JP2020107601A - Lithium cobalt oxide positive electrode active material and secondary battery using the same - Google Patents

Lithium cobalt oxide positive electrode active material and secondary battery using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2020107601A
JP2020107601A JP2019188421A JP2019188421A JP2020107601A JP 2020107601 A JP2020107601 A JP 2020107601A JP 2019188421 A JP2019188421 A JP 2019188421A JP 2019188421 A JP2019188421 A JP 2019188421A JP 2020107601 A JP2020107601 A JP 2020107601A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
active material
electrode active
secondary battery
bond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019188421A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7531268B2 (en
Inventor
久仁子 智原
Kuniko Tomohara
久仁子 智原
松原 恵子
Keiko Matsubara
恵子 松原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
Priority to KR1020190174453A priority Critical patent/KR102337900B1/en
Publication of JP2020107601A publication Critical patent/JP2020107601A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7531268B2 publication Critical patent/JP7531268B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00Compounds of aluminium
    • C01F7/48Halides, with or without other cations besides aluminium
    • C01F7/50Fluorides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G51/00Compounds of cobalt
    • C01G51/40Cobaltates
    • C01G51/42Cobaltates containing alkali metals, e.g. LiCoO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/85Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by XPS, EDX or EDAX data
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/80Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

To provide a positive electrode active material having a high capacity retention rate in high voltage charge/discharge (at high temperature).SOLUTION: A positive electrode active material for a secondary battery includes lithium cobalt oxide represented by the chemical formula: LixCoO2 (0.1<x<1.0), and the lithium cobalt oxide includes at least a Co-F bond and a Co-O bond as an atomic bonding group.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、コバルト酸リチウム正極活物質、特に、特定の原子結合基を備えたコバルト酸リチウム正極活物質及びそれを用いた二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium cobalt oxide positive electrode active material, particularly to a lithium cobalt oxide positive electrode active material having a specific atomic bonding group and a secondary battery using the same.

近年、モバイルツール、電気モーターの開発及び普及に伴って、高容量のエネルギー源が求められており、その代表的な例として、二次電池が挙げられる。特に、リチウムイオン二次電池は、平均動作電圧が高く、高容量である為、モバイル及び定置型パーソナルコンピューター(PC)のみならず、蓄電池用大型電源・車両搭載用高出力電源としても、その汎用範囲が急速に拡大している。 In recent years, with the development and spread of mobile tools and electric motors, a high-capacity energy source has been required, and a typical example thereof is a secondary battery. In particular, the lithium-ion secondary battery has a high average operating voltage and a high capacity, so it can be used not only for mobile and stationary personal computers (PCs), but also for large-scale power sources for storage batteries and high-output power sources for vehicles. The range is expanding rapidly.

また、駆動電源用二次電池としての応用範囲拡大に伴い、高エネルギー密度を有する新たな二次電池用活物質の開拓及び開発が行われており、更なるエネルギー密度の向上と出力特性の改善を図る新たな二次電池用正極活物質の開発が活発化している。 In addition, with the expansion of the range of applications as secondary batteries for driving power sources, new active materials for secondary batteries with high energy density are being pioneered and developed, further improving energy density and improving output characteristics. The development of new positive electrode active materials for secondary batteries is being actively pursued.

二次電池用正極活物質であるLiCoO2の理論容量は274mAh/gを呈するが、実際、充放電サイクル寿命の長期化を図るため、充放電容量は160mAh/g程度に抑えられている。このように、現在の酸化物系正極活物質においては、理論的に利用できるレドックス量に余裕がある為、充電電圧の上限を上げてリチウム挿入脱離範囲を広げる事で、より多くの容量及びより高い平均作動電圧を確保し、エネルギー密度の向上を図る試みがなされている。 The theoretical capacity of LiCoO 2 that is a positive electrode active material for a secondary battery exhibits 274 mAh/g, but in actuality, the charging/discharging capacity is suppressed to about 160 mAh/g in order to prolong the charging/discharging cycle life. Thus, in the current oxide-based positive electrode active material, there is a margin in the redox amount that can be theoretically used, so by increasing the upper limit of the charging voltage and expanding the lithium insertion/desorption range, more capacity and Attempts have been made to ensure a higher average operating voltage and improve the energy density.

しかしながら、理論的に、充電電圧を上げる事でより高いエネルギー密度を達成することは可能であるが、電解液の分解電圧を考慮すると、従来技術ではサイクル寿命及び安全性を確保する事が困難であり、特にサイクルの急劣化は実用化に向けて大きな課題となっている。 However, theoretically, it is possible to achieve a higher energy density by increasing the charging voltage, but considering the decomposition voltage of the electrolytic solution, it is difficult to ensure cycle life and safety in the conventional technology. In particular, rapid deterioration of the cycle has become a major issue for practical use.

また、二次電池の用途範囲の広汎化及び多様化により、例えば、40℃超過という高温環境下、或は零度未満のマイナス温度環境下、といった過酷な温度環境下でも稼働できる温度安定性に優れた二次電池が要求されている。 Also, due to the widespread and diversified application range of the secondary battery, it has excellent temperature stability such that it can operate even under severe temperature environment such as high temperature environment above 40°C or minus temperature environment below 0°C. A secondary battery is required.

従来、サイクル特性向上等を目的として、正極材料に酸化物及びフッ化物等の表面層を形成させ、電解液の分解及び酸化を抑制する手法が提案されている。 Conventionally, for the purpose of improving cycle characteristics and the like, a method has been proposed in which a surface layer of an oxide, a fluoride or the like is formed on a positive electrode material to suppress decomposition and oxidation of an electrolytic solution.

正極活物質に酸化物を被覆する手法として、例えば、非特許文献1〔Y. Akira, et al., J. Electro. Chem. Soc., 164 (1) A6116−A6122 (2017)〕によれば、電気化学的に不活性な化合物、例えば酸化アルミニウムを用いて、表面にLiAlO2−LiCoO2固溶体を形成し、表面原子の再配列による酸素欠損やスピネル転移を抑制する手段が提案されている。しかしながら、当該提案であっても、高電圧系正極活物質では長期サイクルに亘り安定した駆動性を保つことは困難であり、未だ、実用化には多くの課題が残されている。 As a method of coating the positive electrode active material with an oxide, for example, Non-Patent Document 1 [Y. Akira, et al., J. Am. Electro. Chem. Soc. , 164 (1) A6116-A6122 (2017)], an electrochemically inactive compound such as aluminum oxide is used to form a LiAlO 2 —LiCoO 2 solid solution on the surface and rearranges the surface atoms. Means for suppressing oxygen deficiency and spinel transition have been proposed. However, even with this proposal, it is difficult for the high-voltage positive electrode active material to maintain stable drivability over a long-term cycle, and many problems remain for practical use.

また、正極活物質にフッ化物を被覆した技術としては、例えば、特許文献1(特表2014−531718号公報)では、アルミニウム塩を含む水溶液にNH4Fを含む形成溶液を使用して、活物質を被覆しサイクル特性を改善する方法が提案されている。しかしながら、被覆工程における正極活物質の溶出及び前記形成溶液が大量に必要である等の解決すべき課題が多い。また、特許文献2(特開2009−164139号公報)並びに特許文献3(特表2006−514913号公報)では、常温或いは低温でフッ素ガスやフッ化水素(HF)を使用し、表面金属をフッ素化する手法が提案されている。 In addition, as a technique of coating a positive electrode active material with a fluoride, for example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2014-53718), a forming solution containing NH 4 F in an aqueous solution containing an aluminum salt is used. Methods have been proposed for coating materials to improve cycle characteristics. However, there are many problems to be solved such as elution of the positive electrode active material and a large amount of the forming solution in the coating step. Further, in Patent Document 2 (JP 2009-164139 A) and Patent Document 3 (JP 2006-514913 A), fluorine gas or hydrogen fluoride (HF) is used at room temperature or low temperature, and the surface metal is fluorine. The method of making it real is proposed.

しかし、フッ化物(ガス)の取扱い及び安全性に注意が必要であり、人体への影響、周辺環境の保全及び作業効率等、改善すべき余地がある。又、強力な酸化剤であるフッ素系ガスは、殆ど全ての原子と反応しうるが、直接フッ素化法(ガス)によって導入されたフッ素は遷移金属よりも、ある程度優先的にLiと相合作用する。しかしながら、極めて高い電気陰性度を有するフッ素に結合するリチウムのイオンキャリアとしての寄与は消滅する為、エネルギー密度を確保する為には表面原子に総合作用するフッ素の相手はリチウム以外の元素であることが好ましい。 However, attention must be paid to the handling and safety of fluoride (gas), and there is room for improvement in terms of effects on the human body, preservation of the surrounding environment, and work efficiency. Fluorine gas, which is a strong oxidant, can react with almost all atoms, but fluorine introduced by the direct fluorination method (gas) interacts with Li to some extent preferentially over transition metal. .. However, since the contribution of lithium bound to fluorine, which has an extremely high electronegativity, as an ion carrier disappears, in order to secure the energy density, the partner of fluorine that totally acts on the surface atoms must be an element other than lithium. Is preferred.

よって、今尚、取扱容易性、安全性、作業効率向上、電池性能の向上等の観点から、新たな正極活物質の研究及び開発が要求されている。 Therefore, research and development of new positive electrode active materials are still required from the viewpoints of ease of handling, safety, improvement of work efficiency, improvement of battery performance and the like.

特表2014−531718号公報Japanese Patent Publication No. 2014-531718 特開2009−164139号公報JP, 2009-164139, A 特表2006−514913号公報Japanese Patent Publication No. 2006-514913

Y. Akira, et al., J. Electro. Chem. Soc., 164 (1) A6116−A6122 (2017)Y. Akira, et al., J. Am. Electro. Chem. Soc. , 164 (1) A6116-A6122 (2017)

本発明は、正極活物質に特定の原子結合基を備えてなることにより、高い電池容量、高い平均作動電圧を確保し、エネルギー密度の向上を図ることができるとの知見に基づいてなされたものである。 The present invention has been made based on the finding that by providing a positive electrode active material with a specific atomic bond group, a high battery capacity, a high average operating voltage can be secured, and an energy density can be improved. Is.

〔本発明の一の態様〕
本発明の一の態様は以下の通りである。
〔1〕 二次電池用正極活物質であって、
二次電池用正極活物質であって、
化学式:LixCoO2(0.1<x<1.0)で表されるコバルト酸リチウムを備えてなり、
前記コバルト酸リチウムは、原子結合基として、少なくとも、Co-F結合及びCo-O結合を備えてなり、
X線光電子分光法(XPS)により、
前記Co-F結合に対するCo2p3/2ピークが780.5−779.5eVに現れてなり、及び、
前記Co-O結合に対するCo2p3/2ピークが781−783eVに現れてなる、二次電池用正極活物質。
〔2〕 前記Co-F結合由来Co2p3/2ピークに対する前記Co-O結合由来Co2p3/2ピークのピーク面積比S(CoF)/S(CoO)が、0.05以上0.12以下である、〔1〕に記載の二次電池用正極活物質。
〔3〕 前記原子結合基として、活物質表面にAl-F結合、Al-O結合、及びAl-Co結合からなる群から選択されてなる一種又は二種以上の混合物を備えてなる、〔1〕又は〔2〕に記載の二次電池用正極活物質。
〔4〕 前記原子結合基を構成するAl原子が、前記二次電池用正極活物質の全質量に対して、0.03質量%以上0.35質量%以下で存在してなる、〔3〕に記載の二次電池用正極活物質。
〔5〕 前記原子結合基が、前記コバルト酸リチウムの構成原子及び/又はフッ化アルミニウム(AlF3)の構成原子由来のものである、〔1〕〜〔4〕の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質。
〔6〕 前記Co−F結合におけるCo原子が3価又は2価である、〔1〕〜〔5〕の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質。
〔7〕 前記Co−F結合におけるCo原子が3価である、〔1〕〜〔6〕の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質。
〔8〕 正極であって、
集電体と、〔1〕〜〔7〕の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質を備えてなる、正極。
〔9〕 二次電池であって、
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータとを備えてなり、前記正極が、〔8〕に記載のものである、二次電池。
〔10〕 〔1〕〜〔7〕の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質の製造方法であって、
フッ化アルミニウム(AlF3)と極性溶媒とを混合し、フッ化アルミニウムゾル組成物を調製し、
前記化学式で表されるコバルト酸リチウムを前記フッ化アルミニウムゾル組成物で処理し、二次電池用正極活物質前駆体を調製し、
前記二次電池用正極活物質前駆体を焼成もしくは乾燥し、
前記コバルト酸リチウムの表面に、原子結合基として、少なくとも、Co−F結合及びCo−O結合を形成してなることを含んでなる、製造方法。
〔11〕 〔10〕に記載の二次電池用正極活物質の製造方法よって得られた、〔1〕〜〔7〕の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質。
[One Embodiment of the Present Invention]
One aspect of the present invention is as follows.
[1] A positive electrode active material for a secondary battery,
A positive electrode active material for a secondary battery,
Chemical formula: Li x CoO 2 (0.1<x<1.0)
The lithium cobalt oxide has at least a Co—F bond and a Co—O bond as an atomic bonding group,
By X-ray photoelectron spectroscopy (XPS),
A Co2p3/2 peak for the Co—F bond appears at 780.5-779.5 eV, and
A positive electrode active material for a secondary battery, wherein a Co2p3/2 peak for the Co-O bond appears at 781-783eV.
[2] A peak area ratio S(CoF)/S(CoO) of the Co—O bond-derived Co2p3/2 peak to the Co—F bond-derived Co2p3/2 peak is 0.05 or more and 0.12 or less, The positive electrode active material for a secondary battery according to [1].
[3] As the atom-bonding group, one or a mixture of two or more kinds selected from the group consisting of Al-F bond, Al-O bond, and Al-Co bond is provided on the surface of the active material. ] Or the positive electrode active material for secondary batteries as described in [2].
[4] The Al atoms constituting the atomic bonding group are present in an amount of 0.03 mass% or more and 0.35 mass% or less with respect to the total mass of the positive electrode active material for a secondary battery, [3] 5. A positive electrode active material for a secondary battery according to.
[5] The atom bonding group according to any one of [1] to [4], which is derived from a constituent atom of the lithium cobalt oxide and/or a constituent atom of aluminum fluoride (AlF 3 ). Positive electrode active material for secondary batteries.
[6] The positive electrode active material for a secondary battery according to any one of [1] to [5], wherein the Co atom in the Co—F bond is trivalent or divalent.
[7] The positive electrode active material for a secondary battery according to any one of [1] to [6], wherein the Co atom in the Co—F bond is trivalent.
[8] A positive electrode,
A positive electrode comprising a current collector and the positive electrode active material for a secondary battery according to any one of [1] to [7].
[9] A secondary battery,
A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode is as described in [8].
[10] A method for producing a positive electrode active material for a secondary battery according to any one of [1] to [7],
Aluminum fluoride (AlF 3 ) and a polar solvent are mixed to prepare an aluminum fluoride sol composition,
Lithium cobalt oxide represented by the chemical formula is treated with the aluminum fluoride sol composition to prepare a positive electrode active material precursor for a secondary battery,
Firing or drying the positive electrode active material precursor for the secondary battery,
A production method comprising forming at least a Co—F bond and a Co—O bond as an atom bonding group on the surface of the lithium cobalt oxide.
[11] The positive electrode active material for a secondary battery according to any one of [1] to [7], which is obtained by the method for producing a positive electrode active material for a secondary battery according to [10].

本発明による特定の原子結合基を表面に備えたコバルト酸リチウム正極活物質によれば、正極活物質表面における電解液の分解反応が抑制され、大幅なサイクル寿命向上が実現できる。特に、正極活物質表面における特定の原子結合基の存在により、高温下で利用され、リチウム基準で4.5V以上(特に好ましくは4.55V以上)の高電圧で印加される系に対し極めて優れた二次電池性能を発揮させることができる。 According to the lithium cobalt oxide positive electrode active material having the specific atom-bonding group on the surface according to the present invention, the decomposition reaction of the electrolytic solution on the surface of the positive electrode active material is suppressed, and the cycle life can be significantly improved. In particular, due to the presence of a specific atom-bonding group on the surface of the positive electrode active material, it is extremely excellent for a system that is used at high temperature and is applied with a high voltage of 4.5 V or higher (particularly preferably 4.55 V or higher) based on lithium The secondary battery performance can be exhibited.

本発明による製造方法によれば、特異性及び安全性に優れたフッ化アルミニウムと極性溶媒を使用することにより、原子結合基形成(処理、被覆)工程おいて、安全性確保、作業容易性、周辺環境の保全、及び製造効率向上を確保しながら、コバルト酸リチウム正極材料表面に特定の原子結合基を形成することが可能となる。 According to the production method of the present invention, by using aluminum fluoride having excellent specificity and safety and a polar solvent, in the step of forming an atomic bond group (treatment, coating), ensuring safety, workability, It becomes possible to form a specific atomic bonding group on the surface of the lithium cobalt oxide positive electrode material while ensuring the protection of the surrounding environment and the improvement of manufacturing efficiency.

図1は、実施例1−1及び比較例について、25℃におけるサイクル特性を示したものである。FIG. 1 shows cycle characteristics at 25° C. for Example 1-1 and Comparative Example. 図2は、実施例1−1乃至1−3及び比較例について、45℃におけるサイクル特性を示したものである。FIG. 2 shows cycle characteristics at 45° C. for Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Example. 図3は、50サイクル目における、AlF3処理量に対する容量維持率推移を示したものである。FIG. 3 shows changes in the capacity retention rate with respect to the AlF 3 treatment amount at the 50th cycle. 図4は、実施例2−1乃至2−3及び比較例の45℃におけるサイクル特性を示すものである。FIG. 4 shows cycle characteristics at 45° C. of Examples 2-1 to 2-3 and Comparative Example. 図5は、実施例1−1、実施例1−3、実施例2−2及び比較例のCo2pスペクトルを示すものである。FIG. 5 shows Co2p spectra of Example 1-1, Example 1-3, Example 2-2, and Comparative Example. 図6は、Co2p3/2スペクトルを各成分でピーク分離した結果を示したものである。FIG. 6 shows the result of peak separation of the Co2p3/2 spectrum for each component. 図7は、撹拌乾燥、前(a)、後(b)のAlF3粉末の粉末回折線パターンを示したものである。FIG. 7 shows powder diffraction line patterns of AlF 3 powder before (a) and after (b) with stirring and drying. 図8は、実施例1−1、実施例1−3、実施例2−2及び比較例のAl2pスペクトル比較を示したものである。FIG. 8 shows comparison of Al2p spectra of Example 1-1, Example 1-3, Example 2-2 and Comparative Example. 図9は、実施例1−1、実施例1−3、実施例2−2及び比較例のF1sスペクトル比較を示したものである。FIG. 9 shows comparison of F1s spectra of Example 1-1, Example 1-3, Example 2-2 and Comparative Example.

〔定義〕
(X線光電子分光法)
X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)は、試料、特に試料表面にX線を照射し、生じる光電子のエネルギーを測定することで、試料の構成元素と、その電子状態を分析する方法である。特に、XPSは、表面数nmに存在する元素に対して、定性分析及び定量分析のみならず、試料の特性を決定する化学結合状態を分析することに使用することができる。
[Definition]
(X-ray photoelectron spectroscopy)
X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analyzes a constituent element of a sample and its electronic state by irradiating a sample, particularly a sample surface with X-rays and measuring the energy of photoelectrons generated. Is the way. In particular, XPS can be used not only for qualitative analysis and quantitative analysis, but also for analyzing the chemical bond state that determines the characteristics of the sample, with respect to elements existing on the surface of several nm.

(体積累積粒度分布)
体積累積粒度分布は、一つの粉体の集合を仮定し、その粒度分布が求められたものであり、その粒度分布において、粉体の集団の全体積を100%として累積カーブを求めたとき、例えば、累積カーブが最小(min)、50%、最大(max)となる点の粒子径をそれぞれD(min)径、D(50)径、D90(max)径(μm)として表されるものである。実際には、マイクロトラック(レーザー回折・散乱法)では測定し、粒子の形状を球形と仮定し、解析ソフトを用いて個数基準等に換算して求めることができる。
(Volume cumulative particle size distribution)
The volume cumulative particle size distribution is a particle size distribution obtained by assuming a set of one powder, and in the particle size distribution, when the total volume of the powder group is 100% and the cumulative curve is obtained, For example, the particle diameter at the point where the cumulative curve becomes minimum (min), 50%, and maximum (max) is expressed as D(min) diameter, D(50) diameter, D90(max) diameter (μm), respectively. Is. Actually, it can be obtained by measuring with Microtrac (laser diffraction/scattering method), assuming that the shape of the particles is spherical, and converting it into a number standard etc. using analysis software.

(平均粒径)
本発明にあっては、平均粒径は、体積平均径(MV)であり、粒状物質について、体積基準(体積分布)を用いて測定することができ、例えば、マイクロトラック(レーザー回折・散乱法)等の方法及び装置を用いて体積分布を測定し、解析ソフトを用いて算出することができる。
(Average particle size)
In the present invention, the average particle diameter is a volume average diameter (MV), and can be measured using a volume standard (volume distribution) for a granular substance, for example, Microtrac (laser diffraction/scattering method). The volume distribution can be measured using a method and apparatus such as ), and can be calculated using analysis software.

(一次粒子・二次粒子)
本発明にあっては、「一次粒子」とは、基本的に、粒子一粒(基本粒子)のことを意味する。「一次粒子」の平均粒径は、通常、0超過1000nm以下程度であり、好ましくは、100nm以下程度である。「二次粒子」とは、この「一次粒子」が幾つか集まって形成された凝集体(又は造粒体)であるとして形成されてなるが、粒子状体を形成しているものである。
(Primary particles/Secondary particles)
In the present invention, the “primary particle” basically means one particle (basic particle). The average particle diameter of the “primary particles” is usually more than 0 and about 1000 nm or less, preferably about 100 nm or less. The “secondary particles” are formed as aggregates (or granules) formed by aggregating some “primary particles”, but they are particles.

〔コバルト酸リチウム正極活物質〕
(コバルト酸リチウム)
本発明は、正極活物質として、LixCoO2(0.1<x<1.0)を使用する。本発明にあっては、上記式中、xが1.0である、コバルト酸リチウム(LiCoO2)が好ましい。
[Lithium cobalt oxide positive electrode active material]
(Lithium cobaltate)
In the present invention, Li x CoO 2 (0.1<x<1.0) is used as the positive electrode active material. In the present invention, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) in which x is 1.0 in the above formula is preferable.

(原子結合基)
本発明による正極活物質は、前記正極活物質の表面に一種又は二種以上の原子結合基を備えてなるものである。本発明にあっては、コバルト酸リチウムの構成原子、フッ化アルミニウム(AlF3)の構成原子、及びこれらの構成原子とによる原子結合基によって構成されてなる。従って、本発明にあっては、Li、Co、O、Al、及びFからなる群から選択される一種又は二種以上の原子による原子結合基を備えてなる。
(Atomic bond group)
The positive electrode active material according to the present invention comprises one or more atomic bonding groups on the surface of the positive electrode active material. In the present invention, it is composed of the constituent atoms of lithium cobalt oxide, the constituent atoms of aluminum fluoride (AlF 3 ), and the atomic bonding group with these constituent atoms. Therefore, the present invention comprises an atom-bonding group consisting of one or more atoms selected from the group consisting of Li, Co, O, Al, and F.

原子結合基の存在により、Co高価数状態まで充放電を繰り返した時に発生する、スタッキングフォルト及びスピネル転移を抑制し、その結果、電解液へのCo溶出を防ぐことが可能で、更にフッ化結合基の存在により、充放電に付随する正極活物質表面上の副反応に対する、熱及び化学的安定性並びに耐還元性が極めて改善される為、安定した充放電サイクルを高い次元において実現することができる。 Due to the presence of the atomic bonding group, stacking fault and spinel transition, which occur when charging and discharging are repeated up to the high Co number state, can be suppressed, and as a result, Co elution into the electrolytic solution can be prevented, and further fluorinated bonding Due to the presence of the group, thermal and chemical stability and reduction resistance against side reactions on the surface of the positive electrode active material associated with charging and discharging are significantly improved, so that a stable charging and discharging cycle can be realized at a high level. it can.

例えば、Al−O結合によれば、表面金属孔食及び電解液反応を抑制し、特に、Co高価数状態でのLiCoO2構造安定化に寄与し、また、Co−F結合、Al−F結合等が正極活物質(粒子)の表面に共存する事で長期サイクルにわたり耐高電圧性を付与することが可能となる。 For example, the Al-O bond suppresses surface metal pitting and electrolytic solution reaction, and particularly contributes to the stabilization of the LiCoO 2 structure in the Co high-value state, and the Co-F bond and the Al-F bond. By coexisting with etc. on the surface of the positive electrode active material (particles), it becomes possible to impart high voltage resistance over a long-term cycle.

本発明にあっては、前記原子結合基は、例えば、Co−F結合、Co−O結合、Al−F結合、Al−O結合、及びAl−Co結合からなる群から選択される一種又は二種以上の混合物を挙げることができ、好ましくは、Co−F結合、Co−O結合、及びAl−O結合からなる群から選択される一種又は二種以上の混合物を挙げることができる。本発明にあっては、少なくともCo−F結合及びCo−O結合を備えてなるものである。 In the present invention, the atom-bonding group is, for example, one or two selected from the group consisting of Co—F bond, Co—O bond, Al—F bond, Al—O bond, and Al—Co bond. A mixture of one or more kinds can be mentioned, and preferably one or a mixture of two or more kinds selected from the group consisting of Co—F bond, Co—O bond, and Al—O bond can be mentioned. In the present invention, at least a Co—F bond and a Co—O bond are provided.

本発明にあっては、正極活物質の全質量(100質量%)を基準にして、Alは、0.03質量%以上0.35質量%以下で存在してよい。 In the present invention, Al may be present in an amount of 0.03% by mass or more and 0.35% by mass or less based on the total mass (100% by mass) of the positive electrode active material.

〈原子結合基形成〉
本発明にあっては、「原子結合基」は、コバルト酸リチウムの構成原子と、フッ化アルミニウム(AlF3)の構成原子とが、コバルト酸リチウムの表面において、固溶化又はイオン結合する等して形成されるものである。より具体的には、後記するが、コバルト酸リチウムをフッ化アルミニウムにより、化学結合(形成、処理又は被覆)することにより形成することができる。
<Atomic bond group formation>
In the present invention, the “atom-bonding group” means that the constituent atoms of lithium cobalt oxide and the constituent atoms of aluminum fluoride (AlF 3 ) are solid-solubilized or ion-bonded on the surface of lithium cobalt oxide. Is formed. More specifically, as will be described later, it can be formed by chemically bonding (forming, treating or coating) lithium cobalt oxide with aluminum fluoride.

本発明にあっては、上記形成処理の意味において、原子結合基が存在する部位を、機能層、表面層、処理層、又は被覆層ということがある。 In the present invention, in the meaning of the above-mentioned formation treatment, the site where the atomic bonding group exists may be referred to as a functional layer, a surface layer, a treatment layer, or a coating layer.

(ピーク)
本発明による正極活物質は、原子結合基が、X線光電子分光法(以下、「XPS」と云う。)解析により得られた、780.5−779.5eVに現れるCoFピークと、781−783eVに現れるCoOピークとを有するものである。
(peak)
In the positive electrode active material according to the present invention, the atomic bonding group has a CoF peak appearing at 780.5-779.5 eV and 781-783 eV, which are obtained by an X-ray photoelectron spectroscopy (hereinafter referred to as “XPS”) analysis. And a CoO peak appearing in.

(ピーク面積比S)
そして、好ましくは、前記CoFピークと前記CoOピークとの面積比S(CoF)/S(CoO)が、0.05以上0.12以下である。
(Peak area ratio S)
The area ratio S(CoF)/S(CoO) between the CoF peak and the CoO peak is preferably 0.05 or more and 0.12 or less.

本発明にあっては、コバルト酸リチウム正極活物質は粉状体が好ましい。コバルト酸リチウム正極活物質は、一次粒子が凝集して形成された二次粒子、又は、一次粒子及び二次粒子の混合物で構成されてなるものが好ましい。この場合、一次粒子及び二次粒子の平均粒径はそれぞれ、2μm以上20μm以下である。 In the present invention, the lithium cobalt oxide positive electrode active material is preferably a powder. The lithium cobalt oxide positive electrode active material is preferably composed of secondary particles formed by aggregating primary particles or a mixture of primary particles and secondary particles. In this case, the average particle diameter of each of the primary particles and the secondary particles is 2 μm or more and 20 μm or less.

平均粒径が上記下限値以上とすることにより、集電体への塗布が容易となり、かつ、充放電における電解液との表面反応を抑制し、サイクル劣化を有意に防止することが可能となる。また、平均粒径が上記上限値以下とすることにより、正極充填時に空隙の発生を有意に防止することができ、かつ、充填性効率を向上させることができる。また、大小異なる粒径の粉末を混ぜることで充填率を上げることも可能である。 By setting the average particle diameter to the above lower limit or more, application to the current collector becomes easy, and the surface reaction with the electrolytic solution during charge/discharge can be suppressed, and cycle deterioration can be significantly prevented. .. Further, by setting the average particle diameter to be equal to or less than the above upper limit, it is possible to significantly prevent the generation of voids at the time of filling the positive electrode and improve the filling efficiency. It is also possible to increase the filling rate by mixing powders of different particle sizes.

〔正極活物質の製造方法〕
(原料準備)
本発明にあっては、コバルト酸リチウムと、フッ化アルミニウム(AlF3)と、極性溶媒とを用意する。
[Method for producing positive electrode active material]
(Raw material preparation)
In the present invention, lithium cobalt oxide, aluminum fluoride (AlF 3 ) and a polar solvent are prepared.

〈正極活物質〉
正極活物質は上記した通りリチウムコバルト酸化物LixCoO2(0.1<x<1.0)を使用する。
<Cathode active material>
As the positive electrode active material, the lithium cobalt oxide Li x CoO 2 (0.1<x<1.0) is used as described above.

〈フッ化アルミニウム(AlF3)〉
本発明においては、従来の製造法によってフッ化アルミニウムを調製してもよく、また、市販品を原料とすることも可能である。市販品としては、例えば、AlF3(富士フィルム和光純薬株式会社製;密度2.882g/cm3)を使用することが可能である。本発明にあっては、好ましくは、リチウムコバルト酸化物に対し緩やかな反応が期待できる中間生成物AlF3ゾルによる原子結合形成工程を経ることにより、選択的にCoをフッ素化する事ができる。
<Aluminum fluoride (AlF 3)>
In the present invention, aluminum fluoride may be prepared by a conventional production method, or a commercially available product may be used as a raw material. As a commercially available product, for example, AlF 3 (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.; density 2.882 g/cm 3 ) can be used. In the present invention, preferably, Co can be selectively fluorinated by undergoing an atomic bond forming step using an intermediate product AlF 3 sol, which can be expected to react slowly with lithium cobalt oxide.

本発明にあっては、後記するゾル組成物として調製することを考慮すると、不純物が少ないフッ化アルミニウムを使用することが好ましい。本発明にあっては、フッ化アルミニウムは、Alの含有量が、フッ化アルミニウム全質量(100%)に対して、25質量%以上40質量%以下であり、好ましく32質量%以下である。また、フッ化アルミニウムの平均粒径は、極性溶媒に溶解する範囲内であればいずれであってもよいが、可溶性を考慮すると10μm以下であることが好ましい。 In the present invention, considering that it is prepared as a sol composition described later, it is preferable to use aluminum fluoride containing few impurities. In the present invention, the aluminum content of aluminum fluoride is 25% by mass or more and 40% by mass or less, preferably 32% by mass or less, based on the total mass (100%) of aluminum fluoride. Further, the average particle size of aluminum fluoride may be any as long as it is within a range in which it can be dissolved in a polar solvent, but in consideration of solubility, it is preferably 10 μm or less.

原子結合基を形成するフッ化アルミニウムゾルの含有量は、コバルト酸リチウム正極活物質100(質量%)とした時に、AlF3固形分として、0.05質量%以上5質量%以下であり、好ましくは0.3質量%以上3質量%以下であり、より好ましくは、0.1質量%以上1質量%以下である。コバルト酸リチウム正極活物質の含有量が上記の数値範囲内にあることにより、コバルト酸リチウム正極活物質の表面に所望の原子結合基を形成することが可能となる。 The content of the aluminum fluoride sol forming the atomic bonding group is 0.05% by mass or more and 5% by mass or less, as AlF 3 solid content, when the lithium cobalt oxide positive electrode active material 100 (mass%) is used, Is 0.3% by mass or more and 3% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 1% by mass or less. When the content of the lithium cobalt oxide positive electrode active material is within the above numerical range, it becomes possible to form a desired atomic bond group on the surface of the lithium cobalt oxide positive electrode active material.

〈極性溶媒〉
極性溶媒は、ゾル組成物を調製する上で使用されるものである。極性溶媒としては、水(純水、蒸留水、イオン交換水、無イオン水)、アルコール(炭素数5以下の低級アルコール、好ましくは、メタノール、エタノール、プロパノール)、ケトン(アセトン)、低級ジオール(エチレングリコール)等の一種又は二種以上の混合物が使用できる。
<Polar solvent>
The polar solvent is used in preparing the sol composition. As the polar solvent, water (pure water, distilled water, ion-exchanged water, non-ionized water), alcohol (lower alcohol having 5 or less carbon atoms, preferably methanol, ethanol, propanol), ketone (acetone), lower diol ( One kind or a mixture of two or more kinds such as ethylene glycol) can be used.

(フッ化アルミニウムゾル組成物調製)
本発明にあっては、前記フッ化アルミニウム(AlF3)と、前記極性溶媒と、任意の添加剤(必要に応じて)を混合し、フッ化アルミニウムゾル組成物を調製する。混合手法は、通常の手法であってよく、また、混合機又は撹拌機等を使用してもよく、必要に応じて加温してもよい。
(Preparation of aluminum fluoride sol composition)
In the present invention, the aluminum fluoride sol composition is prepared by mixing the aluminum fluoride (AlF 3 ), the polar solvent, and any additive (as required). The mixing method may be an ordinary method, a mixer, a stirrer, or the like may be used, and heating may be performed as necessary.

フッ化アルミニウム(AlF3)の含有量は、極性溶媒の全質量を100(質量%)とした時に1.0質量%以下程度であれば、所望のフッ化アルミニウムゾル組成物を得ることができる。 If the content of aluminum fluoride (AlF 3 ) is about 1.0 mass% or less when the total mass of the polar solvent is 100 (mass %), a desired aluminum fluoride sol composition can be obtained. ..

(原子結合基の形成工程)
本発明にあっては、前記フッ化アルミニウムゾル組成物に、コバルト酸リチウム正極活物質を混合する。
(Atom bond forming process)
In the present invention, a lithium cobalt oxide positive electrode active material is mixed with the aluminum fluoride sol composition.

本発明にあっては、前記フッ化アルミニウムゾル組成物とコバルト酸リチウム正極活物質の混合物(以下、単に、「混合物」という)を撹拌混合し、又は、前記混合物を静置する。混合又は撹拌は、混合機又は撹拌機を用いて行うことができ、好ましくは実施例で説明する方法で行うことがきる。静置は、前記混合物の量にもよるが、通常は、1日から2日程度である。 In the present invention, the mixture of the aluminum fluoride sol composition and the lithium cobalt oxide positive electrode active material (hereinafter, simply referred to as “mixture”) is stirred and mixed, or the mixture is allowed to stand. Mixing or stirring can be performed by using a mixer or a stirrer, and preferably by the method described in the examples. The standing is usually about 1 to 2 days, although it depends on the amount of the mixture.

前記混合物は、攪拌しながら、加熱乾燥する(100℃以上180℃以下、好ましくは、110℃以上150℃以下)。又、前記の静置した混合物は濾過乾燥する。濾過は、通常の手法で行ってよく、簡易及び経済性から固液分離濾過であってよい。濾過後、通常状態で乾燥してもよく、乾燥温度は100℃以上が好ましく、真空下で120℃加熱乾燥する事がより好ましい。これにより、粉体状の混合物を得ることができる。本発明にあっては、この乾燥工程により、所望の原子結合基を備えたコバルト酸リチウム正極活物質を得てもよい。また、この乾燥工程により、原子結合基を備えたコバルト酸リチウム正極活物質前駆体として、次工程の焼成工程へ付してもよい。 The mixture is dried by heating with stirring (100° C. or higher and 180° C. or lower, preferably 110° C. or higher and 150° C. or lower). Further, the above-mentioned mixture left to stand is filtered and dried. The filtration may be carried out by a usual method, and may be solid-liquid separation filtration because of its simplicity and economy. After filtration, it may be dried in a normal state, the drying temperature is preferably 100° C. or higher, and more preferably 120° C. is dried under vacuum. As a result, a powdery mixture can be obtained. In the present invention, a lithium cobalt oxide positive electrode active material having a desired atomic bond group may be obtained by this drying step. Further, by this drying step, a lithium cobalt oxide positive electrode active material precursor having an atom-bonding group may be subjected to the subsequent firing step.

(焙焼工程)
本発明にあっては、乾燥した前記混合物を400℃以上600℃以下で焼成するが、500℃近傍で加熱(焼成)することがより好ましい。この焼成工程により、より所望の原子結合基を備えたコバルト酸リチウム正極活物質を得ることができる。
(Roasting process)
In the present invention, the dried mixture is fired at 400° C. or higher and 600° C. or lower, but it is more preferable to heat (fire) at about 500° C. By this firing step, a lithium cobalt oxide positive electrode active material having a more desired atomic bonding group can be obtained.

好ましくは、フッ化物被覆正極活物質であって、フッ化アルミニウム(AlF3)と、極性溶媒と、正極活物質を用意し、前記フッ化アルミニウム(AlF3)と、前記極性溶媒とを混合し、フッ化アルミニウムゾル組成物を調製し、前記フッ化アルミニウムゾル組成物に、前記正極活物質を加熱混合し、又は、前記混合物を静置した後に濾過乾燥し、必要に応じて、400℃以上600℃以下の温度で焼成することを含んでなる製造方法で得られた、原子結合基を有するコバルト酸リチウム正極活物質を提案することが可能である。 Preferably, the positive electrode active material is a fluoride-coated positive electrode, aluminum fluoride (AlF 3 ), a polar solvent, and a positive electrode active material are prepared, and the aluminum fluoride (AlF 3 ) and the polar solvent are mixed. , An aluminum fluoride sol composition is prepared, the aluminum fluoride sol composition is heated and mixed with the positive electrode active material, or the mixture is allowed to stand and then filtered and dried, and if necessary, 400° C. or higher. It is possible to propose a lithium cobalt oxide positive electrode active material having an atom-bonding group, which is obtained by a production method including firing at a temperature of 600° C. or lower.

〔正極〕
本発明にあっては、本発明による正極活物質を備えた二次電池用正極を提案することができる。前記正極は、本発明による正極活物質(粉体)、導電剤、バインダー又は増粘剤等を添加した正極組成物を調製し、正極集電体上に形成することで調製することが可能である。
[Positive electrode]
In the present invention, a positive electrode for a secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention can be proposed. The positive electrode can be prepared by preparing a positive electrode composition to which the positive electrode active material (powder) according to the present invention, a conductive agent, a binder, a thickener or the like is added, and forming it on the positive electrode current collector. is there.

<集電体>
集電体は、正極充電電圧で電気化学的に安定に使用できるものであればいずれのものであってよく、例えば、銅、アルミニウム、ステンレススチール、チタン、銀、パラジウム、ニッケル、これらの合金、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるいずれか一種又は二種以上の混合物であってよい。また、前記ステンレススチールは、カーボン、ニッケル、チタン、又は銀で表面処理されてもよく、前記合金としては、アルミニウム−カドミウム合金を好ましく使用することができる。また、集電体は、その他にも、焼成炭素、導電材で表面処理された非伝導性高分子又は伝導性高分子などを使用することもできる。
<Current collector>
The current collector may be any as long as it can be used electrochemically stably at the positive electrode charging voltage, for example, copper, aluminum, stainless steel, titanium, silver, palladium, nickel, alloys thereof, And any one kind or a mixture of two or more kinds selected from the group consisting of these combinations. The stainless steel may be surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver, and an aluminum-cadmium alloy can be preferably used as the alloy. In addition, as the current collector, fired carbon, a non-conductive polymer surface-treated with a conductive material, a conductive polymer, or the like can also be used.

〈導電剤〉
導電材は電極に導電性を与えるものであり、電池において、化学変化を引き起こすことなく電子伝導性を有するものであれば、特に制限されることなく使用可能である。導電材の具体的な例としては、天然黒鉛又は人造黒鉛などの黒鉛;カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファネースブラック、ランプブラック、サーマルブラック、炭素繊維などの炭素系物質;銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の金属粉末又は金属繊維;酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー;酸化チタン等の導電性金属酸化物;或いは、ポリフェニレン誘導体等の伝導性高分子;からなる群から選択される一種又は二種以上の混合物が挙げられる。導電剤の含有量は、正極の全質量を基準にして、0.3質量%超過7質量%以下であり、好ましくは1.0質量%以上であり、4質量%以下であってよい。
<Conductive agent>
The conductive material imparts conductivity to the electrodes, and can be used without particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing a chemical change in the battery. Specific examples of the conductive material include graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, fanace black, lamp black, thermal black, and carbon fiber; Metal powder or metal fiber such as copper, nickel, aluminum, silver; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or conductive polymers such as polyphenylene derivatives Examples include one kind or a mixture of two or more kinds selected from the group. The content of the conductive agent may be 0.3% by mass or more and 7% by mass or less, preferably 1.0% by mass or more, and 4% by mass or less, based on the total mass of the positive electrode.

<バインダー>
バインダーは、正極活物質の粒子等間の付着、及び正極活物質と集電体との接着力を向上させる役割を担うものである。バインダーの具体的な例としては、ポリビニリデンフルオリド(PVDF)、ビニリデンフルオリド−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVDF−co−HFP)、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンポリマー(EPDM)、スルホン化−EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、又はこれらの多様な共重合体からなる群から選択される一種又は二種以上の混合物が挙げられる。前記バインダーは、正極活物質層の総重量に対して、1重量%以上30重量%以下程度で含有されてよい。
<Binder>
The binder plays a role of improving adhesion between particles of the positive electrode active material and the adhesion between the positive electrode active material and the current collector. Specific examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, Hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof. Examples include one kind or a mixture of two or more kinds selected from the group consisting of coalescence. The binder may be contained in an amount of 1% by weight or more and 30% by weight or less based on the total weight of the positive electrode active material layer.

〔二次電池〕
本発明にあっては、本発明による正極活物質を含む正極と、負極と、セパレータとにより構成される二次電池(好ましくは、リチウム二次電池)を提案することができる。
[Secondary battery]
In the present invention, a secondary battery (preferably a lithium secondary battery) composed of a positive electrode containing the positive electrode active material according to the present invention, a negative electrode, and a separator can be proposed.

本発明にあっては、本発明による正極活物質を採用してなることから、特に、高充電電圧を伴う充放電において、サイクル特性に優れた二次電池を提案することが可能となる。具体的には、本発明による二次電池によれば、1気圧、40℃の高温度、好ましくは45℃の高温下において、好ましくは、25℃以上60℃以下の温度領域において、好ましくは40℃以上60℃以下の温度(高温)領域において、更に好ましくは45℃において実行可能である。また、本発明によれば、カットオフ電圧(3Vから4.55V、好ましくは、4.5Vから4.55V、最も好ましくは4.55V)において実行可能な、安定したサイクル特性を有する二次電池を提供することが可能となる。 According to the present invention, since the positive electrode active material according to the present invention is adopted, it is possible to propose a secondary battery having excellent cycle characteristics, particularly in charging/discharging with a high charging voltage. Specifically, according to the secondary battery of the present invention, 1 atmosphere and a high temperature of 40° C., preferably a high temperature of 45° C., preferably in a temperature range of 25° C. or higher and 60° C. or lower, preferably 40° C. It can be carried out in a temperature range (high temperature) of 60° C. or higher and 60° C. or lower, more preferably 45° C. Further, according to the present invention, a secondary battery having stable cycle characteristics, which can be executed at a cutoff voltage (3V to 4.55V, preferably 4.5V to 4.55V, most preferably 4.55V). Can be provided.

(正極)
正極は上記した本発明のものを用いる。
(Positive electrode)
As the positive electrode, the one according to the present invention described above is used.

(負極)
前記負極は、負極活物質、導電剤、バインダー又は増粘剤等を添加した負極組成物を調製し、負極集電体上に形成することで調製することが可能である。
(Negative electrode)
The negative electrode can be prepared by preparing a negative electrode composition containing a negative electrode active material, a conductive agent, a binder, a thickener, etc., and forming the composition on the negative electrode current collector.

〈負極活物質〉
負極活物質としては、リチウムの可逆的に挿入・脱離が可能な化合物であれば、いずれの材料でもよい。具体的な例としては、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化炭素繊維、非晶質炭素などの炭素質材料;Si、Al、Sn、Pb、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金またはAl合金などのリチウムとの合金化が可能な金属質化合物;SiOx(0<x<2)、SnO2、バナジウム酸化物、リチウムバナジウム酸化物のようにリチウムをドープ及び脱ドープすることができる金属酸化物;またはSi−C複合体またはSn−C複合体のように、前記金属質化合物と炭素質材料を含む複合物などを挙げることができ、これらのうちいずれか一つまたは2以上の混合物が用いられてよい。さらに、前記負極活物質として金属リチウム薄膜が用いられてもよい。また、炭素材料は低結晶炭素及び高結晶性炭素などが全て用いられてよい。
<Negative electrode active material>
The negative electrode active material may be any material as long as it is a compound capable of reversibly inserting and releasing lithium. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloys. , Sn alloys, Al alloys, and other metallic compounds that can be alloyed with lithium; SiO x (0<x<2), SnO 2 , vanadium oxide, lithium vanadium oxide, such as lithium doping and dedoping A metal oxide that can be formed; or a complex including the metallic compound and a carbonaceous material, such as a Si—C complex or a Sn—C complex, and any one of these Alternatively, a mixture of two or more may be used. Furthermore, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. Further, as the carbon material, low crystalline carbon, high crystalline carbon and the like may all be used.

〈集電体〉
集電体は、二次電池に化学的変化を誘発せず、高い導電性を持つものであればよい。例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼結炭素、アルミニウムやステンレススチールの表面に、カーボン、ニッケル、チタン、銀からなる群より選択される一種又は二種以上の混合物などで表面処理したもの等が用いられる。
<Current collector>
The current collector may be any one that does not induce a chemical change in the secondary battery and has high conductivity. For example, surface treatment of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel surface with one or a mixture of two or more selected from the group consisting of carbon, nickel, titanium and silver. Those that have been used are used.

〈導電剤〉
導電剤は、二次電池に化学的変化を誘発しないものが好ましく、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(商品名)、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維;が挙げられる。導電剤の含有量は、負極の全質量を基準にして、0質量%超過5質量%以下であり、好ましくは0.5質量%以上であり、3質量%以下であってよい。
<Conductive agent>
It is preferable that the conductive agent does not induce a chemical change in the secondary battery. For example, graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black, acetylene black, Ketjen black (trade name), graphene, carbon nanotube, carbon nano Examples thereof include fibers, carbon black such as channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber. The content of the conductive agent may be more than 0% by mass and 5% by mass or less, preferably 0.5% by mass or more and 3% by mass or less, based on the total mass of the negative electrode.

〈バインダー〉
バインダーとしては、水系又は溶剤系のものが挙げられ、水系のものとしては、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリル酸、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン‐ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン‐トリクロロエチレン、ポリフッ化ビニリデン‐クロロトリフルオロエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアセテート、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリエチレンオキサイド、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、プルラン、カルボキシルメチルセルロース(CMC)、アクリロニトリル‐スチレン‐ブタジエン共重合体、アルキル変性カルボキシル基含有共重合体、ビニルエステルとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体からなる群より選択される一種又は二種以上の混合物が好ましくは挙げられる。
<binder>
Examples of the binder include water-based and solvent-based binders. Examples of the water-based binder include styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylic acid, polyimide, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and polyfluorine. Vinylidene fluoride-trichloroethylene, polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, ethylene vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl From alcohol, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl sucrose, pullulan, carboxymethyl cellulose (CMC), acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, alkyl-modified carboxyl group-containing copolymer, copolymer of vinyl ester and ethylenically unsaturated carboxylic acid ester Preference is given to one or a mixture of two or more selected from the group consisting of:

(セパレータ)
セパレータは、正極及び負極間に介在され、高いイオン透過度及び機械的強度を持つ絶縁性の薄膜が用いられる。一般に、セパレータの気孔直径は0.01〜10μmであり、厚さは5〜300μmである。このようなセパレータとしては、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー、ポリイミド、ガラス繊維又はポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが用いられ、さらに、安全性を高めるため、表面にアルミナ、チタニア、シリカなどの酸化物層があってもよい。電解質としてポリマーなどの固体電解質が用いられる場合には、固体電解質がセパレータを兼ねることができる。
(Separator)
The separator is an insulating thin film interposed between the positive electrode and the negative electrode and having high ion permeability and mechanical strength. Generally, the separator has a pore diameter of 0.01 to 10 μm and a thickness of 5 to 300 μm. As such a separator, for example, an olefin polymer such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobicity, a sheet or a non-woven fabric made of polyimide, glass fiber, polyethylene, or the like is used, and in order to enhance safety, There may be an oxide layer of alumina, titania, silica or the like on the surface. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte can also serve as the separator.

また、本発明にあっては、セパレータは、例えば、エチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン‐ブテン共重合体、エチレン‐ヘキセン共重合体及びエチレン‐メタクリレート共重合体からなる群より選択されたポリオレフィン系高分子を備えた多孔性高分子基材;ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィド及びポリエチレンナフタレートからなる群より選択された高分子を備えた多孔性高分子基材;有機物粒子又は無機物粒子(好ましい)とバインダー高分子との混合物とを備えた多孔性基材;又は、前記多孔性高分子基材の少なくとも一面上に有機物粒子又は無機物粒子(好ましい)とバインダー高分子との混合物から形成された多孔性コーティング層を備えた多孔性基材層等を使用することができる。 Further, in the present invention, the separator is, for example, selected from the group consisting of ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene-butene copolymer, ethylene-hexene copolymer and ethylene-methacrylate copolymer. A porous polymer substrate having a polyolefin-based polymer; selected from the group consisting of polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide and polyethylene naphthalate. Porous polymer substrate provided with a polymer; porous substrate provided with a mixture of organic or inorganic particles (preferred) and binder polymer; or on at least one surface of the porous polymer substrate A porous substrate layer having a porous coating layer formed from a mixture of organic particles or inorganic particles (preferred) and a binder polymer can be used.

多孔性基材(層)の場合、有機物粒子又は無機物粒子(好ましい)とバインダー高分子との混合物から形成された前記多孔性コーティング層では、有機物粒子又は無機物粒子(好ましい)粒子同士が互いに結着した状態を維持できるように、バインダー高分子がこれらを互いに付着(すなわち、バインダー高分子が有機物粒子又は無機物粒子同士の間を連結及び固定)しており、また、前記多孔性コーティング層は高分子バインダーによって前記多孔性高分子基材と結着した状態を維持する。このような多孔性コーティング層の有機物粒子又は無機物粒子は、実質的に互いに接触した状態で最密充填された構造で存在し、無機物粒子同士が接触した状態で生じるインタースティシャル・ボリューム(interstitial volume)が前記多孔性コーティング層の気孔になる。 In the case of a porous substrate (layer), in the porous coating layer formed from a mixture of organic particles or inorganic particles (preferred) and a binder polymer, organic particles or inorganic particles (preferred) particles are bound to each other. In order to maintain the above state, the binder polymer adheres them to each other (that is, the binder polymer connects and fixes the organic particles or the inorganic particles to each other), and the porous coating layer is a polymer. The binder maintains a state of being bound to the porous polymer substrate. The organic particles or the inorganic particles of the porous coating layer have a close-packed structure in a state of being substantially in contact with each other, and an interstitial volume (interstitial volume) generated when the inorganic particles are in contact with each other. ) Becomes pores of the porous coating layer.

本発明の好ましい態様によれば、リチウムイオンが外部電極にも容易に伝達されるためには、前記ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィド及びポリエチレンナフタレートからなる群より選択された高分子を備えた多孔性高分子基材に該当する不織布材質のセパレータを使用することができる。 According to a preferred embodiment of the present invention, in order for lithium ions to be easily transferred to an external electrode, the polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyether ether ketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide can be used. It is possible to use a separator made of a non-woven fabric material corresponding to a porous polymer substrate provided with a polymer selected from the group consisting of and polyethylene naphthalate.

〔非水系電解質〕
本発明にあっては、非水系電解質として、例えば、環状カーボネート及び/又は鎖状カーボネートを含むことができる。環状カーボネートの例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)などが挙げられる。鎖状カーボネートの例としては、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)及びメチルプロピルカーボネート(MPC)からなる群より選択された一種又は二種以上の混合物が好ましいが、これに限定されるものではなく、γ−ブチルラクトン(γ−BL)、テトラヒドロフラン(THF)、アセトニトリル及びその誘導体、並びにイオン液体からなる群より選択された一種又は二種以上の混合物などを用いてもよい。
[Non-aqueous electrolyte]
In the present invention, the non-aqueous electrolyte may contain, for example, a cyclic carbonate and/or a chain carbonate. Examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), and the like. As an example of the chain carbonate, one or a mixture of two or more selected from the group consisting of diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC) and methylpropyl carbonate (MPC) is preferable. However, the present invention is not limited thereto, and one or a mixture of two or more selected from the group consisting of γ-butyl lactone (γ-BL), tetrahydrofuran (THF), acetonitrile and its derivatives, and an ionic liquid is used. May be.

本発明にあっては、環状カーボネート及び鎖状カーボネートは任意の割合で混合して用いられる。一般に環状カーボネートは高誘電率・高粘度で、鎖状カーボネートは低誘電率・低粘度であるため、これらを適切に混合することにより、後述のリチウム塩を良好に溶解しつつ適当な粘度を有し、高いイオン伝導度の非水系電解質を得ることができる。 In the present invention, the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed and used at an arbitrary ratio. Generally, a cyclic carbonate has a high dielectric constant and high viscosity, and a chain carbonate has a low dielectric constant and low viscosity. Therefore, by appropriately mixing these, a lithium salt described later can be dissolved well while having an appropriate viscosity. However, a non-aqueous electrolyte having high ionic conductivity can be obtained.

その他の非水系電解質溶媒成分の含有量は、非水系電解質全質量(100質量%)を基準にして、下限値が5質量%以上であり、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、上限値が94質量%以下であり、好ましくは92質量%以下であり、より好ましくは90質量%以下である。含有量が上記数値範囲内とすることにより、非水系電解質の粘度及びイオン伝導度を適切な範囲とし、二次電池の大電流充放電特性に対応し易くなる。 The content of the other non-aqueous electrolyte solvent component is 5% by mass or more, preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or less, based on the total mass (100% by mass) of the non-aqueous electrolyte. It is at least mass% and the upper limit is at most 94 mass%, preferably at most 92 mass%, more preferably at most 90 mass%. By setting the content within the above numerical range, the viscosity and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be set to appropriate ranges, and it becomes easy to cope with the large current charge/discharge characteristics of the secondary battery.

〈リチウム塩〉
非水系電解質は、リチウム塩を含有することができる。リチウム塩の例としては、LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO22NLi、クロロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムからなる群より選択される一種又は二種以上の混合物が挙げられる。
<Lithium salt>
The non-aqueous electrolyte can contain a lithium salt. Examples of the lithium salt, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborate, lower aliphatic lithium carboxylate, and a mixture of two or more selected from the group consisting of lithium tetraphenylborate. To be

リチウム塩の含有量は、本発明の効果を損なわない限り、その含有量は特に制限されないが、電解質のイオン伝導度を良好な範囲とし、良好な二次電池特性を確保する観点から、非水系電解質全質量(100質量%)を基準にして、下限値が4質量%以上であり、好ましくは6質量%以上であり、より好ましくは8質量%以上であり、上限値が30質量%以下であり、好ましくは25質量%以下であり、より好ましくは20質量%以下である。リチウム塩の含有量を上記範囲内にすることによって、適正な粘度を有する高イオン伝導度の非水系電解質を構築ことができ、良好な二次電池特性を得ることができる。 The content of the lithium salt is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, but the ionic conductivity of the electrolyte is in a good range, from the viewpoint of ensuring good secondary battery characteristics, a non-aqueous system. Based on the total mass of the electrolyte (100 mass %), the lower limit value is 4 mass% or more, preferably 6 mass% or more, more preferably 8 mass% or more, and the upper limit value is 30 mass% or less. %, preferably 25 mass% or less, more preferably 20 mass% or less. By setting the content of the lithium salt within the above range, a high ionic conductivity non-aqueous electrolyte having an appropriate viscosity can be constructed, and good secondary battery characteristics can be obtained.

〈その他の非水電解質添加剤〉
本発明にあっては、非水電解質添加剤として、ビニレンカーボネート、ビフェニル、プロパンスルトン、及びジフェニルジスルフィドからなる群より選択された1種又は二種以上の混合物などを加えてもよい。
<Other non-aqueous electrolyte additives>
In the present invention, one or a mixture of two or more selected from the group consisting of vinylene carbonate, biphenyl, propane sultone, and diphenyl disulfide may be added as a non-aqueous electrolyte additive.

本願発明にあっては、リチウムイオンを伝導する非水系電解質は液体、固体のいずれであってもよく、好ましくは、液体である。固体(層形態を含む)とする場合には、例えば、PEO、PVdF、PVdF‐HFP、PMMA、PAN、又はPVAcを使用したゲル型高分子電解質;又は、PEO、ポリプロピレンオキサイド(PPO)、ポリエーテルイミン(PEI)、ポリエチレンスルフィド(PES)、又はポリビニルアセテート(PVAc)を使用した固体非水系電解質として製造することができる。 In the present invention, the non-aqueous electrolyte that conducts lithium ions may be either a liquid or a solid, and is preferably a liquid. In the case of a solid (including a layered form), for example, a gel type polyelectrolyte using PEO, PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN, or PVAc; or PEO, polypropylene oxide (PPO), polyether It can be manufactured as a solid non-aqueous electrolyte using imine (PEI), polyethylene sulfide (PES), or polyvinyl acetate (PVAc).

(製造方法)
本発明による二次電池は、通常の方法により正極及び負極間に多孔性のセパレータを挿入し、電解質を投入して製造することになる。本発明による二次電池は、円筒型、角型、パウチ型電池など、外形に関係なく用いられる。二次電池は、単一であっても、複数の二次電池として構成されてなるものであってよい。
(Production method)
The secondary battery according to the present invention is manufactured by inserting a porous separator between the positive electrode and the negative electrode and charging an electrolyte by a usual method. The secondary battery according to the present invention may be used as a cylindrical battery, a prismatic battery, a pouch battery, or the like regardless of the external shape. The secondary battery may be a single battery or a plurality of secondary batteries.

本発明の内容を以下の実施例を用いて説明するが、本発明の範囲は、これら実施例に限定して解釈されるものではない。また、本明細書に開示された様々な本発明の態様は、本実施例から当業者が容易に実施することができるものである。 The contents of the present invention will be described using the following examples, but the scope of the present invention should not be construed as being limited to these examples. In addition, various aspects of the present invention disclosed in this specification can be easily implemented by those skilled in the art from this embodiment.

(正極活物質調製1)
(1)正極活物質(LiCoO2)に対して、0.2重量%又は0.1重量%のフッ化アルミニウム(AlF3)に、0.18l/gのイオン交換水を加えて、フッ化アルミニウムゾル組成物を調製した。
(2)得られたフッ化アルミニウムゾル組成物それぞれに、正極活物質(LiCoO2)を加え、110〜150℃の温度範囲で加熱し、前記イオン交換水が蒸発するまで撹拌加熱乾燥した。得られた混合物(粉体)を、窒素還流下において500℃で2時間加熱し、フッ化物被覆正極活物を得た。このフッ化物被覆正極活物は、0.2重量%AlF3ゾル組成物で作成したものを実施例1−1及び0.1重量%AlF3ゾル組成物で作成したものを実施例1−2の二次電池の正極として用いた。
(3)正極活物質(LiCoO2)に対して、0.2重量%のフッ化アルミニウム(AlF3)に、0.18l/gのイオン交換水を加えて、フッ化アルミニウムゾル組成物を調製した。冷蔵庫(9℃)において1日(24時間)冷却静置した後、濾過した。得られた混合物(粉体)を、窒素還流下において500℃で2時間加熱(焼成)し、フッ化物被覆コバルト酸リチウム正極活物を得た。このフッ化物被覆コバルト酸リチウム正極活物は、実施例1−3の二次電池の正極として用いた。
(Preparation of positive electrode active material 1)
(1) With respect to the positive electrode active material (LiCoO 2 ), 0.28% by weight or 0.1% by weight of aluminum fluoride (AlF 3 ) was added with 0.18 l/g of ion-exchanged water to fluorinate. An aluminum sol composition was prepared.
(2) A positive electrode active material (LiCoO 2 ) was added to each of the obtained aluminum fluoride sol compositions, and the mixture was heated in a temperature range of 110 to 150° C., and was stirred, heated and dried until the ion-exchanged water was evaporated. The obtained mixture (powder) was heated under nitrogen reflux at 500° C. for 2 hours to obtain a fluoride-coated positive electrode active material. This fluoride-coated positive electrode active material was prepared with 0.2 wt% AlF 3 sol composition in Example 1-1 and 0.1 wt% AlF 3 sol composition was prepared in Example 1-2. Was used as the positive electrode of the secondary battery.
(3) Aluminum fluoride sol composition is prepared by adding 0.18 l/g of ion-exchanged water to 0.2% by weight of aluminum fluoride (AlF 3 ) with respect to the positive electrode active material (LiCoO 2 ). did. After cooling and standing in a refrigerator (9° C.) for 1 day (24 hours), the mixture was filtered. The obtained mixture (powder) was heated (baked) at 500° C. for 2 hours under nitrogen reflux to obtain a fluoride-coated lithium cobalt oxide positive electrode active material. This fluoride-coated lithium cobalt oxide positive electrode active material was used as the positive electrode of the secondary battery of Example 1-3.

(正極活物質調製2)
(1)正極活物質(LiCoO2)に対して、0.2重量%又は1.0重量%のフッ化アルミニウムに、0.18l/gのイオン交換水を加えて、フッ化アルミニウムゾル組成物を調製した。
(2)得られたフッ化アルミニウムゾル組成物それぞれに、正極活物質(LiCoO2)を加え、110〜150℃の温度範囲で加熱し、前記イオン交換水が蒸発するまで撹拌加熱乾燥した。得られた混合物(粉体)を、真空下において120℃で12時間加熱し、フッ化物被覆正極活物を得た。このフッ化物被覆正極活物は、0.2重量%AlF3ゾル組成物で作成したものを実施例2−1及び1.0重量%AlF3ゾル組成物で作成したものを実施例2−2の二次電池の正極として用いた。
(3)正極活物質(LiCoO2)に対して、0.2重量%のフッ化アルミニウムに、0.18l/gのイオン交換水を加えて、フッ化アルミニウムゾル組成物を調製した。冷蔵庫(9℃)において1日(24時間)冷却静置した後、濾過した。得られた混合物(粉体)を、真空下において120℃で12時間加熱し、フッ化物被覆コバルト酸リチウム正極活物を得た。このフッ化物被覆コバルト酸リチウム正極活物は、実施例2−3の二次電池の正極として用いた。
(Preparation of positive electrode active material 2)
(1) Aluminum fluoride sol composition obtained by adding 0.18 l/g of ion-exchanged water to 0.2% by weight or 1.0% by weight of aluminum fluoride based on the positive electrode active material (LiCoO 2 ). Was prepared.
(2) A positive electrode active material (LiCoO 2 ) was added to each of the obtained aluminum fluoride sol compositions, and the mixture was heated in a temperature range of 110 to 150° C., and was stirred, heated and dried until the ion-exchanged water was evaporated. The obtained mixture (powder) was heated under vacuum at 120° C. for 12 hours to obtain a fluoride-coated positive electrode active material. This fluoride-coated positive electrode active material was prepared from the 0.2% by weight AlF 3 sol composition in Example 2-1 and 1.0% by weight in the AlF 3 sol composition. Was used as the positive electrode of the secondary battery.
(3) An aluminum fluoride sol composition was prepared by adding 0.18 l/g of ion-exchanged water to 0.2% by weight of aluminum fluoride based on the positive electrode active material (LiCoO 2 ). After cooling and standing in a refrigerator (9° C.) for 1 day (24 hours), the mixture was filtered. The obtained mixture (powder) was heated under vacuum at 120° C. for 12 hours to obtain a fluoride-coated lithium cobalt oxide positive electrode active material. This fluoride-coated lithium cobalt oxide positive electrode active material was used as the positive electrode of the secondary battery of Example 2-3.

(電池の調製)
〈正極調製〉
上記で調製した被覆正極活物質それぞれ96重量%に、導電材としてカーボンブラック(商品名:SuperP:IMERYS社製)2重量%、結着剤としてポリフッ化ビニリデン2重量%を混合し、N−メチル2−ピロリドンを用いてスラリーとし、このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔に塗布して、130℃で乾燥し、約60μmの厚さになるようにプレス後、直径13mmの円形に打ち抜き、電極密度3.8〜3.9g/ccの正極を作製した。
〈負極調製〉
厚さ0.3mmの金属リチウムを、直径14mmの円形に打ち抜き対極を調製した。
〈電解質〉
エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート:ジエチルカーボネートを1:2:1の割合で混合し、LiPF6が1モル溶解されている電解質(液)を用いた。
〈調製〉
上記正極及び負極の間に高分子セパレータを介して、前記電解液を入れて、2016型コインセルを製造し、それぞれ、実施例1−1乃至実施例2−3の電池とした。
(Preparation of battery)
<Preparation of positive electrode>
96% by weight of each of the coated positive electrode active materials prepared above was mixed with 2% by weight of carbon black (trade name: SuperP: IMERYS) as a conductive material and 2% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and N-methyl was added. 2-Pyrrolidone was used as a slurry, and this slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried at 130° C., pressed to a thickness of about 60 μm, and then punched into a circle having a diameter of 13 mm to obtain an electrode density. A positive electrode of 3.8 to 3.9 g/cc was produced.
<Preparation of negative electrode>
A counter electrode was prepared by punching metal lithium having a thickness of 0.3 mm into a circle having a diameter of 14 mm.
<Electrolytes>
An electrolyte (liquid) in which ethylene carbonate:dimethyl carbonate:diethyl carbonate was mixed at a ratio of 1:2:1 and 1 mol of LiPF 6 was dissolved was used.
<Preparation>
The electrolytic solution was put between the positive electrode and the negative electrode via a polymer separator to produce 2016 type coin cells, which were batteries of Examples 1-1 to 2-3, respectively.

〔比較例〕
正極活物質調製1又は2を行わなかった正極活物質(LiCoO2)を用いた以外は、実施例1−1に準じた構成と手順で電池を作成し、比較例の電池とした。
[Comparative example]
A battery was prepared by a configuration and procedure according to Example 1-1, except that a positive electrode active material (LiCoO 2 ) which was not subjected to the positive electrode active material preparation 1 or 2 was used, and was used as a comparative battery.

〔評価試験1:容量維持評価〕
(1) 実施例及び比較例のコイン電池について、25℃と45℃との温度に保たれた恒温槽中で、電圧範囲を4.55V−3Vとして、充電0.5C、放電1Cの電流レートにて充放電を50回繰り返した。Cレートは1C=190mAhと規定した。その結果は、〔表1〕、〔図1〕〜〔図4〕に記載した通りであった。
(2) 比較例(非被覆)を基準(100)として、各実施例の25℃充放電測定における、初回放電容量、初回効率、2C/0.1Cレート特性比率を測定した。その結果は、〔表2〕に記載した通りであった。
(3) 実施例1−1において、LiCoO2に対して、AlF3による処理量を、0.1、0.2、0.3、0.4重量%として、上記(1)の充放電サイクル試験を行った。その結果は、〔図3〕に記載した通りであった。
[Evaluation test 1: Capacity maintenance evaluation]
(1) Regarding the coin batteries of Examples and Comparative Examples, in a constant temperature bath kept at a temperature of 25° C. and 45° C., a voltage range was set to 4.55V-3V, a current rate of charging 0.5C and discharging 1C. The charging/discharging was repeated 50 times. The C rate was defined as 1C=190 mAh. The results were as described in [Table 1] and [Fig. 1] to [Fig. 4].
(2) Using the comparative example (uncoated) as a reference (100), the initial discharge capacity, the initial efficiency, and the 2C/0.1C rate characteristic ratio in the 25°C charge/discharge measurement of each example were measured. The results were as described in [Table 2].
(3) In Example 1-1, the amount of treatment with AlF 3 was 0.1, 0.2, 0.3, and 0.4% by weight with respect to LiCoO 2 , and the charge and discharge cycle of (1) above was used. The test was conducted. The results were as described in [Fig. 3].

〔評価結果1−1〕
表1は、25th又は20th、並びに、50th又は40thにおける容量維持率を示すものである。比較例では、全サイクルの50%に相当する25th或いは20th、並びに、サイクル終了の50th或いは40thの維持率減少率を比較すると、25th以降にサイクル劣化が加速したことが確認された。また、高温45℃試験において、比較例では、その劣化度が著しく進行する事が確認された。一方、実施例では、放電容量は安定したサイクル特性を示し、一連の試験でサイクル終了時の容量維持率は、すべて90%近い値を示した。
[Evaluation result 1-1]
Table 1, 25 th or 20 th, and shows the capacity retention rate at 50 th or 40 th. In the comparative example, when the 25 th or 20 th equivalent to 50% of all cycles and the 50 th or 40 th maintenance rate decrease rate at the end of the cycle are compared, it is confirmed that the cycle deterioration is accelerated after 25 th. It was Further, in the high temperature 45° C. test, it was confirmed that the deterioration degree was significantly advanced in the comparative example. On the other hand, in the examples, the discharge capacity exhibited stable cycle characteristics, and the capacity retention ratios at the end of the cycle were all close to 90% in a series of tests.

〔評価結果1−2〕
表2は、比較例を100とし、各実施例の25℃充放電測定における、初回放電容量、初回効率、2C/0.1Cレート特性比率を示したものである。初回放電容量、初回効率、2C/0.1Cレート特性の全ての項目において、比較例とほぼ同等の値を示していた。このことから、本発明に記載する原子結合基形成工程を用いることで、原子結合基による抵抗増加やレドックス反応場減少に対する影響を最小限にとどめながら、電解質と表面反応を抑制し安定したサイクル特性を得ることができる。
[Evaluation result 1-2]
Table 2 shows the initial discharge capacity, the initial efficiency, and the 2C/0.1C rate characteristic ratio in the 25° C. charge/discharge measurement of each example with Comparative Example 100. In all items of the initial discharge capacity, the initial efficiency, and the 2C/0.1C rate characteristic, the values were almost the same as those of the comparative example. From this, by using the atomic bond group formation step described in the present invention, while suppressing the effect on the resistance increase and the redox reaction field decrease due to the atomic bond group, while suppressing the electrolyte and the surface reaction and stable cycle characteristics. Can be obtained.

〔評価結果1−3〕
図1は、実施例1−1と比較例とについて、25℃におけるカットオフ4.55−3.0Vにて50回充放電を繰り返した時のサイクル特性を示したものである。また参考例として比較例を4.50V充電上限で充放電を繰り返した結果を参照例として図1に併記する。実施例1−1では、50サイクル目容量維持率は96.0%であったのに対して、比較例では83.5%と明らかに低かった。
実施例1−1では、放電容量が徐々に単調低下する安定的なサイクル特性が得られたものの、比較例では、35サイクル目以降にサイクルが急激に劣化した。また、併記する参照例の4.50V充電サイクルでは、原子結合基を呈していない例においても、50サイクル目にて、96%のサイクル特性を示した。この事から、4.50−4.55Vにかけて、電解液と活物質表面の反応がレドックスに対し優位になるなど、サイクル劣化を引き起こす要因が内在しており、おそらく、電解質と正極活物質表面の反応が進行したため、正極又は負極表面上に堆積物が蓄積され表面抵抗が上がった為と考えられる。このことから、本発明による正極活物質では、その表面と電解質との反応が優位に抑制され、その結果、サイクル特性が向上したものと考えられる。
[Evaluation result 1-3]
FIG. 1 shows the cycle characteristics of Example 1-1 and Comparative Example when charge and discharge were repeated 50 times at a cutoff of 4.55-3.0 V at 25° C. In addition, as a reference example, the result of repeating charging and discharging at a charge upper limit of 4.50 V is also shown in FIG. 1 as a reference example. In Example 1-1, the capacity retention ratio at the 50th cycle was 96.0%, whereas in the comparative example, it was 83.5%, which was clearly low.
In Example 1-1, stable cycle characteristics in which the discharge capacity gradually decreased monotonically were obtained, but in Comparative Example, the cycle rapidly deteriorated after the 35th cycle. Further, in the 4.50 V charge cycle of the reference example described together, even in the example in which the atom bonding group was not exhibited, the cycle characteristics of 96% were exhibited at the 50th cycle. From this fact, there is an intrinsic factor that causes cycle deterioration, such as that the reaction between the electrolytic solution and the surface of the active material becomes dominant over redox over 4.50 to 4.55 V, and it is probable that the electrolyte and the surface of the positive electrode active material are It is considered that since the reaction proceeded, deposits were accumulated on the surface of the positive electrode or the negative electrode to increase the surface resistance. From this, it is considered that in the positive electrode active material according to the present invention, the reaction between the surface and the electrolyte is predominantly suppressed, and as a result, the cycle characteristics are improved.

〔評価結果1−4〕
図2は、実施例1−1乃至1−3及び比較例について、45℃におけるサイクル特性を示したものである。
実施例1−1乃至1−3では、50サイクル目の容量維持率は、其々92.5%、89.8%、89.8%であり、実施例1−1が最も高いサイクル特性を示した。また、これら実施例にあっては、比較例に見られた、不安定なサイクル劣化挙動は認められず、サイクルを通して安定した充放電を繰り返したことが確認された。
他方、比較例では、25℃サイクル試験と比較しても、著しいサイクル劣化が認められ、50サイクル目での容量維持率は77.9%と実施例と比較して極端に低いものであった。また、得られる充電容量値が各サイクルでばらつき、単純劣化することもなく、不安定なサイクル挙動及びサイクル劣化挙動が明らかに確認された。
[Evaluation result 1-4]
FIG. 2 shows cycle characteristics at 45° C. for Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Example.
In Examples 1-1 to 1-3, the capacity retention rates at the 50th cycle were 92.5%, 89.8%, and 89.8%, respectively, and Example 1-1 exhibited the highest cycle characteristics. Indicated. In addition, in these examples, the unstable cycle deterioration behavior observed in the comparative example was not observed, and it was confirmed that stable charge/discharge was repeated throughout the cycle.
On the other hand, in Comparative Example, significant cycle deterioration was observed even when compared with the 25° C. cycle test, and the capacity retention ratio at the 50th cycle was 77.9%, which was extremely low compared to the Examples. .. In addition, the obtained charge capacity value did not vary in each cycle and did not simply deteriorate, and unstable cycle behavior and cycle deterioration behavior were clearly confirmed.

〔評価結果1−5〕
図3は、50サイクル目における、AlF3処理量に対する容量維持率推移を示すものである。得られた50サイクル目の容量維持率は、比較例の容量維持率77.9%に対し、すべての条件で10%以上向上しており、その中でも0.2%処理量のAlF3を採用した実施例1−1が最も高い値を示した。
[Evaluation result 1-5]
FIG. 3 shows changes in capacity retention rate with respect to the amount of AlF 3 treatment in the 50th cycle. The capacity retention rate at the 50th cycle obtained was improved by 10% or more under all conditions, compared to the capacity retention rate of 77.9% of the comparative example. Among them, 0.2% treatment amount of AlF 3 was adopted. The obtained Example 1-1 showed the highest value.

〔評価結果1−6〕
図4は、実施例2−1乃至2−3及び比較例の45℃におけるサイクル特性を示すものである。実施例2−1乃至実施例2−3における、50サイクル目における容量維持率は、それぞれ90.5%、90.8%、88.2%であり、500℃2時間の焼結工程を経ていない実施例の中では、実施例2−3が最も高い値を示した。
[Evaluation result 1-6]
FIG. 4 shows cycle characteristics at 45° C. of Examples 2-1 to 2-3 and Comparative Example. In Examples 2-1 to 2-3, the capacity retention rates at the 50th cycle were 90.5%, 90.8%, and 88.2%, respectively, and after the sintering process at 500° C. for 2 hours. Among the non-existing examples, Example 2-3 showed the highest value.

〔評価試験2:表面解析〕
調製した正極活物質を、XPS(Kratos製、Axis−NOVA X光源 Monochromated−Al−Kα(1486.6eV);測定深さ:5nm)を用いて測定し、実施例1−1、実施例1−3、実施例2−2、及び比較例を用いて、それら正極活物質のCo2p、Al2p、F1sの表面状態をXPSにて測定した。
[Evaluation test 2: Surface analysis]
The prepared positive electrode active material was measured using XPS (manufactured by Kratos, Axis-NOVA X light source Monochromated-Al-Kα (1486.6 eV); measurement depth: 5 nm), and Examples 1-1 and 1- The surface states of Co2p, Al2p, and F1s of the positive electrode active materials were measured by XPS using 3, Example 2-2, and Comparative Example.

〔評価試験3:ピーク面積比S〕
得られたCo 2P3/2スペクトルの780.5−779.5eVに現れるCoFピークと、781−783eVに現れるCoOのピーク面積比S(CoF)/S(CoO)から半定量値を算出した。
[Evaluation test 3: Peak area ratio S]
A semi-quantitative value was calculated from the CoF peak appearing at 780.5-779.5 eV of the obtained Co 2 P3/2 spectrum and the peak area ratio S(CoF)/S(CoO) of CoO appearing at 781-783 eV.

〔評価結果2‐1並びに評価結果3:Co2p〕
図5は、実施例1−1、実施例1−3、実施例2−2及び比較例における正極活物質表面状態のCo2pスペクトル比較を示すものである。図6は、Co2p2/3スペクトルを各成分で分離した結果を示したものである。表3は、其々のピーク成分に対する存在比を示したものである。
[Evaluation result 2-1 and evaluation result 3: Co2p]
FIG. 5 shows a Co2p spectrum comparison of the surface states of the positive electrode active materials in Example 1-1, Example 1-3, Example 2-2 and Comparative Example. FIG. 6 shows the result of separating the Co2p2/3 spectrum by each component. Table 3 shows the abundance ratios for the respective peak components.

一般的に、779.5eV付近に存在するピークは酸素に結合するCo3+に由来し、780.3eV付近に存在するピークは酸素に結合するCo2+に由来することを基準にして、ピーク分離を行った。過去の知見よりCo3+はLiCoO2由来、Co2+はCoO由来とすることができる。
その結果、比較例における正極活物質表面のCoの約28.39%がCo3+、約71.61%がCo2+の状態で存在していたことが分かった。実施例1−1においては、782.0eV付近にF−Co3+結合に由来するピークが確認でき、その存在比は10.30%であった。一方、LiCoO2由来のCo3+の割合は5.33%で著しく減少しているが、これは表面のLiCoO2を形成するCo八面体に結合する酸素が、一部フッ素に置換され、Co−F結合が形成されためである。相対的に、Co2+成分の割合は84.36%まで増加した。実施例1−3及び実施例2−2における正極活物質表面では、F−Co2+に由来する782.6eVが存在し、その割合は5.39%と7.12%であった。一方でLiCoO2由来のCo3+の割合は16.09%と22.28%まで減少したが、実施例1−1と比較するとその減少量が小さく、F−Co2+に帰属されるピークが観測された事から、CoO由来のCo−O結合のOがフッ素に置換されていると共に、LiCoO2の酸素が一部フッ素に置換されていると考察できる。このことから、実施例1−3及び実施例2−2においても、フッ素置換は可能であるが、実施例1−1が最も好ましい状態で原子結合基が形成していると考えられる。
In general, the peak around 779.5 eV is derived from Co 3+ bound to oxygen, and the peak around 780.3 eV is derived from Co 2+ bound to oxygen. A separation was performed. From the past knowledge, Co 3+ can be derived from LiCoO 2 and Co 2+ can be derived from CoO.
As a result, it was found that about 28.39% of Co on the surface of the positive electrode active material in the comparative example was present as Co 3+ and about 71.61% was present as Co 2+ . In Example 1-1, a peak derived from the F—Co 3+ bond was confirmed near 782.0 eV, and the abundance ratio was 10.30%. On the other hand, the ratio of Co 3+ derived from LiCoO 2 is remarkably reduced at 5.33%, but this is because the oxygen bonded to the Co octahedron forming LiCoO 2 on the surface is partially replaced by fluorine, This is because the -F bond is formed. In comparison, the proportion of Co 2+ component increased to 84.36%. On the surfaces of the positive electrode active materials in Examples 1-3 and 2-2, 782.6 eV derived from F—Co 2+ was present, and the ratios thereof were 5.39% and 7.12%. On the other hand, the proportion of Co 3+ derived from LiCoO 2 decreased to 16.09% and 22.28%, but the reduction amount was small as compared with Example 1-1, and the peak attributed to F-Co 2+ was obtained. From the fact that is observed, it can be considered that O in the Co—O bond derived from CoO is replaced by fluorine and at the same time, oxygen in LiCoO 2 is partially replaced by fluorine. From this, it is considered that fluorine substitution is possible also in Examples 1-3 and 2-2, but the atom-bonding group is formed in Example 1-1 in the most preferable state.

参考データとして、110℃〜150℃撹拌乾固(a)前(b)後のAlF3粉末の粉末回折線パターンを図7に示す。110℃〜150℃で撹拌乾固する前後のAlF3粉末について、AlF3回折線パターンは変化せず、アルミニウム酸化物に相当する回折線は一切確認できなかった。従って、フッ化アルミニウムは110℃〜150℃における単純な加熱やゾル化により、フッ素が遊離する事はないが、AlF3ゾルにLiCoO2を混合し、110℃〜150℃撹拌する事で、FとCoが反応しCo−F結合を形成していると考えられる。 As reference data, FIG. 7 shows a powder diffraction line pattern of the AlF 3 powder before (a) before and (b) at 110° C. to 150° C. with stirring. Regarding the AlF 3 powder before and after stirring to dryness at 110° C. to 150° C., the AlF 3 diffraction line pattern did not change, and no diffraction line corresponding to aluminum oxide could be confirmed. Therefore, although aluminum fluoride does not release fluorine by simple heating or sol formation at 110°C to 150°C, by mixing LiCoO 2 with AlF 3 sol and stirring at 110°C to 150°C, F It is considered that and Co react with each other to form a Co—F bond.

〔評価結果2‐2:Al2p)
図8は、実施例1−1、実施例1−3、実施例2−2及び比較例のAl2pスペクトル比較を示したものである。また、図に記載のAl化合物名と結合エネルギーは一般的に公知のデータベース例えば、NIST X−ray Photoelectron Spectroscopy Database等より抜粋したものである。全サンプルのAl2pスペクトルで確認される71.0eV付近のピークはCo3pサテライト成分に帰属できる。一方、75−71eVに幅の広いピークが確認できた。ピークの広がりと対称性を考慮すると、複数のピークが混在していることが予測される。まず、Al23中のAl由来のピークはAl23が多形を有し、そのAl2pスペクトルは73.0−74.0eVの広範囲に存在する上、マウントする基盤や基材によって大きくケミカルシフトする。また、M(金属)−Al結合由来のピークも同範囲内に確認できる為、これらのピークの帰属においては、Al−O結合、Al−Co結合、Al−Li結合であると推認できる。
[Evaluation result 2-2: Al2p)
FIG. 8 shows comparison of Al2p spectra of Example 1-1, Example 1-3, Example 2-2 and Comparative Example. The Al compound names and binding energies shown in the figures are those extracted from generally known databases, such as NIST X-ray Photoelectron Spectroscopy Database. The peak around 71.0 eV confirmed in the Al2p spectra of all the samples can be assigned to the Co3p satellite component. On the other hand, a broad peak was confirmed at 75-71 eV. Considering the spread and symmetry of the peaks, it is predicted that a plurality of peaks are mixed. First, the peak derived from Al in Al 2 O 3 is Al 2 O 3 has a polymorphism, the Al2p spectrum over existing wide range of 73.0-74.0EV, largely by foundation and base for mounting Chemical shift. Further, since the peaks derived from the M (metal)-Al bond can be confirmed within the same range, it can be inferred that the peaks are attributed to Al-O bond, Al-Co bond, and Al-Li bond.

また、実施例2−2のAl2pスペクトルで特異的にみられる、74.3eVのピークはAlF3ピークに由来する事ができる。よって、焼結工程を経ていない実施例2−2においては、原子結合基としてAlF3が存在すると考えられる。また、73eVから76eVにかけてみられるブロード上のピークは、データベースの値から、AlOOHとAlハロゲン化物と推測できる。これは、110−150℃撹拌時に一部Coにフッ素が結合する事により、対を失ったAlがAlF3とは異なる結合のハロゲン化物(AlOF(x)、Alxy)や、一部ベーマイト(AlOOH)に転移したためと考察できる。 Further, the peak of 74.3 eV, which is specifically observed in the Al2p spectrum of Example 2-2, can be derived from the AlF 3 peak. Therefore, it is considered that AlF 3 is present as an atomic bonding group in Example 2-2 that has not undergone the sintering step. Further, the broad peaks observed from 73 eV to 76 eV can be inferred to be AlOOH and Al halides from the values in the database. This is because when a part of fluorine is bonded to Co at the time of stirring at 110 to 150° C., a pair of lost Al has a bond different from AlF 3 (AlOF (x) , Al x F y ), or a part of it. It can be considered that it is due to transfer to boehmite (AlOOH).

〔評価結果2−3:F1s〕
図9は、実施例1−1、実施例1−3、実施例2−2及び比較例のF1sスペクトル比較を示したものである。実施例2−2のF1sスペクトルにおける687.1eV付近のピークは、AlF3由来のA−F成分に帰属する事ができる。この結果は、前述のAl2pピークと相関が取れた結果となる。一方、685.0eV付近のF1sピークの帰属においては、F1sピークの対称性から一本のピークであり、Co2pスペクトルのピーク分離結果からCo−F成を確認したことから、実施例1−1、実施例1−3、実施例2−2における約685.0eVのピークは、Coに結合するFに由来するものと考察される。
[Evaluation result 2-3: F1s]
FIG. 9 shows comparison of F1s spectra of Example 1-1, Example 1-3, Example 2-2 and Comparative Example. The peak near 687.1 eV in the F1s spectrum of Example 2-2 can be assigned to the AF component derived from AlF 3 . This result is a result that is correlated with the Al2p peak described above. On the other hand, in the attribution of the F1s peak near 685.0 eV, there was one peak due to the symmetry of the F1s peak, and it was confirmed from the peak separation result of the Co2p spectrum that Co—F composition was obtained. The peak at about 685.0 eV in Example 1-3 and Example 2-2 is considered to be derived from F bound to Co.

Claims (10)

二次電池用正極活物質であって、
化学式:LixCoO2(0.1<x<1.0)で表されるコバルト酸リチウムを備えてなり、
前記コバルト酸リチウムは、原子結合基として、少なくとも、Co−F結合及びCo−O結合を備えてなり、
X線光電子分光法(XPS)により、
前記Co−F結合に対するCo2p3/2ピークが780.5−779.5eVに現れてなり、及び、
前記Co−O結合に対するCo2p3/2ピークが781−783eVに現れてなる、二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a secondary battery,
Chemical formula: Li x CoO 2 (0.1<x<1.0)
The lithium cobalt oxide has at least a Co—F bond and a Co—O bond as an atomic bonding group,
By X-ray photoelectron spectroscopy (XPS),
A Co2p3/2 peak for the Co-F bond appears at 780.5-779.5 eV, and
A positive electrode active material for a secondary battery, wherein a Co2p3/2 peak for the Co-O bond appears at 781-783eV.
前記Co-F結合由来Co2p3/2ピークに対する前記Co-O結合由来Co2p3/2ピークのピーク面積比S(CoF)/S(CoO)が、0.05以上0.12以下である、請求項1に記載の二次電池用正極活物質。 2. The peak area ratio S(CoF)/S(CoO) of the Co—O bond-derived Co2p3/2 peak to the Co—F bond-derived Co2p3/2 peak is 0.05 or more and 0.12 or less. 5. A positive electrode active material for a secondary battery according to. 前記原子結合基として、Al−F結合、Al−O結合、及びAl−Co結合からなる群から選択されてなる一種又は二種以上のものを備えてなる、請求項1又は2に記載の二次電池用正極活物質。 The atomic bond group according to claim 1 or 2, comprising one or more kinds selected from the group consisting of Al-F bond, Al-O bond, and Al-Co bond. Positive active material for secondary battery. 前記原子結合基を構成するAl原子が、前記二次電池用正極活物質の全質量に対して、0.03質量%以上0.35質量%以下で存在してなる、請求項3に記載の二次電池用正極活物質。 The Al atom constituting the atomic bonding group is present in an amount of 0.03% by mass or more and 0.35% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material for a secondary battery. Positive electrode active material for secondary batteries. 前記原子結合基が、前記コバルト酸リチウムの構成原子及び/又はフッ化アルミニウム(AlF3)の構成原子由来のものである、請求項1〜4の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the atomic bonding group is derived from a constituent atom of the lithium cobalt oxide and/or a constituent atom of aluminum fluoride (AlF 3 ). Active material. 前記Co−F結合におけるCo原子が3価又は2価である、請求項1〜5の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1, wherein the Co atom in the Co—F bond is trivalent or divalent. 前記Co−F結合におけるCo原子が3価である、請求項1〜6の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1, wherein the Co atom in the Co—F bond is trivalent. 正極であって、
集電体と、請求項1〜7の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質を備えてなる、正極。
The positive electrode,
A positive electrode comprising a current collector and the positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1.
二次電池であって、
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータとを備えてなり、
前記正極が、請求項8に記載のものである、二次電池。
A secondary battery,
A positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
A secondary battery in which the positive electrode is as defined in claim 8.
請求項1〜7の何れか一項に記載の二次電池用正極活物質の製造方法であって、
フッ化アルミニウム(AlF3)と極性溶媒とを混合し、フッ化アルミニウムゾル組成物を調製し、
前記化学式で表されるコバルト酸リチウムを前記フッ化アルミニウムゾル組成物で処理し、二次電池用正極活物質前駆体を調製し、
前記二次電池用正極活物質前駆体を焼成又は乾燥し、
前記コバルト酸リチウムの表面に、原子結合基として、少なくとも、Co―F結合及びCo―O結合を形成してなることを含んでなる、製造方法。
A method for producing a positive electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 7,
Aluminum fluoride (AlF 3 ) and a polar solvent are mixed to prepare an aluminum fluoride sol composition,
Lithium cobalt oxide represented by the chemical formula is treated with the aluminum fluoride sol composition to prepare a positive electrode active material precursor for a secondary battery,
Firing or drying the positive electrode active material precursor for the secondary battery,
A production method comprising forming at least a Co—F bond and a Co—O bond as an atomic bonding group on the surface of the lithium cobalt oxide.
JP2019188421A 2018-12-27 2019-10-15 Lithium cobalt oxide positive electrode active material and secondary battery using the same Active JP7531268B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190174453A KR102337900B1 (en) 2018-12-27 2019-12-24 Lithium cobalt oxide positive electrode active material and secondary battery using the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018245217 2018-12-27
JP2018245217 2018-12-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020107601A true JP2020107601A (en) 2020-07-09
JP7531268B2 JP7531268B2 (en) 2024-08-09

Family

ID=71449375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019188421A Active JP7531268B2 (en) 2018-12-27 2019-10-15 Lithium cobalt oxide positive electrode active material and secondary battery using the same

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7531268B2 (en)
KR (1) KR102337900B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113363484A (en) * 2021-05-20 2021-09-07 贵州梅岭电源有限公司 Method for improving coulombic efficiency and cycle stability of lithium-rich cathode material

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0737617A (en) * 1993-07-20 1995-02-07 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Lithium battery
JP2008536285A (en) * 2005-04-15 2008-09-04 エナーセラミック インコーポレイテッド Positive electrode active material for lithium secondary battery coated with fluorine compound and method for producing the same
JP2009043477A (en) * 2007-08-07 2009-02-26 Sony Corp Positive electrode active material, positive electrode as well as nonaqueous electrolyte battery using the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100989901B1 (en) * 2007-05-07 2010-10-26 한양대학교 산학협력단 Method of preparing positive active material for lithium secondary battery, positive active material for lithium secondary battery prepared by same, and lithium secondary battery including positive active material
JP2009164139A (en) 2009-04-20 2009-07-23 Toyo Tanso Kk Method of manufacturing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery
KR20130033154A (en) 2011-09-26 2013-04-03 전자부품연구원 Positive active material, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising the same
KR20180018884A (en) * 2016-08-09 2018-02-22 인천대학교 산학협력단 Surface-modified cathode active materials for aqueous lithium secondary battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0737617A (en) * 1993-07-20 1995-02-07 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Lithium battery
JP2008536285A (en) * 2005-04-15 2008-09-04 エナーセラミック インコーポレイテッド Positive electrode active material for lithium secondary battery coated with fluorine compound and method for producing the same
JP2009043477A (en) * 2007-08-07 2009-02-26 Sony Corp Positive electrode active material, positive electrode as well as nonaqueous electrolyte battery using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113363484A (en) * 2021-05-20 2021-09-07 贵州梅岭电源有限公司 Method for improving coulombic efficiency and cycle stability of lithium-rich cathode material

Also Published As

Publication number Publication date
KR102337900B1 (en) 2021-12-08
JP7531268B2 (en) 2024-08-09
KR20200081290A (en) 2020-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5132941B2 (en) Electrode additive coated with conductive material and lithium secondary battery comprising the same
KR101476043B1 (en) Carbon-silicone composite, preparation method thereof, and anode active material comprising the same
KR101304868B1 (en) Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery
JP6007431B2 (en) Cathode active material with improved properties at high voltages
JP6306608B2 (en) Porous silicon-based negative electrode active material, method for producing the same, and lithium secondary battery including the same
KR101607024B1 (en) Lithium secondary battery
CN111883818A (en) Rechargeable lithium battery
KR101334609B1 (en) Anode Active Material and Secondary Battery Comprising the Same
KR20160149862A (en) Silicon oxide-carbon-polymer composite, and negative electrode active material comprising the same
KR102231209B1 (en) Negative electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
JP2006286599A (en) Anode for nonaqueous secondary battery
KR20100081948A (en) Cathode active material for lithium secondary battery
KR101517043B1 (en) Anode Having Improved Adhesion for Lithium Secondary Battery
JP5601740B2 (en) Cathode active material and lithium secondary battery including the same
CN113994512B (en) Lithium secondary battery and method for manufacturing the same
KR101590678B1 (en) Anode Active Material for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR101334615B1 (en) Anode Active Material and Secondary Battery Comprising the Same
KR20170030518A (en) Cathode for lithium batteries
JP7134556B2 (en) lithium secondary battery
KR20190042335A (en) Negative electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising the same
KR20240095131A (en) Method for manufacturing a positive electrode active material surface-modified using sericin, and a positive electrode active material and lithium secondary battery manufactured using the same
KR20200137807A (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR102337900B1 (en) Lithium cobalt oxide positive electrode active material and secondary battery using the same
CN115706226A (en) Positive active material, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
JP2006156021A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20220214

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20220218

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20220308

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220729

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20220905

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20221007

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230724

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230726

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231011

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240109

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240405

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240716

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240730

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7531268

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150