JP2019081703A - Lithium-containing composite oxide, positive electrode active material, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウム含有複合酸化物、正極活物質、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium-containing composite oxide, a positive electrode active material, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池の正極に含まれる正極活物質としては、リチウム含有複合酸化物、特にLiCoO2がよく知られている。しかし、近年、携帯型電子機器や車載用のリチウムイオン二次電池には、小型化、軽量化が求められ、正極活物質の単位質量あたりのリチウムイオン二次電池の放電容量(以下、単に放電容量とも記す。)のさらなる向上が要求されている。 As a positive electrode active material contained in the positive electrode of a lithium ion secondary battery, a lithium-containing composite oxide, in particular, LiCoO 2 is well known. However, in recent years, size reduction and weight reduction are required for portable electronic devices and lithium ion secondary batteries for vehicles, and the discharge capacity of lithium ion secondary batteries per unit mass of positive electrode active material (hereinafter simply referred to as discharge) Further improvement of the capacity is also required.
リチウムイオン二次電池の放電容量をさらに大きくできる正極活物質としては、LiおよびMnの含有率が高い正極活物質、いわゆるリチウムリッチ系正極活物質が注目されている。放電容量が大きいリチウムイオン二次電池を得ることができるリチウムリッチ系正極活物質としては、下記のものが提案されている。 As a positive electrode active material capable of further increasing the discharge capacity of a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material having a high content of Li and Mn, that is, a so-called lithium-rich positive electrode active material attracts attention. As a lithium-rich positive electrode active material capable of obtaining a lithium ion secondary battery having a large discharge capacity, the following have been proposed.
(1)少なくとも空間群R−3mに属する結晶系と空間群C2/mに属する結晶系とを有する化合物からなる正極活物質粒子粉末であって、当該化合物は少なくともLiとMnとホウ素とCo及び/又はNiとを含有する複合酸化物であり、正極活物質粒子粉末のCu−Kα線を使用した粉末X線回折図の2θ=20.8±1°における最大回折ピークの強度(a)と2θ=18.6±1°における最大回折ピークの強度(b)との相対強度比(a)/(b)が0.02〜0.5である正極活物質粒子粉末であって、該正極活物質粒子粉末のMn含有量はモル比でMn/(Ni+Co+Mn)が0.55以上であり、ホウ素を0.001〜3wt%含むことを特徴とする正極活物質粒子粉末(特許文献1)。 (1) A positive electrode active material particle powder comprising a compound having a crystal system belonging to at least space group R-3m and a crystal system belonging to space group C2 / m, wherein the compound comprises at least Li, Mn, boron, Co and And / or Ni, and the intensity (a) of the maximum diffraction peak at 2θ = 20.8 ± 1 ° of the powder X-ray diffraction diagram using Cu-Kα rays of the positive electrode active material particle powder A positive electrode active material particle powder, wherein the relative intensity ratio (a) / (b) to the intensity (b) of the maximum diffraction peak at 2θ = 18.6 ± 1 ° is 0.02 to 0.5, and the positive electrode Mn / (Ni + Co + Mn) is 0.55 or more by molar ratio, and, as for Mn content of active material particle powder, 0.001 to 3 wt% of boron is included, The positive electrode active material particle powder (patent document 1).
(2)少なくとも空間群R−3mに属する結晶系と空間群C2/mに属する結晶系とを有する化合物からなる正極活物質粒子粉末であって、当該化合物は少なくともLiとMnと元素A(Si、Zr又はYから選ばれる少なくとも1種の元素)とCo及び/又はNiとを含有する複合酸化物であり、正極活物質粒子粉末のCu−Kα線を使用した粉末X線回折図の2θ=20.8±1°における最大回折ピークの強度(a)と2θ=18.6±1°における最大回折ピークの強度(b)との相対強度比(a)/(b)が0.02〜0.2である正極活物質粒子粉末であり、該正極活物質粒子粉末のMn含有量はモル比(Mn/(Ni+Co+Mn))で0.55以上であって元素Aを0.03〜5wt%含有し、タップ密度が0.8〜2.4g/ccであり、圧縮密度が2.0〜3.1g/ccであることを特徴とする正極活物質粒子粉末(特許文献2)。 (2) A positive electrode active material particle powder comprising a compound having a crystal system belonging to at least space group R-3 m and a crystal system belonging to space group C2 / m, wherein the compound comprises at least Li, Mn and element A (Si , And at least one element selected from Zr and Y) and Co and / or Ni, and 2θ of powder X-ray diffraction diagram using Cu-Kα ray of positive electrode active material particle powder The relative intensity ratio (a) / (b) of the intensity (a) of the maximum diffraction peak at 20.8 ± 1 ° to the intensity (b) of the maximum diffraction peak at 2θ = 18.6 ± 1 ° is 0.02 to The positive electrode active material particle powder is 0.2, and the Mn content of the positive electrode active material particle powder is 0.55 or more in molar ratio (Mn / (Ni + Co + Mn)), and the element A is 0.03 to 5 wt% Containing, tap density 0.8-2.4 g / A c, the positive electrode active material particles compressed density being a 2.0~3.1g / cc (Patent Document 2).
しかし、(1)、(2)のリチウムリッチ系正極活物質であっても、リチウムイオン二次電池の放電容量はいまだ不充分である。リチウムイオン二次電池のさらなる高エネルギー密度化に向けて、放電容量のさらなる向上が求められている。
また、リチウムリッチ系正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池は、充放電サイクルを繰り返すことによって放電電圧が低下するという問題を有する。リチウムイオン二次電池の放電電圧の低下は、エネルギー密度の低下につながるため、充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下を抑えることが求められている。
However, even with the lithium-rich positive electrode active materials of (1) and (2), the discharge capacity of the lithium ion secondary battery is still insufficient. In order to further increase the energy density of lithium ion secondary batteries, further improvement of discharge capacity is required.
In addition, a lithium ion secondary battery using a lithium-rich positive electrode active material has a problem that the discharge voltage is lowered by repeating charge and discharge cycles. Since a decrease in discharge voltage of a lithium ion secondary battery leads to a decrease in energy density, it is required to suppress a decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles.
本発明は、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池を得ることができるリチウム含有複合酸化物、正極活物質およびリチウムイオン二次電池用正極;ならびに、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池の提供を目的とする。 The present invention provides a lithium-containing composite oxide, a positive electrode active material and a lithium ion secondary battery capable of obtaining a lithium ion secondary battery in which the discharge capacity is large and the decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles is suppressed. It is an object of the present invention to provide a lithium ion secondary battery which has a large discharge capacity and which has a reduced discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles.
本発明は、以下の態様を有する。
[1]下式Iで表され、かつLiの価数を1、Coの価数を3、Mnの価数を4、Naの価数を1、Mgの価数を2、Tiの価数を4、Zrの価数を4、Alの価数を3、Wの価数を6、Moの価数を6および酸素(O)の価数を−2としたときに、Niの価数が2.15〜2.45である、リチウム含有複合酸化物。
LiaNibCocMndMeO2 式I
ただし、Mは、Na、Mg、Ti、Zr、Al、WおよびMoからなる群から選ばれる1種以上であり、
a+b+c+d+e=2であり、
1.1≦a/(b+c+d+e)≦1.4 であり、
0.2≦b/(b+c+d+e)≦0.5 であり、
0 ≦c/(b+c+d+e)≦0.25であり、
0.3≦d/(b+c+d+e)≦0.6 であり、
0 ≦e/(b+c+d+e)≦0.1 である。
[2]式Iにおいて0.05≦c/(b+c+d+e)≦0.25である、[1]のリチウム含有複合酸化物。
[3]式IにおけるMが、Ti、ZrおよびAlからなる群から選ばれる1種以上である、[1]または[2]のリチウム含有複合酸化物。
[4]前記[1]〜[3]のいずれかのリチウム含有複合酸化物を含む、正極活物質。
[5]前記リチウム含有複合酸化物の表面に、Zr、Ti、AlおよびFからなる群から選ばれる1種以上を含む化合物からなる被覆物を有する、[4]の正極活物質。
[6]前記正極活物質のD50が、3〜10μmである、[4]または[5]の正極活物質。
[7]前記正極活物質の比表面積が、0.5〜5m2/gである、[4]〜[6]のいずれかの正極活物質。
[8]前記[4]〜[7]のいずれかの正極活物質、導電材およびバインダを含む、リチウムイオン二次電池用正極。
[9]前記[8]のリチウムイオン二次電池用正極、負極および非水電解質を有する、リチウムイオン二次電池。
The present invention has the following aspects.
[1] It is represented by the following formula I, and the valence of Li is 1, the valence of Co is 3, the valence of Mn is 4, the valence of Na is 1, the valence of Mg is 2, the valence of Ti The valence of Ni is 4 when the valence of Zr is 4, the valence of Al is 3, the valence of W is 6, the valence of Mo is 6 and the valence of oxygen (O) is -2. Lithium-containing composite oxide, wherein is 2.15 to 2.45.
Li a Ni b Co c Mn d M e O 2 Formula I
However, M is one or more selected from the group consisting of Na, Mg, Ti, Zr, Al, W and Mo;
a + b + c + d + e = 2,
1.1 ≦ a / (b + c + d + e) ≦ 1.4,
0.2 ≦ b / (b + c + d + e) ≦ 0.5,
0 ≦ c / (b + c + d + e) ≦ 0.25,
0.3 ≦ d / (b + c + d + e) ≦ 0.6,
It is 0 <= e / (b + c + d + e) <= 0.1.
[2] The lithium-containing composite oxide of [1], wherein 0.05 ≦ c / (b + c + d + e) ≦ 0.25 in the formula I.
[3] The lithium-containing composite oxide of [1] or [2], wherein M in the formula I is one or more selected from the group consisting of Ti, Zr and Al.
[4] A positive electrode active material comprising the lithium-containing composite oxide of any one of the above [1] to [3].
[5] The positive electrode active material of [4], which has a coating comprising a compound containing one or more selected from the group consisting of Zr, Ti, Al and F on the surface of the lithium-containing composite oxide.
[6] The D 50 of the positive electrode active material is a 3 to 10 [mu] m, positive electrode active material [4] or [5].
[7] The positive electrode active material according to any one of [4] to [6], wherein the specific surface area of the positive electrode active material is 0.5 to 5 m 2 / g.
[8] A positive electrode for a lithium ion secondary battery, comprising the positive electrode active material according to any one of the above [4] to [7], a conductive material and a binder.
[9] A lithium ion secondary battery having the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the above [8], a negative electrode and a non-aqueous electrolyte.
本発明のリチウム含有複合酸化物によれば、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池を得ることができる。
本発明の正極活物質によれば、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池を得ることができる。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極によれば、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池を得ることができる。
本発明のリチウムイオン二次電池は、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたものである。
According to the lithium-containing composite oxide of the present invention, it is possible to obtain a lithium ion secondary battery which has a large discharge capacity and in which a decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles is suppressed.
According to the positive electrode active material of the present invention, it is possible to obtain a lithium ion secondary battery having a large discharge capacity and in which a decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles is suppressed.
According to the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, it is possible to obtain a lithium ion secondary battery having a large discharge capacity and in which a decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles is suppressed.
The lithium ion secondary battery of the present invention has a large discharge capacity, and the decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles is suppressed.
以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
「Niの価数」は、式I(LiaNibCocMndMeO2)におけるLi、Co、MnおよびM(Na、Mg、Ti、Zr、Al、WおよびMoからなる群から選ばれる1種以上)の各元素の価数を最も安定な酸化数に固定し、かつ酸素(O)の価数を−2に固定して、式Iの電気的中性条件を満たすように算出したNiの価数である。すなわち、Niの価数をxとし、Mの価数をyとすると、
1×a+x×b+3×c+4×d+y×e−2×2=0
x={2×2−(1×a+3×c+4×d+y×e)}/bから算出する。
「D50」は、体積基準で求めた粒度分布の全体積を100%とした累積体積分布曲線において50%となる点の粒子径、すなわち体積基準累積50%径である。
「粒度分布」は、レーザー散乱粒度分布測定装置(たとえば、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置等)で測定した頻度分布および累積体積分布曲線から求められる。測定は、粉末を水媒体中に超音波処理等で充分に分散させて行われる。
「比表面積」は、BET(Brunauer,Emmet,Teller)法によって測定される値である。比表面積の測定では、吸着ガスとして窒素ガスを用いる。
「Li」との表記は、特に言及しない限り当該金属単体ではなく、Li元素であることを示す。Ni、Co、Mn等の他の元素の表記も同様である。
リチウム含有複合酸化物の組成分析は、誘導結合プラズマ分析法(以下、ICPと記す。)によって行う。また、リチウム含有複合酸化物の元素の比率は、初回充電(活性化処理ともいう。)前のリチウム含有複合酸化物における値である。
The following definitions of terms apply throughout the specification and claims.
The “valence number of Ni” is selected from the group consisting of Li, Co, Mn and M (Na, Mg, Ti, Zr, Al, W and Mo in the formula I (Li a Ni b Co c Mn d Me O 2 ) Fix the valence of each element selected (one or more kinds) to the most stable oxidation number, and fix the valence of oxygen (O) to -2, to satisfy the electrical neutrality condition of formula I It is the calculated valence of Ni. That is, assuming that the valence of Ni is x and the valence of M is y,
1 x a + x x b + 3 x c + 4 x d + y x e-2 x 2 = 0
Calculated from x = {2 × 2− (1 × a + 3 × c + 4 × d + y × e)} / b.
“D 50 ” is a particle diameter at a point of 50% in the cumulative volume distribution curve where the total volume of the particle size distribution determined on a volume basis is 100%, that is, the volume based cumulative 50% diameter.
The “particle size distribution” is obtained from the frequency distribution and the cumulative volume distribution curve measured by a laser scattering particle size distribution measuring apparatus (for example, a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus etc.). The measurement is carried out by sufficiently dispersing the powder in an aqueous medium by ultrasonic treatment or the like.
"Specific surface area" is a value measured by the BET (Brunauer, Emmet, Teller) method. In the measurement of the specific surface area, nitrogen gas is used as the adsorption gas.
The notation “Li” indicates that the element is not elemental Li but the element Li unless otherwise noted. The same applies to the other elements such as Ni, Co and Mn.
Composition analysis of the lithium-containing composite oxide is performed by inductively coupled plasma analysis (hereinafter referred to as ICP). Further, the ratio of the elements of the lithium-containing composite oxide is a value in the lithium-containing composite oxide before the first charge (also referred to as activation treatment).
<リチウム含有複合酸化物>
本発明のリチウム含有複合酸化物は、下式Iで表される化合物(以下、複合酸化物(I)とも記す。)である。
LiaNibCocMndMeO2 式I
a、b、c、dおよびeの合量(a+b+c+d+e)は、2である。
Lithium-containing complex oxide
The lithium-containing composite oxide of the present invention is a compound represented by the following formula I (hereinafter also referred to as composite oxide (I)).
Li a Ni b Co c Mn d M e O 2 Formula I
The total amount (a + b + c + d + e) of a, b, c, d and e is 2.
aは、複合酸化物(I)に含まれるLiのモル数である。a/(b+c+d+e)は、1.1〜1.4であり、1.13〜1.37が好ましく、1.15〜1.35がより好ましい。a/(b+c+d+e)が前記範囲内であれば、複合酸化物(I)を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を大きくできる。 a is the number of moles of Li contained in the composite oxide (I). a / (b + c + d + e) is 1.1 to 1.4, preferably 1.13 to 1.37, and more preferably 1.15 to 1.35. If a / (b + c + d + e) is in the above range, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having the complex oxide (I) can be increased.
bは、複合酸化物(I)に含まれるNiのモル数である。b/(b+c+d+e)は、0.2〜0.5であり、0.25〜0.5が好ましく、0.3〜0.47がより好ましい。b/(b+c+d+e)が前記範囲内であれば、複合酸化物(I)を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を大きくでき、かつ放電電圧を高くできる。 b is the number of moles of Ni contained in the composite oxide (I). b / (b + c + d + e) is 0.2 to 0.5, preferably 0.25 to 0.5, and more preferably 0.3 to 0.47. If b / (b + c + d + e) is in the above range, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having the complex oxide (I) can be increased, and the discharge voltage can be increased.
cは、複合酸化物(I)に含まれるCoのモル数である。c/(b+c+d+e)は、0〜0.25であり、0.05〜0.20が好ましい。c/(b+c+d+e)が前記範囲内であれば、複合酸化物(I)を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を大きくでき、かつ放電電圧を高くできる。また、c/(b+c+d+e)が0.05以上であれば、複合酸化物(I)を有するリチウムイオン二次電池の直流抵抗(以下、DCRとも記す。)が低くなり、レート特性が良好となる。 c is the number of moles of Co contained in the complex oxide (I). c / (b + c + d + e) is 0-0.25, and 0.05-0.20 are preferable. If c / (b + c + d + e) is within the above range, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having the complex oxide (I) can be increased, and the discharge voltage can be increased. Moreover, if c / (b + c + d + e) is 0.05 or more, the direct current resistance (hereinafter also referred to as DCR) of the lithium ion secondary battery having the complex oxide (I) becomes low, and the rate characteristic becomes good. .
dは、複合酸化物(I)に含まれるMnのモル数である。d/(b+c+d+e)は、0.3〜0.6であり、0.35〜0.57が好ましく、0.4〜0.55がより好ましい。d/(b+c+d+e)が前記範囲内であれば、複合酸化物(I)を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を大きくでき、かつ放電電圧を高くできる。 d is the number of moles of Mn contained in the composite oxide (I). d / (b + c + d + e) is 0.3 to 0.6, preferably 0.35 to 0.57, and more preferably 0.4 to 0.55. If d / (b + c + d + e) is in the above range, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having the complex oxide (I) can be increased, and the discharge voltage can be increased.
複合酸化物(I)は、必要に応じて他の金属元素Mを含んでいてもよい。他の金属元素Mは、Na、Mg、Ti、Zr、Al、WおよびMoからなる群から選ばれる1種以上である。複合酸化物(I)を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を大きくしやすく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下を抑えやすい点から、他の金属元素Mは、Ti、ZrおよびAlからなる群から選ばれる1種以上が好ましい。
eは、複合酸化物(I)に含まれるMのモル数である。e/(b+c+d+e)は、0〜0.1であり、0〜0.05が好ましく、0〜0.03がより好ましい。
The composite oxide (I) may contain other metal element M, if necessary. The other metal element M is one or more selected from the group consisting of Na, Mg, Ti, Zr, Al, W and Mo. The other metal element M is selected from Ti, Zr, and Ti from the viewpoints of easily increasing the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having the complex oxide (I) and suppressing a decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles. One or more selected from the group consisting of Al is preferable.
e is the number of moles of M contained in the complex oxide (I). e / (b + c + d + e) is 0 to 0.1, preferably 0 to 0.05, and more preferably 0 to 0.03.
複合酸化物(I)は、空間群C2/mの層状岩塩型結晶構造を有するLi(Li1/3Mn2/3)O2(リチウム過剰相)と空間群R−3mの層状岩塩型結晶構造を有するLiMeO2(ただし、Meは、Ni、Co、MnおよびMからなる群から選ばれる1種以上の元素である。)との固溶体である。複合酸化物(I)がこれらの結晶構造を有することは、X線回折測定により確認できる。
典型的には、X線回折測定において、空間群C2/mの(020)面のピークが、2θ=20〜22degに見られる。また、X線回折測定において、空間群R−3mの(003)面のピークが、2θ=18〜20degに見られる。
The complex oxide (I) is a layered rock salt type crystal of Li (Li 1/3 Mn 2/3 ) O 2 (lithium excess phase) having a layered rock salt type crystal structure of a space group C2 / m and a space group R-3 m. It is a solid solution with LiMeO 2 having a structure (wherein Me is one or more elements selected from the group consisting of Ni, Co, Mn and M). It can be confirmed by X-ray diffraction measurement that the complex oxide (I) has these crystal structures.
Typically, in the X-ray diffraction measurement, a peak of the (020) plane of the space group C2 / m is observed at 2θ = 20 to 22 deg. Further, in the X-ray diffraction measurement, a peak of the (003) plane of the space group R-3 m is observed at 2θ = 18 to 20 deg.
複合酸化物(I)は、Niの価数が、2.15〜2.45であるため、リチウムイオン二次電池の放電容量を大きくでき、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられる。
Niの価数が前記範囲の下限値以上であれば、スピネル等の他の結晶相の生成や不均一な固溶体の形成が抑えられる。その結果、充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下を抑えることができる。また、Niの価数が前記範囲の上限値以下であれば、リチウムイオン二次電池の充放電において、Ni価数の変化量が小さくならない。そのため、複合酸化物(I)を有するリチウムイオン二次電池の放電容量の低下を抑えられる。
上記理由から、Niの価数は、2.15〜2.4が好ましく、2.15〜2.35がより好ましい。
As the complex oxide (I) has a valence of Ni of 2.15 to 2.45, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery can be increased, and the discharge voltage is lowered by repeating the charge and discharge cycle. It is suppressed.
If the valence number of Ni is equal to or more than the lower limit value of the above range, the formation of other crystal phases such as spinel and the formation of a non-uniform solid solution can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles. In addition, when the valence number of Ni is equal to or less than the upper limit value of the above range, the change amount of the Ni valence number does not decrease in charge and discharge of the lithium ion secondary battery. Therefore, the fall of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery which has complex oxide (I) can be suppressed.
From the above reasons, the valence of Ni is preferably 2.15 to 2.4, and more preferably 2.15 to 2.35.
(複合酸化物(I)の製造方法)
複合酸化物(I)は、NiおよびMnを必須として含み、CoおよびMを任意として含む遷移金属含有化合物と、リチウム化合物とを混合し、得られた混合物を焼成することによって得られる。
複合酸化物(I)を製造する際のLi、Ni、Co、MnおよびMの仕込み比を調整することにより、Niの価数を前記範囲内とできる。
(Method of producing complex oxide (I))
Complex oxide (I) is obtained by mixing a transition metal-containing compound containing Ni and Mn as an essential component, and optionally containing Co and M, and a lithium compound, and calcining the obtained mixture.
By adjusting the feed ratio of Li, Ni, Co, Mn and M at the time of producing the complex oxide (I), the valence of Ni can be made within the above range.
複合酸化物(I)の製造方法の一態様としては、たとえば、下記の工程(a)〜(b)を有する方法が挙げられる。
(a)NiおよびMnを必須として含み、CoおよびMを任意として含む遷移金属含有化合物を得る工程。
(b)遷移金属含有化合物とリチウム化合物とを混合し、得られた混合物を焼成してリチウム含有複合酸化物を得る工程。
As one embodiment of the method for producing the complex oxide (I), for example, a method having the following steps (a) to (b) can be mentioned.
(A) obtaining a transition metal-containing compound containing Ni and Mn as essential and optionally containing Co and M;
(B) A step of mixing the transition metal-containing compound and the lithium compound, and calcining the obtained mixture to obtain a lithium-containing composite oxide.
工程(a):
遷移金属含有化合物がMを含む場合、遷移金属含有化合物に含まれるNi、Co、MnおよびMの比率は、複合酸化物(I)に含まれるNi、Co、MnおよびMの比率と同じにすることが好ましい。
遷移金属含有化合物がMを含まず、工程(b)においてMを含む化合物をさらに混合する場合、複合酸化物(I)に含まれるNi、Co、MnおよびMの比率に基づいて、遷移金属含有化合物に含まれるNi、CoおよびMnの比率を決めることが好ましい。
なお、Mは、複合酸化物(I)に含まれるMと同様である。
Process (a):
When the transition metal-containing compound contains M, the ratio of Ni, Co, Mn and M contained in the transition metal-containing compound is the same as the ratio of Ni, Co, Mn and M contained in the complex oxide (I) Is preferred.
When the transition metal-containing compound does not contain M, and the compound containing M is further mixed in step (b), the transition metal-containing compound is used based on the ratio of Ni, Co, Mn and M contained in the complex oxide (I) It is preferable to determine the ratio of Ni, Co and Mn contained in the compound.
M is the same as M contained in the complex oxide (I).
遷移金属含有化合物としては、水酸化物、炭酸塩等が挙げられ、充放電サイクルを繰り返すことによるリチウムイオン二次電池の放電容量の低下を抑えやすい点から、水酸化物が好ましい。水酸化物は、一部酸化されているオキシ水酸化物も含む。 The transition metal-containing compound may, for example, be a hydroxide or a carbonate, and is preferably a hydroxide from the viewpoint of easily suppressing a decrease in discharge capacity of the lithium ion secondary battery due to repeated charge and discharge cycles. The hydroxides also include oxyhydroxides which are partially oxidized.
水酸化物は、たとえば、アルカリ共沈法によって調製できる。
アルカリ共沈法とは、NiおよびMnを必須として含み、CoおよびMを任意として含む金属塩水溶液と、強アルカリを含むpH調整液とを連続的に反応槽に供給して混合し、混合液中のpHを一定に保ちながら、NiおよびMnを必須として含み、CoおよびMを任意として含む水酸化物を析出させる方法である。
The hydroxide can be prepared, for example, by the alkaline coprecipitation method.
In the alkaline coprecipitation method, a metal salt aqueous solution containing Ni and Mn as essential and optionally containing Co and M and a pH adjusting liquid containing a strong alkali are continuously supplied to the reaction tank and mixed, and the liquid mixture is mixed. It is a method of precipitating a hydroxide which contains Ni and Mn as essential and optionally contains Co and M while keeping the pH of the solution constant.
金属塩としては、各金属元素の硝酸塩、酢酸塩、塩化物塩、硫酸塩が挙げられ、材料コストが比較的安価であり、優れた電池特性が得られる点から、硫酸塩が好ましい。金属塩としては、Niの硫酸塩、Mnの硫酸塩、およびCoの硫酸塩がより好ましい。 The metal salts include nitrates, acetates, chlorides and sulfates of the respective metal elements, and sulfates are preferable from the viewpoint of relatively low material cost and excellent battery characteristics. As metal salts, sulfates of Ni, sulfates of Mn, and sulfates of Co are more preferable.
Niの硫酸塩としては、たとえば、硫酸ニッケル(II)・六水和物、硫酸ニッケル(II)・七水和物、硫酸ニッケル(II)アンモニウム・六水和物等が挙げられる。
Coの硫酸塩としては、たとえば、硫酸コバルト(II)・七水和物、硫酸コバルト(II)アンモニウム・六水和物等が挙げられる。
Mnの硫酸塩としては、たとえば、硫酸マンガン(II)・五水和物、硫酸マンガン(II)アンモニウム・六水和物等が挙げられる。
Examples of the sulfate of Ni include nickel (II) sulfate hexahydrate, nickel (II) sulfate heptahydrate, and nickel (II) ammonium sulfate hexahydrate.
Examples of the sulfate of Co include cobalt (II) sulfate heptahydrate, cobalt (II) ammonium sulfate hexahydrate and the like.
Examples of the sulfate of Mn include manganese (II) sulfate pentahydrate, manganese (II) ammonium sulfate hexahydrate and the like.
金属塩水溶液におけるNi、Co、MnおよびMの比率は、最終的に得られる複合酸化物(I)に含まれるNi、Co、MnおよびMの比率と同じにする。
金属塩水溶液中の金属元素の合計濃度は、0.1〜3モル/kgが好ましく、0.5〜2.5モル/kgがより好ましい。金属元素の合計濃度が前記範囲の下限値以上であれば、生産性に優れる。金属元素の合計濃度が前記範囲の上限値以下であれば、金属塩を水に充分に溶解できる。
The ratio of Ni, Co, Mn and M in the metal salt aqueous solution is the same as the ratio of Ni, Co, Mn and M contained in the finally obtained composite oxide (I).
0.1-3 mol / kg is preferable and, as for the total density | concentration of the metallic element in metal salt aqueous solution, 0.5-2.5 mol / kg is more preferable. If the total concentration of the metal elements is at least the lower limit value of the above range, the productivity is excellent. If the total concentration of the metal elements is equal to or less than the upper limit value of the above range, the metal salt can be sufficiently dissolved in water.
金属塩水溶液は、水以外の水性媒体を含んでいてもよい。
水以外の水性媒体としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、グリセリン等が挙げられる。水以外の水性媒体の割合は、安全面、環境面、取扱性、コストの点から、水100質量部に対して、0〜20質量部が好ましく、0〜10質量部がより好ましく、0〜1質量部が特に好ましい。
The aqueous metal salt solution may contain an aqueous medium other than water.
As an aqueous medium other than water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, polyethylene glycol, butanediol, glycerin and the like can be mentioned. The proportion of the aqueous medium other than water is preferably 0 to 20 parts by mass, more preferably 0 to 10 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of water from the viewpoint of safety, environment, handleability, and cost. 1 part by mass is particularly preferred.
pH調整液としては、強アルカリを含む水溶液が好ましい。
強アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化リチウムからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
混合液には、金属元素の溶解度を調整するために、錯化剤(アンモニア水溶液または硫酸アンモニウム水溶液)を加えてもよい。
As the pH adjusting solution, an aqueous solution containing a strong alkali is preferable.
The strong alkali is preferably at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide.
A complexing agent (an aqueous ammonia solution or an aqueous ammonium sulfate solution) may be added to the mixed solution in order to adjust the solubility of the metal element.
金属塩水溶液とpH調整液とは、反応槽中で撹拌しながら混合することが好ましい。
撹拌装置としては、スリーワンモータ等が挙げられる。撹拌翼としては、アンカー型、プロペラ型、パドル型等が挙げられる。
反応温度は、反応促進の点から、20〜80℃が好ましく、25〜60℃がより好ましい。
The metal salt aqueous solution and the pH adjusting solution are preferably mixed while being stirred in the reaction tank.
As a stirring apparatus, a three-one motor etc. are mentioned. As a stirring blade, an anchor type, a propeller type, a paddle type, etc. are mentioned.
The reaction temperature is preferably 20 to 80 ° C., and more preferably 25 to 60 ° C. from the viewpoint of reaction promotion.
金属塩水溶液とpH調整液との混合は、水酸化物の酸化を抑制する点から、窒素雰囲気下またはアルゴン雰囲気下で行うことが好ましく、コストの点から、窒素雰囲気下で行うことが特に好ましい。
金属塩水溶液とpH調整液との混合中は、共沈反応を適切に進める点から、反応槽内のpHを10〜12の範囲で設定したpHに保つことが好ましい。混合液のpHを10以上で行う場合、共沈物は水酸化物とみなされる。
The mixing of the metal salt aqueous solution and the pH adjusting solution is preferably performed under a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere from the viewpoint of suppressing the oxidation of the hydroxide, and particularly preferably under a nitrogen atmosphere from the viewpoint of cost .
During the mixing of the metal salt aqueous solution and the pH adjusting solution, it is preferable to maintain the pH in the reaction tank at a pH set in the range of 10 to 12 from the viewpoint of appropriately advancing the coprecipitation reaction. If the pH of the mixture is above 10, the coprecipitate is considered as a hydroxide.
水酸化物を析出させる方法としては、反応槽内の混合液をろ材(ろ布等)を用いて抜き出して水酸化物を濃縮しながら析出反応を行う方法(濃縮法)と、反応槽内の混合液をろ材を用いずに水酸化物とともに抜き出して水酸化物の濃度を低く保ちながら析出反応を行う方法(オーバーフロー法)の2種類が挙げられる。粒度分布の広がりを狭くできる点から、濃縮法が好ましい。 As a method of precipitating the hydroxide, a method of extracting the mixed solution in the reaction tank using a filter material (filter cloth etc.) and performing a precipitation reaction while concentrating the hydroxide (concentration method), and There are two types of methods (overflow method) in which the mixed solution is withdrawn together with the hydroxide without using a filter medium and the precipitation reaction is performed while keeping the concentration of the hydroxide low. The concentration method is preferred because the spread of the particle size distribution can be narrowed.
水酸化物は、不純物イオンを取り除くために、洗浄されることが好ましい。洗浄方法としては、加圧ろ過と蒸留水への分散とを繰り返し行う方法等が挙げられる。洗浄を行う場合、水酸化物を蒸留水へ分散させたときの上澄み液またはろ液の電気伝導度が50mS/m以下になるまで繰り返すことが好ましく、20mS/m以下になるまで繰り返すことがより好ましい。 The hydroxide is preferably washed to remove impurity ions. Examples of the washing method include a method in which pressure filtration and dispersion in distilled water are repeated. In the case of washing, it is preferable to repeat until the electric conductivity of the supernatant or filtrate when the hydroxide is dispersed in distilled water is 50 mS / m or less, more preferably 20 mS / m or less preferable.
洗浄後、必要に応じて水酸化物を乾燥させてもよい。
乾燥温度は、60〜200℃が好ましく、80〜130℃がより好ましい。乾燥温度が前記範囲の下限値以上であれば、乾燥時間を短縮できる。乾燥温度が前記範囲の上限値以下であれば、水酸化物の酸化の進行を抑えることができる。
乾燥時間は、水酸化物の量により適切に設定すればよく、1〜300時間が好ましく、5〜120時間がより好ましい。
After washing, the hydroxide may be dried if necessary.
60-200 degreeC is preferable and 80-130 degreeC of a drying temperature is more preferable. If the drying temperature is at least the lower limit value of the above range, the drying time can be shortened. If drying temperature is below the upper limit of the said range, advancing of the oxidation of a hydroxide can be suppressed.
The drying time may be appropriately set according to the amount of hydroxide, preferably 1 to 300 hours, and more preferably 5 to 120 hours.
水酸化物の比表面積は、3〜60m2/gが好ましく、5〜50m2/gがより好ましい。水酸化物の比表面積が前記範囲内であれば、正極活物質の比表面積を好ましい範囲に制御しやすい。なお、水酸化物の比表面積は、水酸化物を120℃で15時間乾燥した後に測定した値である。 3-60 m < 2 > / g is preferable and, as for the specific surface area of a hydroxide, 5-50 m < 2 > / g is more preferable. If the specific surface area of the hydroxide is within the above range, it is easy to control the specific surface area of the positive electrode active material within the preferable range. The specific surface area of the hydroxide is a value measured after drying the hydroxide at 120 ° C. for 15 hours.
水酸化物のD50は、3〜18μmが好ましく、3〜15μmがより好ましく、3〜10μmがさらに好ましい。水酸化物のD50が前記範囲内であれば、正極活物質のD50を好ましい範囲に制御しやすい。 D 50 of the hydroxide is preferably 3~18Myuemu, more preferably from 3 to 15 [mu] m, more preferably 3 to 10 [mu] m. Within D 50 is the range of the hydroxide, easily controlled within the preferred range of D 50 of the positive electrode active material.
工程(b):
遷移金属含有化合物とリチウム化合物とを混合し、得られた混合物を焼成することによって、リチウム含有複合酸化物が形成される。混合物には、Mを含む化合物をさらに混合してもよい。
Process (b):
The lithium-containing composite oxide is formed by mixing the transition metal-containing compound and the lithium compound and calcining the obtained mixture. The mixture may further contain a compound containing M.
リチウム化合物としては、炭酸リチウム、水酸化リチウムおよび硝酸リチウムからなる群から選ばれる1種が好ましい。製造工程での取扱いの容易性の点から、炭酸リチウムがより好ましい。
水酸化物とリチウム化合物との混合比は、水酸化物に含まれるNi、Co、MnおよびMの合計モル量に対するリチウム化合物に含まれるLiのモル量の比が1.1〜1.4となる混合比が好ましい。
The lithium compound is preferably one selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium hydroxide and lithium nitrate. Lithium carbonate is more preferable in terms of the ease of handling in the production process.
The mixing ratio of the hydroxide to the lithium compound is such that the ratio of the molar amount of Li contained in the lithium compound to the total molar amount of Ni, Co, Mn and M contained in the hydroxide is 1.1 to 1.4 A mixing ratio of
遷移金属含有化合物がMを含む場合、混合物に含まれるNi、Co、MnおよびMの比は、複合酸化物(I)に含まれるNi、Co、MnおよびMの比と同じにすることが好ましい。
遷移金属含有化合物がMを含まず、混合物にMを含む化合物をさらに混合する場合、Mを含む化合物を混合した後の混合物に含まれるNi、Co、MnおよびMの比は、複合酸化物(I)に含まれるNi、Co、MnおよびMの比と同じにすることが好ましい。
When the transition metal-containing compound contains M, the ratio of Ni, Co, Mn and M contained in the mixture is preferably the same as the ratio of Ni, Co, Mn and M contained in the complex oxide (I) .
When the transition metal-containing compound does not contain M, and the mixture further contains a compound containing M, the ratio of Ni, Co, Mn, and M contained in the mixture after mixing the compound containing M is a complex oxide ( It is preferable to make it the same as the ratio of Ni, Co, Mn, and M contained in I).
Mを含む化合物としては、Mの酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、塩化物およびフッ化物からなる群から選ばれる1種以上が好ましい。これらの化合物であれば、工程(b)において、不純物が揮発して、不純物が複合酸化物(I)に残留しにくい。 The compound containing M is preferably one or more selected from the group consisting of oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, acetates, chlorides and fluorides of M. With these compounds, in the step (b), the impurities are volatilized, and the impurities are less likely to remain in the complex oxide (I).
遷移金属含有化合物とリチウム化合物とを混合する方法としては、たとえば、ロッキングミキサ、ナウタミキサ、スパイラルミキサ、カッターミル、Vミキサ等を使用する方法等が挙げられる。 Examples of the method of mixing the transition metal-containing compound and the lithium compound include methods using a rocking mixer, a Nauta mixer, a spiral mixer, a cutter mill, a V mixer, and the like.
焼成装置としては、電気炉、連続焼成炉、ロータリーキルン等が挙げられる。
焼成時に遷移金属含有化合物が酸化されることから、焼成は大気下で行うことが好ましく、空気を供給しながら行うことが特に好ましい。
空気の供給速度は、炉の内容積1Lあたり、10〜200mL/分が好ましく、40〜150mL/分がより好ましい。
焼成時に空気を供給することによって、遷移金属含有化合物に含まれる金属元素が充分に酸化される。その結果、結晶性が高く、かつ空間群C2/mの結晶構造および空間群R−3mの結晶構造を有する複合酸化物(I)が得られる。
As a baking apparatus, an electric furnace, a continuous baking furnace, a rotary kiln, etc. are mentioned.
Since the transition metal-containing compound is oxidized at the time of firing, the firing is preferably performed in the air, and particularly preferably performed while supplying air.
The air supply rate is preferably 10 to 200 mL / min, and more preferably 40 to 150 mL / min, per 1 L of internal volume of the furnace.
By supplying air at the time of firing, the metal element contained in the transition metal-containing compound is sufficiently oxidized. As a result, a complex oxide (I) having high crystallinity and a crystal structure of space group C2 / m and a crystal structure of space group R-3m is obtained.
焼成温度は、800〜1100℃が好ましく、850〜1050℃が好ましく、890〜1000℃がより好ましい。焼成温度が前記範囲の下限以上であれば、複合酸化物(I)を有するリチウムイオン二次電池の放電容量を大きくしやすく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下を抑えやすい。
焼成時間は、4〜40時間が好ましく、4〜20時間がより好ましい。
800-1100 degreeC is preferable, 850-1050 degreeC is preferable, and 890-1000 degreeC is more preferable. If the firing temperature is at least the lower limit of the above range, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery having the complex oxide (I) can be easily increased, and the decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles can be easily suppressed.
The firing time is preferably 4 to 40 hours, more preferably 4 to 20 hours.
焼成は、1段焼成であってもよく、仮焼成を行った後に本焼成を行う2段焼成であってもよい。2段焼成を行う場合、本焼成の温度を上記した焼成温度の範囲で行う。そして、仮焼成の温度は、500〜700℃が好ましく、500〜650℃がより好ましい。 The firing may be one-step firing or may be two-step firing in which main firing is performed after temporary firing. When two-stage firing is performed, the temperature of the main firing is performed in the above-described range of the firing temperature. And 500-700 degreeC is preferable and, as for the temperature of temporary baking, 500-650 degreeC is more preferable.
(作用機序)
以上説明した複合酸化物(I)にあっては、式Iで表されるリチウム含有複合酸化物、いわゆるリチウムリッチ系正極活物質であり、かつNiの価数が2.15〜2.45であるため、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池を得ることができる。
(Mechanism of action)
The complex oxide (I) described above is a lithium-containing complex oxide represented by the formula I, a so-called lithium-rich positive electrode active material, and the valence of Ni is 2.15 to 2.45. As a result, a lithium ion secondary battery can be obtained in which the discharge capacity is large and the decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles is suppressed.
<正極活物質>
本発明の正極活物質(以下、本正極活物質と記す。)は、複合酸化物(I)そのものであってもよく、複合酸化物(I)の表面にZr、Ti、AlおよびFからなる群から選ばれる1種以上を含む化合物からなる被覆物を有するものであってもよい。
複合酸化物(I)の表面に被覆物を有する本正極活物質は、リチウムイオン二次電池の放電容量を大きくしやすく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下を抑えやすい。
<Positive electrode active material>
The positive electrode active material of the present invention (hereinafter referred to as the present positive electrode active material) may be the complex oxide (I) itself, and the surface of the complex oxide (I) is composed of Zr, Ti, Al and F. You may have a coating which consists of a compound containing 1 or more types selected from a group.
The present positive electrode active material having a coating on the surface of the complex oxide (I) is likely to increase the discharge capacity of the lithium ion secondary battery, and to easily suppress the decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles.
被覆物としては、Zr、Ti、AlおよびFからなる群から選ばれる1種以上を含む化合物が挙げられる。Zr、TiおよびAlからなる群から選ばれる1種以上を含む化合物としては、酸化物、硫酸塩、炭酸塩等が挙げられる。Fを含む化合物としては、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化ジルコニウム等が挙げられる。
被覆物は、複合酸化物(I)の表面に存在すればよく、複合酸化物(I)の全面に存在してもよく、複合酸化物(I)の一部に存在してもよい。
Examples of the coating include compounds containing one or more selected from the group consisting of Zr, Ti, Al and F. As a compound containing 1 or more types selected from the group which consists of Zr, Ti, and Al, an oxide, a sulfate, carbonate, etc. are mentioned. Examples of the compound containing F include lithium fluoride, aluminum fluoride and zirconium fluoride.
The coating may be present on the surface of the complex oxide (I), may be present on the entire surface of the complex oxide (I), or may be present on part of the complex oxide (I).
被覆物中のZr、Ti、AlおよびFの合計の含有量は、複合酸化物(I)(100モル%)に対して0.1〜5モル%が好ましく、0.3〜3モル%がより好ましい。 The total content of Zr, Ti, Al and F in the coating is preferably 0.1 to 5 mol%, preferably 0.3 to 3 mol%, with respect to the complex oxide (I) (100 mol%). More preferable.
被覆物の形成は、たとえば、Zr、Ti、AlおよびFからなる群から選ばれる1種以上を含むコート液を複合酸化物(I)に噴霧し、コート液の溶媒を焼成により除去する、または、コート液中に複合酸化物(I)を浸漬し、ろ過による固液分離、焼成による溶媒除去を行う、ことによって実施できる。 To form the coating, for example, a coating solution containing one or more selected from the group consisting of Zr, Ti, Al and F is sprayed onto the complex oxide (I), and the solvent of the coating solution is removed by calcination or This can be carried out by immersing the composite oxide (I) in a coating solution, solid-liquid separation by filtration, and removal of the solvent by calcination.
本正極活物質は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であることが好ましい。
本正極活物質の二次粒子のD50は、3〜18μmが好ましく、3〜15μmがより好ましく、4〜10μmがさらに好ましい。D50が前記範囲内であれば、リチウムイオン電池の放電容量を大きくしやすい。
The positive electrode active material is preferably a secondary particle in which a plurality of primary particles are aggregated.
MotoTadashi active D 50 of the secondary particulate material is preferably 3~18Myuemu, more preferably from 3 to 15 [mu] m, more preferably 4 to 10 [mu] m. If D 50 is in the above range, it is easy to increase the discharge capacity of the lithium ion battery.
本正極活物質の比表面積は、0.5〜5m2/gが好ましく、0.5〜3m2/gがより好ましく、1〜2.5m2/gがさらに好ましい。比表面積が前記範囲の下限値以上であれば、リチウムイオン二次電池の放電容量を大きくしやすい。比表面積が前記範囲の上限値以下であれば、充放電サイクルを繰り返すことによるリチウムイオン二次電池の放電電圧の低下を抑えやすい。 The specific surface area of MotoTadashi active material is preferably 0.5 to 5 m 2 / g, more preferably 0.5-3 m 2 / g, more preferably 1~2.5m 2 / g. If the specific surface area is at least the lower limit value of the above range, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery can be easily increased. If the specific surface area is equal to or less than the upper limit value of the above range, it is easy to suppress a decrease in discharge voltage of the lithium ion secondary battery due to repeated charge and discharge cycles.
本正極活物質のタップ密度は、1〜3g/cm3が好ましく、1.3〜2.5g/cm3がより好ましく、1.5〜2g/cm3がさらに好ましい。タップ密度が前記範囲内であれば、電極中の正極活物質の密度を高くでき、正極のエネルギー密度を高くできる。 The tap density of MotoTadashi active material is preferably from 1 to 3 g / cm 3, more preferably 1.3~2.5g / cm 3, more preferably 1.5~2g / cm 3. If the tap density is within the above range, the density of the positive electrode active material in the electrode can be increased, and the energy density of the positive electrode can be increased.
(作用機序)
以上説明した本正極活物質にあっては、複合酸化物(I)を含むため、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池を得ることができる。
(Mechanism of action)
Since the present positive electrode active material described above contains the complex oxide (I), it is possible to obtain a lithium ion secondary battery having a large discharge capacity and capable of suppressing a decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles. be able to.
<リチウムイオン二次電池用正極>
本発明のリチウムイオン二次電池用正極(以下、本正極と記す。)は、本正極活物質を含むものである。具体的には、本正極活物質、導電材およびバインダを含む正極活物質層が、正極集電体上に形成されたものである。
<Positive electrode for lithium ion secondary battery>
The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter referred to as the present positive electrode) contains the present positive electrode active material. Specifically, a positive electrode active material layer containing the present positive electrode active material, a conductive material, and a binder is formed on a positive electrode current collector.
導電材としては、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等)、黒鉛、気相成長カーボン繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられる。
バインダとしては、フッ素系樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、不飽和結合を有する重合体または共重合体(スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等)、アクリル酸系重合体または共重合体(アクリル酸共重合体、メタクリル酸共重合体等)等が挙げられる。
正極集電体としては、アルミニウム箔、ステンレススチール箔等が挙げられる。
Examples of the conductive material include carbon black (acetylene black, ketjen black and the like), graphite, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube and the like.
As the binder, fluorine resin (polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polymer or copolymer having unsaturated bond (styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, etc.) And acrylic acid polymers or copolymers (acrylic acid copolymers, methacrylic acid copolymers, etc.) and the like.
Examples of the positive electrode current collector include aluminum foil and stainless steel foil.
本正極は、たとえば、下記の方法によって製造できる。
本正極活物質、導電材およびバインダを、媒体に溶解または分散させてスラリーを得る。得られたスラリーを正極集電体に塗工し、乾燥等により、媒体を除去することによって、正極活物質層を形成する。必要に応じて、正極活物質層を形成した後に、ロールプレス等で圧延してもよい。これにより、本正極を得る。
または本正極活物質、導電材およびバインダを、媒体と混練することによって、混練物を得る。得られた混練物を正極集電体に圧延することにより本正極を得る。
The present positive electrode can be produced, for example, by the following method.
The positive electrode active material, the conductive material and the binder are dissolved or dispersed in a medium to obtain a slurry. The obtained slurry is applied to a positive electrode current collector, and the medium is removed by drying or the like to form a positive electrode active material layer. As needed, after forming a positive electrode active material layer, you may roll with a roll press etc. Thus, the present positive electrode is obtained.
Alternatively, a kneaded material is obtained by kneading the positive electrode active material, the conductive material and the binder with a medium. The obtained kneaded product is rolled to a positive electrode current collector to obtain the present positive electrode.
(作用機序)
以上説明した本正極にあっては、本正極活物質を含むため、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池を得ることができる。
(Mechanism of action)
Since the present positive electrode described above contains the present positive electrode active material, it is possible to obtain a lithium ion secondary battery having a large discharge capacity and in which a decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles is suppressed.
<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池(以下、本電池と記す。)は、本正極を有するものである。具体的には、本正極、負極、および非水電解質を有するものである。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as the present battery) of the present invention has the present positive electrode. Specifically, it has the present positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte.
(負極)
負極は、負極活物質を含むものである。具体的には、負極活物質、必要に応じて導電材およびバインダを含む負極活物質層が、負極集電体上に形成されたものである。
(Negative electrode)
The negative electrode contains a negative electrode active material. Specifically, a negative electrode active material layer and, if necessary, a negative electrode active material layer containing a conductive material and a binder are formed on a negative electrode current collector.
負極活物質は、比較的低い電位でリチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料であればよい。負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金、リチウム化合物、炭素材料、周期表14族の金属を主体とする酸化物、周期表15族の金属を主体とする酸化物、炭素化合物、炭化ケイ素化合物、酸化ケイ素化合物、硫化チタン、炭化ホウ素化合物等が挙げられる。 The negative electrode active material may be any material that can occlude and release lithium ions at a relatively low potential. As the negative electrode active material, lithium metal, lithium alloy, lithium compound, carbon material, oxide mainly composed of metal of periodic table group 14, oxide mainly composed of metal of periodic table group 15, carbon compound, silicon carbide compound And silicon oxide compounds, titanium sulfide, and boron carbide compounds.
負極活物質の炭素材料としては、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等が挙げられる。 As a carbon material of the negative electrode active material, non-graphitizable carbon, artificial graphite, natural graphite, pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphites, glassy carbons, organic high materials A molecular compound fired body (phenol resin, furan resin, etc. fired and carbonized at an appropriate temperature), carbon fiber, activated carbon, carbon blacks, etc. may be mentioned.
負極活物質に使用する周期表14族の金属としては、Si、Snが挙げられ、Siが好ましい。
他の負極活物質としては、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等の酸化物、その他の窒化物等が挙げられる。
As a metal of periodic table 14 group used for a negative electrode active material, Si and Sn are mentioned, and Si is preferable.
Other negative electrode active materials include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide and tin oxide, and other nitrides.
負極の導電材、バインダとしては、正極と同様のものを用いることができる。
負極集電体としては、ニッケル箔、銅箔等の金属箔が挙げられる。
As the conductive material of the negative electrode and the binder, the same materials as those of the positive electrode can be used.
Examples of the negative electrode current collector include metal foils such as nickel foil and copper foil.
負極は、たとえば、下記の方法によって製造できる。
負極活物質、導電材およびバインダを、媒体に溶解または分散させてスラリーを得る。
得られたスラリーを負極集電体に塗布、乾燥、プレスすること等によって媒体を除去し、負極を得る。
The negative electrode can be produced, for example, by the following method.
The negative electrode active material, the conductive material and the binder are dissolved or dispersed in a medium to obtain a slurry.
The medium is removed by coating the obtained slurry on a negative electrode current collector, drying, pressing or the like to obtain a negative electrode.
(非水電解質)
非水電解質としては、有機溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液;無機固体電解質;電解質塩を混合または溶解させた固体状またはゲル状の高分子電解質等が挙げられる。
(Non-aqueous electrolyte)
Examples of the non-aqueous electrolyte include a non-aqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in an organic solvent; an inorganic solid electrolyte; and a solid or gel polymer electrolyte in which an electrolytic salt is mixed or dissolved.
有機溶媒としては、非水電解液用の有機溶媒として公知のものが挙げられる。具体的には、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等が挙げられる。電圧安定性の点からは、環状カーボネート類(プロピレンカーボネート等)、鎖状カーボネート類(ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等)が好ましい。有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。 As an organic solvent, what is well-known as an organic solvent for non-aqueous electrolytes is mentioned. Specifically, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, acetate, butyric acid Ester, propionic acid ester and the like can be mentioned. From the viewpoint of voltage stability, cyclic carbonates (such as propylene carbonate) and linear carbonates (such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate) are preferable. An organic solvent may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.
無機固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有する材料であればよい。
無機固体電解質としては、窒化リチウム、ヨウ化リチウム等が挙げられる。
The inorganic solid electrolyte may be a material having lithium ion conductivity.
Examples of the inorganic solid electrolyte include lithium nitride and lithium iodide.
固体状高分子電解質に用いられる高分子としては、エーテル系高分子化合物(ポリエチレンオキサイド、その架橋体等)、ポリメタクリレートエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物等が挙げられる。該高分子化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。 Examples of the polymer used for the solid polymer electrolyte include ether-based polymer compounds (polyethylene oxide, crosslinked products thereof, etc.), polymethacrylate ester-based polymer compounds, acrylate-based polymer compounds and the like. The polymer compounds may be used alone or in combination of two or more.
ゲル状高分子電解質に用いられる高分子としては、フッ素系高分子化合物(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等)、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル共重合体、エーテル系高分子化合物(ポリエチレンオキサイド、その架橋体等)等が挙げられる。共重合体に共重合させるモノマーとしては、ポリプロピレンオキサイド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル等が挙げられる。
該高分子化合物としては、酸化還元反応に対する安定性の点から、フッ素系高分子化合物が好ましい。
As polymers used for gel-like polymer electrolytes, fluorine-based polymer compounds (polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, etc.), polyacrylonitrile, acrylonitrile copolymer, ether polymer compounds ( Polyethylene oxide, its crosslinked body, etc. are mentioned. Examples of the monomer to be copolymerized with the copolymer include polypropylene oxide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, butyl acrylate and the like.
As the polymer compound, a fluorine-based polymer compound is preferable from the viewpoint of the stability to the oxidation-reduction reaction.
電解質塩は、リチウムイオン二次電池に用いられるものであればよい。電解質塩としては、LiClO4、LiPF6、LiBF4、CH3SO3Li等が挙げられる。 The electrolyte salt may be any one as long as it is used in a lithium ion secondary battery. Examples of the electrolyte salt include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , CH 3 SO 3 Li and the like.
正極と負極の間には、短絡を防止するためにセパレータを介在させてもよい。セパレータとしては、多孔膜が挙げられる。非水電解液は該多孔膜に含浸させて用いる。また、多孔膜に非水電解液を含浸させてゲル化させたものをゲル状電解質として用いてもよい。 A separator may be interposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit. A porous membrane is mentioned as a separator. The non-aqueous electrolyte is used by impregnating the porous membrane. Further, a porous membrane impregnated with a non-aqueous electrolytic solution and gelled may be used as a gel electrolyte.
電池外装体の材料としては、ニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミニウムまたはその合金、ニッケル、チタン、樹脂材料、フィルム材料等が挙げられる。 Examples of the material of the battery outer package include nickel-plated iron, stainless steel, aluminum or an alloy thereof, nickel, titanium, a resin material, a film material and the like.
リチウムイオン二次電池の形状としては、コイン型、シート状(フィルム状)、折り畳み状、巻回型有底円筒型、ボタン型等が挙げられ、用途に応じて適宜選択することができる。 The shape of the lithium ion secondary battery may, for example, be a coin, a sheet (film), a fold, a winding type, a bottomed cylindrical, a button, or the like, which can be appropriately selected according to the application.
(作用機序)
以上説明した本電池にあっては、本正極を有するため、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたものとなる。
(Mechanism of action)
In the present battery described above, since the present positive electrode is provided, the discharge capacity is large, and the decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles is suppressed.
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
例1〜15は実施例であり、例16〜21は比較例である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
Examples 1 to 15 are Examples, and Examples 16 to 21 are Comparative Examples.
(組成分析)
リチウム含有複合酸化物(LiaNibCocMndMeO2)の組成は、仕込みのLi/Xモル比(Xは、Ni、Co、MnおよびMの合量である。)をv、水酸化物のNi量をw(モル%)、Co量をx(モル%)、Mn量をy(モル%)、Mを含む化合物のM量をz(モル%)とし、以下の関係式から算出した。ただし、w+x+y+z=100、a+b+c+d+e=2である。
a=2v/(1+v)
b=w/{50(1+v)}
c=x/{50(1+v)}
d=y/{50(1+v)}
e=z/{50(1+v)}
(Composition analysis)
The composition of the lithium-containing composite oxide (Li a Ni b Co c Mn d M e O 2 ) is such that the charged Li / X molar ratio (X is the total amount of Ni, Co, Mn and M) is v. The amount of Ni in the hydroxide is w (mol%), the amount of Co is x (mol%), the amount of Mn is y (mol%), and the amount of M in the compound containing M is z (mol%). Calculated from the equation. However, w + x + y + z = 100 and a + b + c + d + e = 2.
a = 2 v / (1 + v)
b = w / {50 (1 + v)}
c = x / {50 (1 + v)}
d = y / {50 (1 + v)}
e = z / {50 (1 + v)}
(粒子径)
正極活物質を水中に超音波処理によって充分に分散させ、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(日機装社製、MT−3300EX)により測定を行い、頻度分布および累積体積分布曲線を得ることで体積基準の粒度分布を得た。得られた累積体積分布曲線からD50を求めた。
(Particle size)
The positive electrode active material is sufficiently dispersed in water by ultrasonic treatment, and measurement is performed using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (MT-3300EX manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) to obtain a frequency distribution and a cumulative volume distribution curve. A volume based particle size distribution was obtained. D 50 was determined from the cumulative volume distribution curve obtained.
(タップ密度)
正極活物質のタップ密度(単位:g/cm3)は、下式から算出した。下式のVは、タップ後の試料の体積(単位:cm3)であり、目盛付きの樹脂製容器(容量:20cm3)に試料(正極活物質)を量りとり、容器をタッピング装置(セイシン企業社製、KYT−4000K)に取り付け、700回タップを行い、容器内の試料の体積を容器の目盛で読み取った値である。下式のmは、試料の質量(単位:g)であり、樹脂性容器に加えた試料の質量である。
ρt=m/V
(Tap density)
The tap density (unit: g / cm 3 ) of the positive electrode active material was calculated from the following equation. V in the following equation is the volume (unit: cm 3 ) of the sample after tapping, and the sample (positive electrode active material) is weighed in a resin container (volume: 20 cm 3 ) with a scale, and the container is tapped It is the value which attached to a corporation company company KYT-4000K, performed 700 times taps, and read the volume of the sample in a container with the scale of a container. In the following formula, m is the mass of the sample (unit: g), which is the mass of the sample added to the resinous container.
ρt = m / V
(比表面積)
正極活物質の比表面積は、比表面積測定装置(マウンテック社製、HM model−1208)を用い、窒素吸着BET法により算出した。脱気は、200℃、20分の条件で行った。
(Specific surface area)
The specific surface area of the positive electrode active material was calculated by the nitrogen adsorption BET method using a specific surface area measurement device (manufactured by Mountech Co., HM model-1208). Degassing was performed at 200 ° C. for 20 minutes.
(正極体シートの製造)
正極活物質と、アセチレンブラック(電気化学工業社製、デンカブラック(登録商標))と、ポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、KFL#1120)を12.1質量%含むポリフッ化ビニリデン溶液(溶媒:N−メチルピロリドン)とを混合し、さらにN−メチルピロリドンを添加してスラリーを調製した。正極活物質とアセチレンブラックとポリフッ化ビニリデンとは、90:5:5の質量比とした。
スラリーを、平均厚さ20μmのアルミニウム箔(東洋アルミニウム社製、E−FOIL)に、ドクタブレードを用いて片面塗工した。120℃で乾燥した後、ロールプレス圧延(0.3t/cm)を2回行い、正極を作製した。
(Production of positive electrode sheet)
Polyvinylidene fluoride solution (solvent: N) containing 12.1% by mass of positive electrode active material, acetylene black (Denka Black (registered trademark) manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), and polyvinylidene fluoride (manufactured by Kureha KF # 1120) The slurry was prepared by mixing with -methyl pyrrolidone) and further adding N-methyl pyrrolidone. The positive electrode active material, acetylene black and polyvinylidene fluoride had a mass ratio of 90: 5: 5.
The slurry was coated on one side using a doctor blade on an aluminum foil (E-FOIL manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) having an average thickness of 20 μm. After drying at 120 ° C., roll press rolling (0.3 t / cm) was performed twice to prepare a positive electrode.
(リチウム二次電池の製造)
厚さ1mmのステンレス鋼板と厚さ500μmの金属リチウム箔(本荘ケミカル社製、リチウムフォイル)とを積層して負極を作製した。
セパレータとして、厚さ25μmの多孔質ポリプロピレン(ポリポア社製、セルガード(登録商標)♯2500)を用意した。
非水電解液として、1モル/dm3のLiPF6溶液を用意した。非水電解液の溶媒としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比が、1:1の混合液を用いた。
正極、負極、セパレータ、非水電解液を用い、ステンレス鋼製簡易密閉セル型のリチウム二次電池をアルゴングローブボックス内で組み立てた。
(Manufacturing of lithium secondary battery)
A negative electrode was prepared by laminating a 1 mm thick stainless steel plate and a 500 μm thick metal lithium foil (lithium foil manufactured by Honso Chemical Co., Ltd.).
As a separator, porous polypropylene (manufactured by Polypore, Celgard (registered trademark) # 2500) having a thickness of 25 μm was prepared.
A 1 mol / dm 3 LiPF 6 solution was prepared as a non-aqueous electrolyte. As a solvent of the non-aqueous electrolyte, a mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 1 was used.
A stainless steel simple closed cell lithium secondary battery was assembled in an argon glove box using the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte.
(初期放電容量)
リチウム二次電池について、定電流・定電圧モードにおいて、正極活物質の1gにつき20mAの負荷電流で4.5Vまで充電した。次に、定電流モードにおいて、正極活物質の1gにつき200mAの負荷電流で2.5Vまで放電させた。放電の負荷電流を正極活物質の1gにつき40mAに変えた以外は初回充放電と同じ条件で二回目の充放電を行った。この二回目の放電容量を初期放電容量とした。
(Initial discharge capacity)
The lithium secondary battery was charged to 4.5 V at a load current of 20 mA per 1 g of the positive electrode active material in a constant current / constant voltage mode. Next, in a constant current mode, the battery was discharged to 2.5 V at a load current of 200 mA per 1 g of the positive electrode active material. A second charge and discharge was performed under the same conditions as the first charge and discharge except that the load current of the discharge was changed to 40 mA per 1 g of the positive electrode active material. This second discharge capacity was taken as the initial discharge capacity.
(初期DCR)
リチウム二次電池について、初回充放電後に4.5Vの定電流・定電圧充電を行い、満充電状態とした。この満充電状態において、1gの正極活物質につき20mA、100mA、200mA、400mA、または800mAの負荷電流(I)で放電した時の10秒後の電圧降下値(V)を測定した。各IにおけるVをプロットし、プロットを最小二乗法で直線近似した直線の傾きを直流抵抗(初期DCR)とした。
(Early DCR)
The lithium secondary battery was charged at a constant current and a constant voltage of 4.5 V after the initial charge and discharge, and was fully charged. In this fully charged state, a voltage drop value (V) after 10 seconds when discharged with a load current (I) of 20 mA, 100 mA, 200 mA, 400 mA, or 800 mA per 1 g of the positive electrode active material was measured. V at each I was plotted, and the slope of the line linearly approximated by the least square method was taken as the direct current resistance (initial DCR).
(電圧降下)
定電流・定電圧モードにおいて、正極活物質の1gにつき200mAの負荷電流で4.5Vまで充電した後、定電流モードにおいて、正極活物質の1gにつき200mAの負荷電流で2.5Vまで放電させる充放電サイクルを50サイクル行った。1サイクル目の放電電圧と50サイクル目の放電電圧との差を電圧降下とした。
(Voltage drop)
In the constant current / constant voltage mode, after charging to 4.5 V at a load current of 200 mA per 1 g of the positive electrode active material, in the constant current mode, charging to discharge 2.5 V at a load current of 200 mA per 1 g of the positive electrode active material 50 discharge cycles were performed. The difference between the discharge voltage at the first cycle and the discharge voltage at the 50th cycle was taken as the voltage drop.
(例1)
共沈法で得られた表1に示す組成の水酸化物と、炭酸リチウム(SQM社製、MICグレード)とを、LiとX(Xは、Ni、CoおよびMnである。)とのモル比(Li/X)が表1に示す値となるように秤量し、混合した。
得られた混合物を電気炉内にて、空気を供給しながら、大気雰囲気下890℃で8時間焼成してリチウム含有複合酸化物を得て、これを正極活物質とした。結果を表1および表2に示す。
(Example 1)
The hydroxide of the composition shown in Table 1 obtained by the coprecipitation method and lithium carbonate (manufactured by SQM, MIC grade), the mole of Li and X (X is Ni, Co and Mn) It weighed and mixed so that ratio (Li / X) might become a value shown in Table 1.
The obtained mixture was baked at 890 ° C. for 8 hours in the air atmosphere while supplying air in an electric furnace to obtain a lithium-containing composite oxide, which was used as a positive electrode active material. The results are shown in Tables 1 and 2.
(例2〜8)
例1の水酸化物およびLi/Xを表1に示す水酸化物およびLi/Xに変更した以外は、例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を得て、これらを正極活物質とした。結果を表1および表2に示す。
(Examples 2 to 8)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the hydroxide and Li / X in Example 1 were changed to the hydroxides and Li / X shown in Table 1, and these were used as a positive electrode active material. . The results are shown in Tables 1 and 2.
(例9)
共沈法で得られた表1に示す組成の水酸化物と、炭酸リチウム(SQM社製、MICグレード)とを、Li/Xが表1に示す値となるように秤量し、さらに酸化ジルコニウム粉末(新日本電工社製、商品名:PCS)を、リチウム複合酸化物中の金属含有量(Liを除く)の0.5モル%となる量となるように秤量して、混合した。
得られた混合物を電気炉内にて、空気を供給しながら、大気雰囲気下890℃で8時間焼成してリチウム含有複合酸化物を得て、これを正極活物質とした。結果を表1および表2に示す。
(Example 9)
The hydroxide of the composition shown in Table 1 obtained by the coprecipitation method and lithium carbonate (manufactured by SQM, MIC grade) are weighed so that Li / X becomes a value shown in Table 1, and further zirconium oxide Powder (Shin Nippon Electric Co., Ltd. make, brand name: PCS) was measured and mixed so that it might become a quantity which becomes 0.5 mol% of metal content (except Li) in lithium compound oxide.
The obtained mixture was baked at 890 ° C. for 8 hours in the air atmosphere while supplying air in an electric furnace to obtain a lithium-containing composite oxide, which was used as a positive electrode active material. The results are shown in Tables 1 and 2.
(例10)
例9の酸化ジルコニウム粉末を酸化チタン粉末(テイカ社製、商品名:AMT−100)に変更した以外は、例9と同様にしてリチウム含有複合酸化物を得て、これを正極活物質とした。結果を表1および表2に示す。
(Example 10)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 9 except that the zirconium oxide powder of Example 9 was changed to a titanium oxide powder (trade name: AMT-100, manufactured by Tayca Corporation), and this was used as a positive electrode active material. . The results are shown in Tables 1 and 2.
(例11)
例9の酸化ジルコニウム粉末を水酸化アルミニウム粉末(住友化学工業社製、商品名:C−301)に変更した以外は、例9と同様にしてリチウム含有複合酸化物を得て、これを正極活物質とした。結果を表1および表2に示す。
(Example 11)
A lithium-containing composite oxide is obtained in the same manner as in Example 9 except that the zirconium oxide powder of Example 9 is changed to an aluminum hydroxide powder (trade name: C-301, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and this is used as a positive electrode active. It was a substance. The results are shown in Tables 1 and 2.
(例12)
例10において焼成温度を910℃に変更した以外は同様にしてリチウム含有複合酸化物を得た。リチウム含有複合酸化物に対する質量比が5質量%となるZr含有水溶液(日本軽金属社製、商品名:ベイコート20)を、リチウム含有複合酸化物を被覆するZr量がリチウム含有複合酸化物(100モル%)に対して0.5モル%となる量だけ、リチウム含有複合酸化物に吹き付けて混合した。得られた混合物を電気炉内にて、空気を供給しながら、大気雰囲気下、500℃で8時間焼成して正極活物質を得た。結果を表1および表2に示す。
(Example 12)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 10 except that the firing temperature was changed to 910 ° C. The Zr content of the Zr-containing aqueous solution (Nippon Light Metal Co., Ltd., trade name: Baycoat 20) having a mass ratio of 5% by mass with respect to the lithium-containing composite oxide and the lithium-containing composite oxide The lithium-containing composite oxide was sprayed and mixed in an amount of 0.5 mol% with respect to%). The obtained mixture was fired in an air atmosphere at 500 ° C. for 8 hours in an electric furnace while supplying air, to obtain a positive electrode active material. The results are shown in Tables 1 and 2.
(例13)
例12のZr含有水溶液をTi含有水溶液(マツモトファインケミカル社製、商品名:オルガチックスTC−315)に変更した以外は、例12と同様にして正極活物質を得た。結果を表1および表2に示す。
(Example 13)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 12 except that the Zr-containing aqueous solution of Example 12 was changed to a Ti-containing aqueous solution (manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., trade name: Organix TC-315). The results are shown in Tables 1 and 2.
(例14)
例12のZr含有水溶液をAl含有水溶液(多木化学社製、商品名:タキセラムK−ML16)に変更した以外は、例12と同様にして正極活物質を得た。結果を表1および表2に示す。
(Example 14)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 12 except that the Zr-containing aqueous solution of Example 12 was changed to an Al-containing aqueous solution (Takiceram K-ML16, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.). The results are shown in Tables 1 and 2.
(例15)
例12のZr含有水溶液をフッ化アンモニウム水溶液に変更した以外は、例12と同様にして正極活物質を得た。結果を表1および表2に示す。
(Example 15)
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 12 except that the aqueous solution containing Zr in Example 12 was changed to an aqueous solution of ammonium fluoride. The results are shown in Tables 1 and 2.
(例16〜21)
例1の水酸化物およびLi/Xを表1に示す水酸化物およびLi/Xに変更した以外は、例1と同様にしてリチウム含有複合酸化物を得て、これらを正極活物質とした。結果を表1および表2に示す。
(Examples 16 to 21)
A lithium-containing composite oxide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the hydroxide and Li / X in Example 1 were changed to the hydroxides and Li / X shown in Table 1, and these were used as a positive electrode active material. . The results are shown in Tables 1 and 2.
例1〜15は、式Iで表され、かつNiの価数が2.15〜2.45であるため、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられた。
特に、リチウム含有複合酸化物が他の金属元素Mを含む例9〜11、さらにリチウム含有複合酸化物の表面に被覆物を有する例12〜15は、充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が充分に抑えられた。なお、リチウム含有複合酸化物がCoを含まない例7、8は、DCRが高くなった。
例16〜例18は、Niの価数が2.15未満であるため、放電容量が小さく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が大きかった。
例19は、Niの価数が2.45を超えているため、放電容量が小さかった。
例20、21は、c/(b+c+d+e)が0.25を超えているため、放電容量が小さかった。
Since Examples 1 to 15 are represented by the formula I and the valence number of Ni is 2.15 to 2.45, the discharge capacity is large, and the decrease of the discharge voltage due to the repetition of charge and discharge cycles is suppressed. .
In particular, in Examples 9 to 11 in which the lithium-containing composite oxide contains another metal element M, and in Examples 12 to 15 in which the coating has on the surface of the lithium-containing composite oxide, the discharge voltage is lowered by repeating charge and discharge cycles. Was well suppressed. In Examples 7 and 8 in which the lithium-containing composite oxide did not contain Co, DCR became high.
In Examples 16 to 18, since the valence number of Ni was less than 2.15, the discharge capacity was small, and the decrease in the discharge voltage due to the repetition of charge and discharge cycles was large.
In Example 19, the discharge capacity was small because the valence of Ni exceeded 2.45.
In Examples 20 and 21, since c / (b + c + d + e) exceeds 0.25, the discharge capacity was small.
本発明のリチウム含有複合酸化物によれば、放電容量が大きく、かつ充放電サイクルを繰り返すことによる放電電圧の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池を得ることができる。 According to the lithium-containing composite oxide of the present invention, it is possible to obtain a lithium ion secondary battery which has a large discharge capacity and in which a decrease in discharge voltage due to repeated charge and discharge cycles is suppressed.
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
例1〜15は実施例であり、例16〜21は比較例である。例1〜2、4〜6、9〜15は参考例とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
Examples 1 to 15 are Examples, and Examples 16 to 21 are Comparative Examples. Examples 1-2, 4-6, 9-15 are used as reference examples.
Claims (9)
LiaNibCocMndMeO2 式I
ただし、Mは、Na、Mg、Ti、Zr、Al、WおよびMoからなる群から選ばれる1種以上であり、
a+b+c+d+e=2であり、
1.1≦a/(b+c+d+e)≦1.4 であり、
0.2≦b/(b+c+d+e)≦0.5 であり、
0 ≦c/(b+c+d+e)≦0.25であり、
0.3≦d/(b+c+d+e)≦0.6 であり、
0 ≦e/(b+c+d+e)≦0.1 である。 It is represented by the following formula I, and the valence of Li is 1, the valence of Co is 3, the valence of Mn is 4, the valence of Na is 1, the valence of Mg is 2, the valence of Ti is 4, When the valence of Zr is 4, the valence of Al is 3, the valence of W is 6, the valence of Mo is 6 and the valence of oxygen (O) is −2, the valence of Ni is 2. Lithium containing complex oxide which is 15-2.45.
Li a Ni b Co c Mn d M e O 2 Formula I
However, M is one or more selected from the group consisting of Na, Mg, Ti, Zr, Al, W and Mo;
a + b + c + d + e = 2,
1.1 ≦ a / (b + c + d + e) ≦ 1.4,
0.2 ≦ b / (b + c + d + e) ≦ 0.5,
0 ≦ c / (b + c + d + e) ≦ 0.25,
0.3 ≦ d / (b + c + d + e) ≦ 0.6,
It is 0 <= e / (b + c + d + e) <= 0.1.
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