた正極活物質の粉末の比表面積を、全自動BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、マックソーブ)を用いて測定した。その結果、正極活物質の粉末の比表面積が0.96m/gであることを確認した。
Figure 2018147697
(C) Specific surface area, volume average particle diameter The specific surface area of the obtained positive electrode active material powder was measured using a fully automatic BET specific surface area measuring device (manufactured by Mountec Co., Ltd., Macsorb). As a result, it was confirmed that the specific surface area of the positive electrode active material powder was 0.96 m 2 / g.

また、正極活物質の粉末について、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製、マイクロトラックHRA)を用いて体積基準平均粒径を求めたところ、6.4μmであることを確認した。なお、表1では体積平均粒径(体積基準平均粒径)を単に平均粒径として示している。   Further, when the volume-based average particle diameter of the positive electrode active material powder was determined using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac HRA), it was confirmed to be 6.4 μm. In Table 1, the volume average particle diameter (volume reference average particle diameter) is simply shown as the average particle diameter.

得られた正極活物質の評価の1つとして、調製した正極活物質を用いて、非水系電解質二次電池である、図1に示す2032型コイン型電池10を作製し、評価を行った。以下に非水系電解質二次電池の作製方法について説明する。
(二次電池の作製方法)
コイン型電池10は、ケース11と、このケース11内に収容された電極12とから構成されている。
As one of evaluations of the obtained positive electrode active material, a 2032 type coin-type battery 10 shown in FIG. 1, which is a nonaqueous electrolyte secondary battery, was prepared and evaluated using the prepared positive electrode active material. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery will be described below.
(Production method of secondary battery)
The coin battery 10 includes a case 11 and an electrode 12 accommodated in the case 11.

ケース11は、中空かつ一端が開口された正極缶111と、この正極缶111の開口部に配置される負極缶112とを有しており、負極缶112を正極缶111の開口部に配置すると、負極缶112と正極缶111との間に電極12を収容する空間が形成されるように構成されている。   The case 11 has a positive electrode can 111 that is hollow and open at one end, and a negative electrode can 112 that is disposed in the opening of the positive electrode can 111, and the negative electrode can 112 is disposed in the opening of the positive electrode can 111. A space for accommodating the electrode 12 is formed between the negative electrode can 112 and the positive electrode can 111.

電極12は、正極121、セパレータ122および負極123からなり、この順で並ぶように積層されており、正極121が正極缶111の内面に接触し、負極123が負極缶112の内面に接触するようにケース11に収容されている。   The electrode 12 includes a positive electrode 121, a separator 122, and a negative electrode 123, which are stacked in this order, so that the positive electrode 121 is in contact with the inner surface of the positive electrode can 111 and the negative electrode 123 is in contact with the inner surface of the negative electrode can 112. In the case 11.

なお、ケース11は、ガスケット113を備えており、このガスケット113によって、正極缶111と負極缶112との間が非接触の状態、すなわち電気的に絶縁状態を維持するように相対的な移動を規制し、固定されている。また、ガスケット113は、正極缶111と負極缶112との隙間を密封して、ケース11内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。   The case 11 includes a gasket 113, and the gasket 113 allows relative movement so that the positive electrode can 111 and the negative electrode can 112 are not in contact with each other, that is, electrically maintained. Regulated and fixed. In addition, the gasket 113 has a function of sealing the gap between the positive electrode can 111 and the negative electrode can 112 and blocking the inside and outside of the case 11 in an airtight and liquidtight manner.

このコイン型電池10を、以下のようにして作製した。まず、得られた正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)7.5mgを混合し、直径10mmで10mg程度の重量になるまで薄膜化して、正極121を作製し、これを真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。   This coin-type battery 10 was produced as follows. First, 52.5 mg of the obtained positive electrode active material, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed and thinned to a weight of about 10 mg with a diameter of 10 mm to produce the positive electrode 121. This was dried in a vacuum dryer at 120 ° C. for 12 hours.

この正極121、負極123、セパレータ122および電解液とを用いて、コイン型電池10を、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。   Using the positive electrode 121, the negative electrode 123, the separator 122, and the electrolytic solution, the coin-type battery 10 was produced in a glove box in an Ar atmosphere in which the dew point was controlled at −80 ° C.

負極123には、直径14mmの円盤状に打ち抜かれたリチウム箔、または平均粒径20μm程度の黒鉛粉末と、ポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。なお、後述する初期放電容量、及び正極抵抗は、負極に上述のリチウム箔を用いた電池により評価を行った。また、サイクル特性、具体的には容量維持率は、負極に上述の黒鉛粉末と、ポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた電池により評価を行った。   As the negative electrode 123, a lithium foil punched into a disk shape having a diameter of 14 mm, or a negative electrode sheet in which graphite powder having an average particle diameter of about 20 μm and polyvinylidene fluoride were applied to a copper foil was used. The initial discharge capacity and the positive electrode resistance described later were evaluated by a battery using the above-described lithium foil for the negative electrode. In addition, the cycle characteristics, specifically the capacity retention rate, were evaluated by a battery using the above-described graphite powder and a negative electrode sheet in which polyvinylidene fluoride was applied to a copper foil on the negative electrode.

セパレータ122には、膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。電解液には、1MのLiPFを支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合比が体積基準で3:7混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。 As the separator 122, a polyethylene porous film having a film thickness of 25 μm was used. As the electrolytic solution, a 3: 7 mixed solution (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) based on a volume ratio of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) using 1M LiPF 6 as a supporting electrolyte was used.

[電池評価]
得られたコイン型電池10の性能の評価方法について説明する。
[Battery evaluation]
A method for evaluating the performance of the obtained coin-type battery 10 will be described.

初期放電容量は、負極にリチウム箔を用いたコイン型電池10を作製してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとしてカットオフ電圧5.0Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。 The initial discharge capacity is about 24 hours after the coin-type battery 10 using the lithium foil as the negative electrode is manufactured. After the open circuit voltage OCV (open circuit voltage) is stabilized, the current density with respect to the positive electrode is 0.1 mA / The capacity when the battery was charged to a cutoff voltage of 5.0 V as cm 2 and discharged to a cutoff voltage of 3.0 V after a pause of 1 hour was defined as the initial discharge capacity.

上記正極活物質を用いて形成された正極を有するコイン型電池について、電池評価を行ったところ、初期放電容量は140mAh/gであった。   When a battery evaluation was performed on a coin-type battery having a positive electrode formed using the positive electrode active material, the initial discharge capacity was 140 mAh / g.

正極抵抗は、DC−IR抵抗を測定することにより評価した。   Positive electrode resistance was evaluated by measuring DC-IR resistance.

具体的には、負極にリチウム箔を用いたコイン型電池10を初期放電容量の60%まで充電し、1分間の休止を挟み、電流密度を0.4mA/cmとして10秒間放電した後、再度1分間の休止を挟み、電流密度を0.4mA/cmとして10秒間充電した。この操作を、1.3mA/cm、4.0mA/cmおよび6.6mA/cmの条件で繰り返し、各電流密度における放電開始時の電圧と、放電終了までの電圧の差を測定した。 Specifically, after charging the coin-type battery 10 using lithium foil as the negative electrode to 60% of the initial discharge capacity, sandwiching a pause for 1 minute, discharging at a current density of 0.4 mA / cm 2 for 10 seconds, The battery was charged for 10 seconds with a current density of 0.4 mA / cm 2 again after a 1-minute pause. This operation was repeated under the conditions of 1.3 mA / cm 2 , 4.0 mA / cm 2 and 6.6 mA / cm 2 to measure the difference between the voltage at the start of discharge and the voltage until the end of discharge at each current density. .

次に、電流密度を縦軸に、電圧差を横軸にプロットし、得られた直線関係について、一次線形近似により傾きを求め、この傾きを正極抵抗(DC−IR抵抗)とした。   Next, the current density was plotted on the vertical axis and the voltage difference was plotted on the horizontal axis, and the obtained linear relationship was found to have a slope by first-order linear approximation, and this slope was taken as the positive electrode resistance (DC-IR resistance).

測定結果は23.4Ωであった。   The measurement result was 23.4Ω.

サイクル特性は、200サイクル充放電を行った時の容量維持率を測定することにより評価した。具体的には、負極に黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布されたシートを用いて作製したコイン型電池10を、25℃に保持された恒温槽内で、電流密度0.3mA/cmとして、カットオフ電圧4.9Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.5Vまで放電するサイクルを5サイクル繰り返すコンディショニングを行った後、60℃に保持された恒温槽内で、電流密度2.0mA/cmとして、カットオフ電圧4.9Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.5Vまで放電するサイクルを200サイクル繰り返し、各サイクルの放電容量を測定することにより評価した。 The cycle characteristics were evaluated by measuring the capacity retention rate when 200 cycles of charge / discharge were performed. Specifically, a coin-type battery 10 produced by using a sheet in which graphite powder and polyvinylidene fluoride are coated on a copper foil on a negative electrode, a current density of 0.3 mA / cm in a thermostat kept at 25 ° C. 2 after charging to a cut-off voltage of 4.9 V, conditioning after repeating a cycle of discharging to a cut-off voltage of 3.5 V after a pause of 1 hour, and then in a thermostatic chamber maintained at 60 ° C., Charging to a cut-off voltage of 4.9 V at a current density of 2.0 mA / cm 2 , repeating a cycle of discharging to a cut-off voltage of 3.5 V after a pause of 1 hour, and measuring the discharge capacity of each cycle It was evaluated by.

この結果、実施例1のコイン型電池のコンディショニング後の1サイクル目で得られた放電容量で、コンディショニング後200サイクル後のサイクル目で得られた放電容量を割った割合である容量維持率は75%であった。
[実施例2]
リチウムマンガンニッケル複合酸化物生成工程において、900℃で、12時間焼成した後、室温まで冷却する際の冷却速度を5℃/minとした点以外は実施例1と同様の手順で正極活物質を調製し、評価を行った。
As a result, the capacity retention rate, which is a ratio of the discharge capacity obtained in the first cycle after conditioning of the coin-type battery of Example 1 divided by the discharge capacity obtained in the 200th cycle after conditioning, is 75. %Met.
[Example 2]
In the lithium manganese nickel composite oxide production step, after baking at 900 ° C. for 12 hours, the positive electrode active material was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the cooling rate when cooling to room temperature was 5 ° C./min. Prepared and evaluated.

図2(B)に本実施例において得られた正極活物質についての、充電前(SOC0%)、充電深度30%(SOC30%)、充電深度70%(SOC70%)におけるそれぞれのXRDパターンを示す。   FIG. 2B shows XRD patterns of the positive electrode active material obtained in this example before charging (SOC 0%), at a charging depth of 30% (SOC 30%), and at a charging depth of 70% (SOC 70%). .

充電前(SOC0%)のXRDパターンにおいて(311)面に対応するピーク212は1つであり、単一の相により構成されていることが確認できる。   In the XRD pattern before charging (SOC 0%), there is one peak 212 corresponding to the (311) plane, and it can be confirmed that it is composed of a single phase.

充電深度30%(SOC30%)において、(311)面に対応するピークは2つに割れ、ピーク222A、及びピーク222Bを生じ、正極活物質が2相の立方晶により構成されていることが確認できた。   At a charge depth of 30% (SOC 30%), the peak corresponding to the (311) plane is broken into two, generating a peak 222A and a peak 222B, confirming that the positive electrode active material is composed of two-phase cubic crystals. did it.

充電深度70%(SOC70%)においても、(311)面に対応するピークは2つに割れ、ピーク232A、及びピーク232Bを生じ、正極活物質が2相の立方晶により構成されていることが確認できた。   Even at a charging depth of 70% (SOC 70%), the peak corresponding to the (311) plane is broken into two, generating peaks 232A and 232B, and the positive electrode active material is composed of two-phase cubic crystals. It could be confirmed.

充電深度30%、充電深度70%における2相間でのd値の差の割合を既述の計算式に従い算出した。   The ratio of the difference in d value between the two phases at a charging depth of 30% and a charging depth of 70% was calculated according to the above-described calculation formula.

そして、実施例1と同様に、得られた正極活物質を用いて二次電池を作製し、評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例3〜実施例5]
前駆体晶析工程において、混合水溶液を調製する際に、硫酸マンガン、硫酸ニッケル、と元素Mの硫酸塩とを、マンガンとニッケルと元素Mのモル比が、Mn:Ni:M=1.50:0.45:0.05となるように純水に溶解して、2.0mol/Lの混合水溶液を調製した。そして、係る混合水溶液を用いた点以外は、実施例2と同様にして正極活物質を調製し、評価を行った。また、実施例1と同様に、得られた正極活物質を用いて二次電池を作製し、評価を行った。評価結果を表1に示す。
なお、元素Mとして、実施例3ではコバルト(Co)を、実施例4では鉄(Fe)を、実施例5ではチタン(Ti)をそれぞれ用いた。
[比較例1]
リチウムマンガンニッケル複合酸化物生成工程において、900℃で、12時間焼成した後、室温まで冷却する際の冷却速度を2℃/minとした点以外は実施例1と同様の手順で正極活物質を調製し、評価を行った。
In the same manner as in Example 1, a secondary battery was produced using the obtained positive electrode active material and evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
[Examples 3 to 5]
In preparing the mixed aqueous solution in the precursor crystallization step, manganese sulfate, nickel sulfate, and sulfate of element M are mixed with a molar ratio of manganese, nickel, and element M of Mn: Ni: M = 1.50. : 0.45: 0.05 was dissolved in pure water to prepare a 2.0 mol / L mixed aqueous solution. A positive electrode active material was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the mixed aqueous solution was used. Further, in the same manner as in Example 1, a secondary battery was produced using the obtained positive electrode active material and evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
As element M, cobalt (Co) was used in Example 3, iron (Fe) was used in Example 4, and titanium (Ti) was used in Example 5.
[Comparative Example 1]
In the lithium manganese nickel composite oxide production step, after baking at 900 ° C. for 12 hours, the positive electrode active material was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the cooling rate when cooling to room temperature was 2 ° C./min. Prepared and evaluated.

図2(C)に比較例1において得られた正極活物質についての、充電前(SOC0%)、充電深度30%(SOC30%)、充電深度70%(SOC70%)におけるそれぞれのXRDパターンを示す。   FIG. 2C shows XRD patterns of the positive electrode active material obtained in Comparative Example 1 before charging (SOC 0%), at a charging depth of 30% (SOC 30%), and at a charging depth of 70% (SOC 70%). .

充電前(SOC0%)のXRDパターンにおいて(311)面に対応するピーク213は1つであり、単一の相により構成されていることが確認できる。   In the XRD pattern before charging (SOC 0%), there is one peak 213 corresponding to the (311) plane, and it can be confirmed that it is composed of a single phase.

充電深度30%(SOC30%)において、(311)面に対応するピークは2つに割れ、ピーク223A、及びピーク223Bを生じ、正極活物質が2相の立方晶により構成されていることが確認できた。   At a charge depth of 30% (SOC 30%), the peak corresponding to the (311) plane is broken into two, generating peaks 223A and 223B, confirming that the positive electrode active material is composed of two-phase cubic crystals. did it.

充電深度70%(SOC70%)においても、(311)面に対応するピークは2つに割れ、ピーク233A、及びピーク233Bを生じ、正極活物質が2相の立方晶により構成されていることが確認できた。   Even at a charge depth of 70% (SOC 70%), the peak corresponding to the (311) plane is broken into two, generating peaks 233A and 233B, and the positive electrode active material is composed of two-phase cubic crystals. It could be confirmed.

充電深度30%、充電深度70%における2相間でのd値の差の割合を既述の計算式に従い算出した。   The ratio of the difference in d value between the two phases at a charging depth of 30% and a charging depth of 70% was calculated according to the above-described calculation formula.

また、実施例1と同様に、得られた正極活物質を用いて二次電池を作製し、評価を行った。評価結果を表1に示す。   Further, in the same manner as in Example 1, a secondary battery was produced using the obtained positive electrode active material and evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2018147697
表1に示した結果によると、実施例1〜5については、電気化学的に、含有するリチウムの30%または70%を引き抜いた際に1相、または2相の立方晶の相で構成され、2相の立方晶の相で構成される場合に、2相間でのd値の差の割合が所定の範囲内にあることを確認できた。
Figure 2018147697
According to the results shown in Table 1, Examples 1 to 5 are electrochemically composed of one or two cubic phases when 30% or 70% of the contained lithium is extracted. In the case of being composed of two-phase cubic phases, it was confirmed that the ratio of the difference in d value between the two phases was within a predetermined range.

一方比較例1では、SOC30%での2相間でのd値の差の割合が0.90%、SOC70%での2相間でのd値の差の割合が1.01%と、実施例1〜5に比較して大きくなることが確認できた。   On the other hand, in Comparative Example 1, the ratio of the difference in d value between two phases at SOC 30% was 0.90%, and the ratio of the difference in d value between two phases at SOC 70% was 1.01%. It was confirmed that it was larger than ˜5.

そして、実施例1〜5については、比較例1と比較して、大幅に正極抵抗を抑制できていることを確認できた。   And about Examples 1-5, compared with the comparative example 1, it has confirmed that positive electrode resistance could be suppressed significantly.

Claims (3)

リチウム(Li)と、マンガン(Mn)と、ニッケル(Ni)と、元素M(M)とを、物質量比が、Li:Mn:Ni:M=t:2−x−y:x:y(ただし、0.96≦t≦1.25、0.40≦x≦0.60、0≦y≦0.20)となるように含むスピネル型酸化物であり、
前記元素Mが、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、及び亜鉛(Zn)の群から選択される少なくとも1種の元素であり、
電気化学的に、含有するリチウムの30%を引き抜いた際に1相、または2相の立方晶の相で構成され、2相の立方晶で構成される場合において、d値が大きい方の相のd値をd1、他方の相のd値をd2とした場合に、以下の式(1)を満たし、
(d1−d2)/d1×100≦0.5 ・・・(1)
電気化学的に、含有するリチウムの70%を引き抜いた際に1相、または2相の立方晶の相で構成され、2相の立方晶の相で構成される場合において、d値が大きい方の相のd値をd3、他方の相のd値をd4とした場合に以下の式(2)を満たす非水系電解質二次電池用正極活物質。
(d3−d4)/d3×100≦0.8 ・・・(2)
Lithium (Li), manganese (Mn), nickel (Ni), and element M (M) have a mass ratio of Li: Mn: Ni: M = t: 2-xy: x: y (However, it is a spinel type oxide including 0.96 ≦ t ≦ 1.25, 0.40 ≦ x ≦ 0.60, 0 ≦ y ≦ 0.20)
The element M is magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), and zinc (Zn). At least one element selected from the group of
Electrochemically, it is composed of one or two cubic phases when 30% of the contained lithium is extracted, and the phase having the larger d value when composed of two-phase cubic crystals When the d value of d1 is d1 and the d value of the other phase is d2, the following equation (1) is satisfied:
(D1-d2) /d1×100≦0.5 (1)
When electrochemically composed of one or two cubic phases when 70% of the contained lithium is extracted, the one having a larger d value when composed of two cubic phases A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that satisfies the following formula (2) when the d value of the first phase is d3 and the d value of the other phase is d4.
(D3-d4) /d3×100≦0.8 (2)
体積平均粒径が2μm以上8μm以下の粉末である請求項1に記載の非水系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 positive electrode active material is a powder having a volume average particle diameter of 2 μm or more and 8 μm or less. 比表面積が0.30m/g以上1.50m/g以下の粉末である請求項1または2に記載の非水系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 or 2 having a specific surface area of less powder 0.30 m 2 / g or more 1.50 m 2 / g.
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