JP2020129498A - Method for producing positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質、リチウムイオン二次電池に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.
近年、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯電子機器の普及に伴い、高いエネルギー密度を有する小型で軽量な非水系電解質二次電池の開発が強く望まれている。また、ハイブリット自動車を始めとする電気自動車用の電池として高出力の二次電池の開発が強く望まれている。 In recent years, with the spread of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, development of small and lightweight non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density has been strongly desired. Further, development of a high-power secondary battery as a battery for an electric vehicle such as a hybrid vehicle is strongly desired.
このような要求を満たす二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、負極および正極と電解質等で構成され、負極および正極の活物質には、リチウムを脱離および挿入することの可能な材料が用いられている。 There is a lithium ion secondary battery as a secondary battery that satisfies such requirements. A lithium ion secondary battery is composed of a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte and the like, and a material capable of desorbing and inserting lithium is used as an active material of the negative electrode and the positive electrode.
リチウムイオン二次電池については、現在研究、開発が盛んに行われており、中でも、層状またはスピネル型のリチウム金属複合酸化物を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池として実用化が進んでいる。 Lithium ion secondary batteries are currently being actively researched and developed. Among them, lithium ion secondary batteries using a layered or spinel type lithium metal composite oxide as a positive electrode material have a high voltage of 4V class. Therefore, it is being put to practical use as a battery having a high energy density.
これまでに提案されている正極材料としては、合成が比較的容易なリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)や、コバルトよりも安価なニッケルを用いたリチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、マンガンを用いたリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)などを挙げることができる。 The positive electrode materials that have been proposed so far include a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) that is relatively easy to synthesize, a lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ) that uses nickel that is cheaper than cobalt, and lithium nickel. Examples thereof include cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganese composite oxide using manganese (LiMn 2 O 4 ), and the like.
リチウムイオン二次電池は、上述のように電気自動車等の多くの電池を使用する用途にも用いられることから、近年ではリチウムイオン二次電池にも更なる高容量化と、低コスト化が求められている。このため、正極材料として、リチウムイオン二次電池に用いた場合に高容量とすることができ、コバルトと比較してコストが低いニッケルを主成分とした、ニッケル比率が高いリチウム金属複合酸化物が近年注目を集めている。 Lithium-ion secondary batteries are used for many applications such as electric vehicles as described above, so in recent years, lithium-ion secondary batteries have been required to have higher capacity and lower cost. Has been. Therefore, as the positive electrode material, a lithium metal composite oxide having a high nickel ratio can be obtained, which has a high capacity when used in a lithium ion secondary battery and has a lower cost than nickel as a main component as compared with cobalt. It has been attracting attention in recent years.
例えば特許文献1には、LiaNixCoyMzO2で表される正極活物質粒子が開示されている。なお、上記化学式中、Mは、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)からなる群から選択される1種または2種以上の金属元素であり、a、x、y、zは、0.20≦a≦1.20、0.80≦x<1.00、0.00<y≦0.20、0.00≦z≦0.10の範囲内の値であり、x、yおよびzの間にはx+y+z=1の関係がある。 For example, Patent Document 1 discloses positive electrode active material particles represented by Li a Ni x Co y M z O 2 . In the above chemical formula, M is aluminum (Al), manganese (Mn), chromium (Cr), iron (Fe), vanadium (V), magnesium (Mg), titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium. (Nb), molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), indium (In), tin (Sn), lanthanum (La), cerium (Ce). It is one or more metal elements selected from the group, and a, x, y, z are 0.20≦a≦1.20, 0.80≦x<1.00, 0.00< The values are in the range of y≦0.20 and 0.00≦z≦0.10, and there is a relationship of x+y+z=1 between x, y and z.
しかしながら、ニッケル比率が高いリチウム金属複合酸化物をリチウムイオン二次電池に用いた場合、サイクル特性が低くなるという問題があった。 However, when a lithium metal composite oxide having a high nickel ratio is used in a lithium ion secondary battery, there is a problem that cycle characteristics are deteriorated.
そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、ニッケル比率が高く、かつサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the above-mentioned conventional techniques, it is an object of one aspect of the present invention to provide a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery having a high nickel ratio and excellent cycle characteristics.
上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、および元素M(M)を、物質量の比で、Li:Ni:Co:M=z:(1−x−y):x:y(ただし、0≦x<0.10、0≦y<0.10、0≦x+y<0.10、0.97≦z≦1.20、前記元素Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素)の割合で含有し、層状の結晶構造を有するリチウム金属複合酸化物と、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液と、を混合し、原料混合物とする第1工程と、
前記原料混合物を熱処理する第2工程とを有し、
前記タングステン化合物を含有するアルカリ溶液のタングステン濃度が0.05mol/L以上1.8mol/L以下であるリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法を提供する。
According to an aspect of the present invention for solving the above problems,
Lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and element M (M) in the ratio of the amount of substances, Li:Ni:Co:M=z:(1-x-y):x:y. (However, 0≦x<0.10, 0≦y<0.10, 0≦x+y<0.10, 0.97≦z≦1.20, and the element M is Mn, V, Mg, Mo, A lithium metal composite oxide containing at least one element selected from Nb, Ti and Al) and having a layered crystal structure is mixed with an alkali solution containing a tungsten compound to obtain a raw material mixture. The first step,
A second step of heat treating the raw material mixture,
A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein the tungsten concentration of the alkali solution containing the tungsten compound is 0.05 mol/L or more and 1.8 mol/L or less.
本発明の一態様によれば、ニッケル比率が高く、かつサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, which has a high nickel ratio and is excellent in cycle characteristics.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
(1)リチウムイオン二次電池用正極活物質
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」とも記載する)は、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、元素M(M)、およびタングステン(W)を、物質量の比で、Li:Ni:Co:M:W=d:(1−a−b):a:b:cの割合で含有することができる。なお、上記a、b、c、dは、0≦a<0.10、0≦b<0.10、0.001≦c≦0.03、0≦a+b<0.10、0.97≦d≦1.20を満たすことが好ましい。また、元素Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素とすることができる。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, and the following embodiments without departing from the scope of the present invention Can be variously modified and replaced.
(1) Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery The positive electrode active material for the lithium ion secondary battery of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as “positive electrode active material”) is lithium (Li), nickel (Ni), Cobalt (Co), element M (M), and tungsten (W), in the ratio of the amount of materials, Li:Ni:Co:M:W=d:(1-ab):a:b:c It can be contained in a ratio. Note that a, b, c, d are 0≦a<0.10, 0≦b<0.10, 0.001≦c≦0.03, 0≦a+b<0.10, 0.97≦. It is preferable to satisfy d≦1.20. Further, the element M can be at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al.
本実施形態の正極活物質の、コバルトの含有割合を表すaは0≦a≦0.06であることがより好ましく、元素Mの含有割合を示すbは0≦b≦0.06であることがより好ましい。また、タングステンの含有割合を示すcは、0.005≦c≦0.025であることがより好ましい。リチウムの含有割合を示すdは0.97≦d≦1.05であることがより好ましい。 In the positive electrode active material of the present embodiment, a representing the content ratio of cobalt is more preferably 0≦a≦0.06, and b representing the content ratio of the element M is 0≦b≦0.06. Is more preferable. Further, c, which represents the content ratio of tungsten, is more preferably 0.005≦c≦0.025. It is more preferable that d indicating the content ratio of lithium is 0.97≦d≦1.05.
本実施形態の正極活物質は、コバルトの含有量を示すaと、元素Mの含有量を示すbとの合計であるa+bの合計を0以上0.1未満としている。このため、ニッケルの含有量である1−a−bは、0.9より大きく1.0以下と高い含有割合となっている。このようにニッケルの含有割合を高くすることで、充放電容量を高くすることができる。 In the positive electrode active material of this embodiment, the total of a+b, which is the sum of a indicating the content of cobalt and b indicating the content of the element M, is 0 or more and less than 0.1. Therefore, 1-ab, which is the content of nickel, is higher than 0.9 and 1.0 or less, which is a high content ratio. By increasing the content ratio of nickel in this way, the charge/discharge capacity can be increased.
本実施形態の正極活物質は、全体として上記割合で各元素を含有することで、ニッケル比率が高くすることができる。また、リチウムイオン二次電池に用いた場合にそのサイクル特性を優れたものとすることができる。 The positive electrode active material of the present embodiment can increase the nickel ratio by containing each element in the above ratio as a whole. Further, when used in a lithium ion secondary battery, its cycle characteristics can be made excellent.
本実施形態の正極活物質の具体的な構造は特に限定されないが、例えば、母材となる粒子(以下、「母材粒子」とも記載する)と、母材粒子の表面に配置された被覆物であるタングステンおよびリチウムを含む粒子(以下、「被覆粒子」とも記載する)とを有することができる。また、本実施形態の正極活物質は、母材粒子と、母材粒子の表面に配置された被覆粒子とから構成することもできる。 Although the specific structure of the positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited, for example, particles serving as a base material (hereinafter, also referred to as “base material particles”) and a coating material arranged on the surface of the base material particles And particles containing tungsten and lithium (hereinafter, also referred to as “coated particles”). Further, the positive electrode active material of the present embodiment can also be composed of base material particles and coated particles arranged on the surfaces of the base material particles.
以下、本実施形態の正極活物質について、母材粒子と、母材粒子の表面に配置された被覆粒子とを有する場合を例に説明するが、係る形態に限定されるものではない。正極活物質全体として既述の組成を有することで、ニッケル比率が高く、リチウムイオン二次電池に用いた場合にそのサイクル特性を優れたものとすることができる。 Hereinafter, the positive electrode active material of the present embodiment will be described by taking as an example the case where the base material particles and the coating particles arranged on the surfaces of the base material particles are used, but the present invention is not limited thereto. By having the composition described above as the whole positive electrode active material, the nickel ratio is high, and the cycle characteristics can be made excellent when used in a lithium ion secondary battery.
また、上記母材粒子と被覆粒子とは明確に識別できる必要はなく、母材粒子と、被覆粒子とが、その境界近傍で各粒子を構成する成分の少なくとも一部が混合等して存在していてもよい。また、例えば母材粒子内に、被覆粒子を構成する元素、例えばタングステン等が一部混入や、固溶していてもよい。 Further, the base material particles and the coated particles do not need to be clearly distinguishable, and the base material particles and the coated particles exist in the vicinity of their boundaries by mixing at least a part of the components constituting each particle. May be. Further, for example, some of the elements constituting the coated particles, such as tungsten, may be mixed or solid-dissolved in the base material particles.
本実施形態の正極活物質は、母材粒子の原料としてニッケル比率が高いリチウム金属複合酸化物を用いることができる。これにより、正極活物質のニッケル比率を高め、コバルト等の高価な金属の使用量を抑制し、コストを低減できる。また、高い充放電容量を得ることができる。さらに、母材粒子の表面に被覆粒子を配置することで、充放電容量を維持しながらサイクル特性を向上させることができる。 In the positive electrode active material of this embodiment, a lithium metal composite oxide having a high nickel ratio can be used as a raw material for the base material particles. Thereby, the nickel ratio of the positive electrode active material can be increased, the amount of expensive metal such as cobalt used can be suppressed, and the cost can be reduced. In addition, a high charge/discharge capacity can be obtained. Furthermore, by disposing the coating particles on the surface of the base material particles, the cycle characteristics can be improved while maintaining the charge/discharge capacity.
既述の様に、ニッケル比率が高いリチウム金属複合酸化物をリチウムイオン二次電池に用いた場合、充放電容量を向上させることができるものの、繰り返し充放電を行った際に充放電容量が低下する、すなわちサイクル特性が低下することが知られていた。ニッケル比率が高いリチウム金属複合酸化物とした場合に、サイクル特性が低下する原因として、ニッケル比率が高いリチウム金属複合酸化物の粒子表面にNiO層が形成されて抵抗が増加する点が挙げられる。このようにリチウム金属複合酸化物の粒子表面にNiO層が形成され、抵抗が高くなることで、局所的にリチウムの引き抜きが起こり、該リチウム金属複合酸化物の粒子の劣化が進行するため、サイクル特性が低下すると考えられる。 As described above, when a lithium metal composite oxide having a high nickel ratio is used in a lithium ion secondary battery, the charge/discharge capacity can be improved, but the charge/discharge capacity decreases when repeatedly charged/discharged. That is, that is, the cycle characteristics are deteriorated. When the lithium metal composite oxide having a high nickel ratio is used, the reason why the cycle characteristics are deteriorated is that the NiO layer is formed on the particle surface of the lithium metal composite oxide having a high nickel ratio and the resistance increases. In this way, the NiO layer is formed on the surface of the particles of the lithium metal composite oxide, and the resistance is increased, so that the extraction of lithium locally occurs, and the deterioration of the particles of the lithium metal composite oxide progresses. It is considered that the characteristics are degraded.
そこで、本発明の発明者らが更なる検討を行ったところ、ニッケル比率が高いリチウム金属複合酸化物を原料に用いた母材粒子と、該母材粒子の表面に、被覆粒子を配置した複合粒子とすることで、サイクル特性を特に向上させることができることを見出した。 Therefore, the inventors of the present invention conducted further studies, and found that base material particles using a lithium metal composite oxide having a high nickel ratio as a raw material and composite particles in which coated particles were arranged on the surface of the base material particles. It was found that the use of particles can improve the cycle characteristics particularly.
これは、上記母材粒子と、被覆粒子とを組み合わせた複合粒子とすることで、母材粒子表面の抵抗を抑制し、母材粒子表面から均一にリチウムの引き抜きを行うことができるためと考えられる。この様に母材粒子と、被覆粒子とを組み合わせて複合粒子とすることで、母材粒子の劣化を抑制し、サイクル特性を特に向上させることができるという、従来は知られていなかった効果を発揮することができる。 It is considered that this is because it is possible to suppress the resistance of the surface of the base material particles and uniformly extract lithium from the surface of the base material particles by forming the composite particles in which the base material particles and the coated particles are combined. To be In this way, by combining the base material particles and the coated particles into the composite particles, it is possible to suppress the deterioration of the base material particles and particularly improve the cycle characteristics, which is a previously unknown effect. Can be demonstrated.
なお、一般的に、正極活物質の表面が異種化合物により完全に被覆されてしまうと、リチウムイオンの移動(インターカレーション)が大きく制限されるため、結果的にリチウム金属複合酸化物のもつ高容量という長所が消されてしまうとも考えられる。 In general, if the surface of the positive electrode active material is completely covered with a heterogeneous compound, the movement (intercalation) of lithium ions is greatly restricted, resulting in a high lithium metal composite oxide. It is also possible that the advantage of capacity will be erased.
しかしながら、本実施形態の正極活物質において母材粒子の表面に配置している被覆粒子は、タングステンおよびリチウムを含むため、リチウムイオン伝導度(伝導率)が高く、リチウムイオンの移動を促す効果がある。このため、母材粒子の表面に係る被覆粒子を配置することで、電解質との界面でリチウムの伝導パスを形成でき、母材粒子の充放電容量を維持することができる。 However, in the positive electrode active material of the present embodiment, the coated particles arranged on the surface of the base material particles contain tungsten and lithium, so that the lithium ion conductivity (conductivity) is high and the effect of promoting the movement of lithium ions is high. is there. Therefore, by disposing the coated particles on the surface of the base material particles, a lithium conduction path can be formed at the interface with the electrolyte, and the charge/discharge capacity of the base material particles can be maintained.
また、母材粒子の表面に、被覆粒子を配置した複合粒子とすることで、被覆粒子が上述のようにリチウムイオンの移動を促す効果を有するため、本実施形態の正極活物質の反応抵抗を低減して出力特性を向上させることもできる。 Further, on the surface of the base material particles, by forming the composite particles in which the coating particles are arranged, since the coating particles have the effect of promoting the movement of lithium ions as described above, the reaction resistance of the positive electrode active material of the present embodiment is increased. It is also possible to reduce and improve output characteristics.
本実施形態の正極活物質が有する母材粒子は、一次粒子および、その一次粒子が凝集して構成された二次粒子を含むことができる。 The base material particles included in the positive electrode active material of the present embodiment may include primary particles and secondary particles formed by aggregating the primary particles.
本実施形態の正極活物質を製造する際に、母材粒子の原料として好適に用いることができるリチウム金属複合酸化物は例えば、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、および元素M(M)を、物質量の比で、Li:Ni:Co:M=z:(1−x−y):x:yの割合で含有することができる。なお、上記x、y、zは、0≦x<0.10、0≦y<0.10、0≦x+y<0.10、0.97≦z≦1.20を満たすことが好ましい。また、元素Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素とすることができる。上記リチウム金属複合酸化物は、層状の結晶構造を有することができる。上記リチウム金属複合酸化物は、層状の六方晶系岩塩型構造の結晶構造を有することが好ましい。本実施形態の正極活物質が含有する母材粒子は、上記リチウム金属複合酸化物を含有していてもよい。 The lithium metal composite oxide that can be preferably used as a raw material of the base material particles when manufacturing the positive electrode active material of the present embodiment includes, for example, lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and elements. M(M) can be contained in a ratio of the amounts of materials of Li:Ni:Co:M=z:(1-x-y):x:y. It is preferable that x, y, and z satisfy 0≦x<0.10, 0≦y<0.10, 0≦x+y<0.10, and 0.97≦z≦1.20. Further, the element M can be at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al. The lithium metal composite oxide may have a layered crystal structure. The lithium metal composite oxide preferably has a layered crystal structure of hexagonal rock salt type structure. The base material particles contained in the positive electrode active material of the present embodiment may contain the lithium metal composite oxide.
コバルトの含有割合を表すxは0≦x≦0.06であることがより好ましく、元素Mの含有割合を示すyは0≦y≦0.06であることがより好ましい。また、リチウムの含有割合を示すzは0.97≦z≦1.05であることがより好ましい。 More preferably, x representing the content ratio of cobalt is 0≦x≦0.06, and y representing the content ratio of the element M is more preferably 0≦y≦0.06. Further, z indicating the content ratio of lithium is more preferably 0.97≦z≦1.05.
上記リチウム金属複合酸化物は、コバルトの含有量を示すxと、元素Mの含有量を示すyとの合計であるx+yの合計を0以上0.1未満としている。このため、ニッケルの含有量である1−x−yは、0.9より大きく、1.0以下と高い含有割合となっている。このように母材粒子の原料として、ニッケルの含有割合が高いリチウム金属複合酸化物を用いることで、正極活物質全体においてもニッケルの含有割合を高め、既述の組成とし、充放電容量を高くすることができる。 In the lithium metal composite oxide, the sum of x+y, which is the sum of x indicating the content of cobalt and y indicating the content of the element M, is 0 or more and less than 0.1. Therefore, 1-xy, which is the content of nickel, is higher than 0.9 and 1.0 or less, which is a high content ratio. As described above, by using the lithium metal composite oxide having a high nickel content rate as the raw material of the base material particles, the nickel content rate is increased even in the entire positive electrode active material, and the composition described above is obtained and the charge/discharge capacity is increased. can do.
母材粒子の原料に好適に用いることができるリチウム金属複合酸化物は、例えば一般式LizNi1−x−yCoxMyO2+αで表すことができる。なお、x、y、zおよび元素Mについては既に説明したため、ここでは説明を省略する。αは、例えば−0.2≦α≦0.2であることが好ましい。 Lithium metal composite oxide can be suitably used as a raw material of the base particles can be represented for example by the general formula Li z Ni 1-x-y Co x M y O 2 + α. Since x, y, z and the element M have already been described, the description thereof will be omitted here. α is preferably −0.2≦α≦0.2, for example.
ここで、母材粒子の表面を厚膜である層状物のみで被覆した場合には、比表面積の低下が起こる恐れがある。このため、母材粒子の表面を厚膜である層状物のみで被覆した場合、被覆物が高いリチウムイオン伝導度をもっていたとしても、電解質との接触面積が小さくなってしまい、それによって充放電容量の低下、反応抵抗の上昇を招く恐れがある。 Here, when the surface of the base material particles is coated only with the layered material that is a thick film, the specific surface area may decrease. Therefore, when the surface of the base material particles is coated only with a layered material that is a thick film, the contact area with the electrolyte becomes small even if the coating material has high lithium ion conductivity, and as a result, the charge/discharge capacity is increased. And the reaction resistance may increase.
一方、本実施形態の正極活物質では、母材粒子の表面に、被覆粒子を配置した複合粒子とすることができる。このため、上述の厚膜である層状物のみを配置した場合と異なり、母材粒子を含む複合粒子と、電解質との接触面積を十分なものとして、リチウムイオン伝導度を効果的に向上できるため、充放電容量の低下を抑制するとともに反応抵抗を低減させることができる。 On the other hand, in the positive electrode active material of the present embodiment, it is possible to form composite particles in which coating particles are arranged on the surface of the base material particles. Therefore, unlike the case where only the layered material that is the above-described thick film is arranged, the contact area between the composite particles including the base material particles and the electrolyte is sufficient, and the lithium ion conductivity can be effectively improved. In addition, it is possible to suppress a decrease in charge/discharge capacity and a reaction resistance.
被覆粒子の粒子径は特に限定されないが、その粒子径は1nm以上100nm以下であることが好ましい。 The particle size of the coated particles is not particularly limited, but the particle size is preferably 1 nm or more and 100 nm or less.
被覆粒子の粒子径を1nm以上とすることで、特に高いリチウムイオン伝導度を有することができる。また、被覆粒子の粒子径を100nm以下とすることで、被覆粒子により、母材粒子の表面に特に均一に被覆を形成することができ、特に、サイクル特性を向上させ、また反応抵抗を抑制することができる。 By setting the particle size of the coated particles to 1 nm or more, it is possible to have particularly high lithium ion conductivity. Further, by setting the particle size of the coated particles to 100 nm or less, the coated particles can form a particularly uniform coating on the surface of the base material particles, and in particular, improve cycle characteristics and suppress reaction resistance. be able to.
さらに、母材粒子と、電解質との接触は、母材粒子の一次粒子表面で起こるため、母材粒子の一次粒子表面に被覆粒子が形成されていることが好ましい。ここで、母材粒子における一次粒子表面とは、二次粒子の外面で露出している一次粒子表面と二次粒子外部と通じて電解質が浸透可能な二次粒子の表面近傍および内部の空隙に露出している一次粒子表面を含むものである。さらに、一次粒子間の粒界であっても一次粒子の結合が不完全で電解質が浸透可能な状態となっていれば含まれるものである。 Further, the contact between the base material particles and the electrolyte occurs on the surface of the primary particle of the base material particles, and therefore it is preferable that the coated particles are formed on the surface of the primary particle of the base material particles. Here, the primary particle surface in the base material particles, the primary particle surface exposed at the outer surface of the secondary particles and the secondary particles outside the surface of the secondary particles through which the electrolyte can penetrate into It includes the exposed primary particle surface. Further, even the grain boundaries between the primary particles are included if the binding of the primary particles is incomplete and the electrolyte is permeable.
この電解質との接触は、母材粒子の一次粒子が凝集して構成された二次粒子の外面のみでなく、上記二次粒子の表面近傍および内部の空隙、さらには上記不完全な粒界でも生じる。このため、上記一次粒子表面にも被覆粒子を配置し、リチウムイオンの移動を促すことが好ましい。したがって、一次粒子表面全体に被覆粒子を配置することで、正極活物質のサイクル特性を特に向上させ、反応抵抗をより一層低減させることが可能となる。 The contact with the electrolyte is not only the outer surface of the secondary particles formed by agglomeration of the primary particles of the base material particles, but also the voids in the vicinity of the surface of the secondary particles and inside, and also in the incomplete grain boundary. Occurs. Therefore, it is preferable to dispose the coated particles on the surfaces of the primary particles to promote the movement of lithium ions. Therefore, by disposing the coated particles on the entire surface of the primary particles, it becomes possible to particularly improve the cycle characteristics of the positive electrode active material and further reduce the reaction resistance.
ここで、被覆粒子は完全に母材粒子の一次粒子の全表面において形成されている必要はなく、点在している状態でもよい。点在している状態でも、母材粒子の外面および内部の空隙に露出している一次粒子表面に被覆粒子が形成されていれば、サイクル特性の向上や、反応抵抗の低減の効果が得られる。 Here, the coated particles do not have to be completely formed on the entire surface of the primary particles of the base material particles, and may be in a scattered state. Even in the scattered state, if the coated particles are formed on the outer surface of the base material particles and the surface of the primary particles exposed in the voids inside, the effect of improving the cycle characteristics and reducing the reaction resistance can be obtained. ..
このような母材粒子の一次粒子表面の性状は、例えば、電界放射型走査電子顕微鏡で観察することにより判断でき、本実施形態の正極活物質については、母材粒子の一次粒子の表面に被覆粒子が形成されていることを確認している。 The properties of the primary particle surface of the base material particles can be determined by, for example, observing with a field emission scanning electron microscope, and for the positive electrode active material of the present embodiment, the surface of the primary particle of the base material particles is coated. It is confirmed that particles are formed.
一方、本実施形態の正極活物質が有する母材粒子間で不均一に被覆粒子が形成された場合は、母材粒子間でのリチウムイオンの移動が不均一となるため、特定の母材粒子に負荷がかかる恐れがある。したがって、母材粒子間においても均一に被覆粒子が形成されていることが好ましい。 On the other hand, when the coated particles are formed unevenly among the base material particles of the positive electrode active material of the present embodiment, the movement of lithium ions between the base material particles becomes non-uniform, so that the specific base material particles May be overloaded. Therefore, it is preferable that the coated particles are uniformly formed between the base material particles.
本実施形態の正極活物質が有する被覆粒子は、タングステンおよびリチウムを含む粒子であることが好ましい。本実施形態の正極活物質が有する被覆粒子に含まれるタングステンとリチウムとは、例えば単体で存在していても良く、化合物を形成しても良く、どのような形態で含まれていても良い。ただし、本実施形態の正極活物質が含有するタングステンおよびリチウムの少なくとも一部がタングステン酸リチウムの形態で存在していることが好ましい。このため、被覆粒子は、例えばタングステン酸リチウムを含む粒子であることが好ましい。 The coated particles included in the positive electrode active material of the present embodiment are preferably particles containing tungsten and lithium. Tungsten and lithium contained in the coated particles included in the positive electrode active material of the present embodiment may exist, for example, as a simple substance or may form a compound, and may be contained in any form. However, it is preferable that at least part of the tungsten and lithium contained in the positive electrode active material of the present embodiment exist in the form of lithium tungstate. Therefore, the coated particles are preferably particles containing lithium tungstate, for example.
このタングステン酸リチウムが形成されることで、リチウムイオン伝導度がさらに高まり、サイクル特性の向上や、反応抵抗の低減の効果がより大きなものとなる。 By forming the lithium tungstate, the lithium ion conductivity is further increased, and the effect of improving the cycle characteristics and reducing the reaction resistance becomes greater.
また、本実施形態の正極活物質が含有するタングステンの原子数の、ニッケル、コバルト、および元素Mの原子数の合計に対する割合を示すタングステン量は0.1原子%以上3原子%以下であることが好ましく、0.5原子%以上2.5原子%以下であることがより好ましい。タングステン量を上記範囲とすることで、充放電容量とサイクル特性とを特に高くし、両立することができる。 Further, the amount of tungsten indicating the ratio of the number of atoms of tungsten contained in the positive electrode active material of the present embodiment to the total number of atoms of nickel, cobalt, and element M is 0.1 atom% or more and 3 atom% or less. Is preferable, and more preferably 0.5 at% or more and 2.5 at% or less. By setting the amount of tungsten in the above range, the charge/discharge capacity and the cycle characteristics can be particularly improved and both can be achieved.
上記タングステン量を0.1原子%以上とすることで、サイクル特性を特に高めることができる。また、上記タングステン量を3.0原子%以下とすることで、被覆粒子が過度に形成されることを抑制し、母材粒子と電解質との間のリチウム伝導を高め、充放電容量を特に高めることができる。 When the amount of tungsten is 0.1 atomic% or more, cycle characteristics can be particularly improved. Further, by setting the amount of tungsten to 3.0 atom% or less, it is possible to suppress the formation of the coated particles excessively, enhance the lithium conduction between the base material particles and the electrolyte, and particularly enhance the charge/discharge capacity. be able to.
被覆粒子は、既述の様に例えばタングステンおよびリチウムを含む粒子とすることが好ましい。そしてこの場合、被覆粒子に含まれるリチウム量は、特に限定されるものではなく、被覆粒子にリチウムが含まれればリチウムイオン伝導度の向上効果が得られる。通常、本実施形態の正極活物質の原料に用いるリチウム金属複合酸化物の表面には余剰リチウムが存在し、アルカリ溶液との混合時に、その余剰リチウムによりタングステンおよびリチウムを含む粒子に供給されるリチウム量でよいが、タングステン酸リチウムを形成させるのに十分な量とすることが好ましい。 As described above, the coated particles are preferably particles containing, for example, tungsten and lithium. In this case, the amount of lithium contained in the coated particles is not particularly limited, and if the coated particles contain lithium, an effect of improving lithium ion conductivity can be obtained. Usually, excess lithium is present on the surface of the lithium metal composite oxide used as the raw material of the positive electrode active material of the present embodiment, and when mixed with an alkaline solution, the lithium supplied to the particles containing tungsten and lithium by the excess lithium. The amount may be sufficient, but it is preferable that the amount is sufficient to form lithium tungstate.
また、正極活物質中のニッケル、コバルト、および元素Mの原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比「Li/Me」が、0.97以上1.20以下であることが好ましい。Li/Meを0.97以上とすることで、該正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における正極の反応抵抗を特に抑制し、電池の出力を高めることができる。また、Li/Meを1.20以下とすることで、該正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池の初期放電容量を特に高め、正極の反応抵抗を抑制することできる。 Further, when the ratio “Li/Me” of the total number of atoms (Me) of nickel, cobalt, and element M in the positive electrode active material and the number of atoms (Li) of lithium is 0.97 or more and 1.20 or less. Preferably. By setting Li/Me to 0.97 or more, the reaction resistance of the positive electrode in the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material can be particularly suppressed, and the output of the battery can be increased. Further, by setting Li/Me to 1.20 or less, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery using the positive electrode active material can be particularly increased, and the reaction resistance of the positive electrode can be suppressed.
本実施形態の正極活物質の粒径や、タップ密度等の粉体特性は特に限定されず、用いるリチウムイオン二次電池に要求される特性等に応じて任意に選択することができる。 The powder characteristics such as the particle size and tap density of the positive electrode active material of the present embodiment are not particularly limited, and can be arbitrarily selected according to the characteristics required for the lithium ion secondary battery to be used.
以上に説明した本実施形態の正極活物質によれば、所定の組成を有することで、該正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池のサイクル特性を高め、充放電容量を高くすることができる。
(2)リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法について説明する。本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法によれば、既述の正極活物質を製造できるため、既に説明した事項については説明を一部省略する。
According to the positive electrode active material of the present embodiment described above, by having a predetermined composition, it is possible to improve the cycle characteristics and the charge/discharge capacity of a lithium ion secondary battery using the positive electrode active material. ..
(2) Method for Manufacturing Positive Electrode Active Material for Lithium Ion Secondary Battery A method for manufacturing the positive electrode active material for lithium ion secondary battery of the present embodiment will be described. According to the method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the above-described positive electrode active material can be produced, and therefore, a part of the already described matters will be omitted.
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法(以下、単に「正極活物質の製造方法」とも記載する)は、以下の工程を有することができる。 The method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as a “method for producing a positive electrode active material”) can include the following steps.
リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、および元素M(M)を、物質量の比で、Li:Ni:Co:M=z:(1−x−y):x:yの割合で含有し、層状の結晶構造を有するリチウム金属複合酸化物と、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液と、を混合し、原料混合物とする第1工程。
原料混合物を熱処理する第2工程。
Lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and element M (M) in the ratio of the amount of substances, Li:Ni:Co:M=z:(1-x-y):x:y. The first step of mixing the lithium metal composite oxide having a layered crystal structure with an alkali solution containing a tungsten compound to obtain a raw material mixture.
Second step of heat treating the raw material mixture.
なお、リチウム金属複合酸化物の物質量比を示した上記式中のx、y、zは0≦x<0.10、0≦y<0.10、0≦x+y<0.10、0.97≦z≦1.20であることが好ましい。また、元素Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素とすることができる。 In addition, x, y, and z in the above formula showing the material amount ratio of the lithium metal composite oxide are 0≦x<0.10, 0≦y<0.10, 0≦x+y<0.10, 0. It is preferable that 97≦z≦1.20. Further, the element M can be at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al.
また、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液のタングステン濃度を0.05mol/L以上1.8mol/L以下とすることができる。 Further, the tungsten concentration of the alkaline solution containing the tungsten compound can be set to 0.05 mol/L or more and 1.8 mol/L or less.
本実施形態の正極活物質の製造方法について、以下に工程ごとに詳細に説明する。
(第1工程)
第1工程は、層状の結晶構造を有するリチウム金属複合酸化物と、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液(以下、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液を「アルカリ溶液(W)」とも記載する)とを混合する工程である。
The method for producing the positive electrode active material of the present embodiment will be described in detail below for each step.
(First step)
In the first step, a lithium metal composite oxide having a layered crystal structure is mixed with an alkali solution containing a tungsten compound (hereinafter, the alkali solution containing a tungsten compound is also referred to as “alkali solution (W)”). It is a process to do.
第1工程を実施することで、電解質と接触可能なリチウム金属複合酸化物の一次粒子表面にタングステンを分散させることができる。 By performing the first step, tungsten can be dispersed on the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide that can come into contact with the electrolyte.
なお、リチウム金属複合酸化物に、固体のタングステン化合物のみを添加し、混合する場合、タングステンの分散が十分でないばかりか、リチウム金属複合酸化物粉末からリチウムが溶出しない恐れがある。このため、この場合において、タングステン化合物として、例えばリチウムを含有しないタングステン化合物を用いた場合には、リチウム金属複合酸化物の粒子表面に、リチウムを含有しないタングステン化合物、例えば酸化タングステンが形成される恐れがある。 When only the solid tungsten compound is added to and mixed with the lithium metal composite oxide, not only the dispersion of tungsten is insufficient, but also lithium may not be eluted from the lithium metal composite oxide powder. Therefore, in this case, when a tungsten compound that does not contain lithium is used as the tungsten compound, a tungsten compound that does not contain lithium, for example, tungsten oxide, may be formed on the particle surface of the lithium metal composite oxide. There is.
そこで、第1工程では、タングステン化合物を、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液としてから添加することが好ましい。タングステン化合物を含有するアルカリ溶液は、例えばタングステン化合物をアルカリ溶液に溶解することで調製することができる。 Therefore, in the first step, it is preferable to add the tungsten compound as an alkaline solution containing the tungsten compound. The alkaline solution containing the tungsten compound can be prepared, for example, by dissolving the tungsten compound in the alkaline solution.
溶解方法は、通常の粉末の溶解方法でよく、例えば、撹拌装置付の反応槽を用いてアルカリ溶液を撹拌しながらタングステン化合物を添加して溶解すればよい。タングステン化合物は、アルカリ溶液に完全に溶解させることが分散の均一性から好ましい。 The dissolution method may be an ordinary powder dissolution method, and for example, the tungsten compound may be added and dissolved while stirring the alkaline solution using a reaction vessel equipped with a stirrer. It is preferable to completely dissolve the tungsten compound in the alkaline solution from the viewpoint of uniform dispersion.
タングステン化合物としては、アルカリ溶液に溶解可能なものを好適に用いることができ、酸化タングステン、タングステン酸リチウム、タングステン酸アンモニウム等から選択された1種類以上を好適に用いることができる。 As the tungsten compound, one that can be dissolved in an alkaline solution can be preferably used, and one or more selected from tungsten oxide, lithium tungstate, ammonium tungstate, and the like can be preferably used.
アルカリ溶液に添加するタングステンの量は特に限定されないが、第1工程において、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液に含まれるタングステンの原子数の、混合するリチウム金属複合酸化物に含まれるニッケル、コバルト、および元素Mの原子数の合計に対する割合が、0.1原子%以上3.0原子%以下となるように添加することが好ましく、0.5原子%以上2.5原子%以下であることがより好ましい。 The amount of tungsten to be added to the alkaline solution is not particularly limited, but in the first step, nickel, cobalt, and It is preferable to add it so that the ratio of the number of atoms of the element M to the total number of atoms is 0.1 atom% or more and 3.0 atom% or less, and more preferably 0.5 atom% or more and 2.5 atom% or less. preferable.
本実施形態の正極活物質の製造方法では、第1工程で得られた原料混合物を、そのまま第2工程に供することができる。すなわち、リチウム金属複合酸化物と、アルカリ溶液(W)との混合後に固液分離を行わずに第2工程に供することができる。従って、アルカリ溶液(W)中のタングステンの全量が、リチウム金属複合酸化物の一次粒子表面に分散、付着することになる。このため、第1工程に供するアルカリ溶液に添加するタングステン量は、リチウム金属複合酸化物の粒子表面にタングステンおよびリチウムを含む粒子を形成させるために必要な量とすればよい。 In the method for producing the positive electrode active material of the present embodiment, the raw material mixture obtained in the first step can be directly used in the second step. That is, the lithium metal composite oxide and the alkaline solution (W) can be subjected to the second step without solid-liquid separation after mixing. Therefore, the total amount of tungsten in the alkaline solution (W) is dispersed and adhered to the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide. Therefore, the amount of tungsten added to the alkaline solution used in the first step may be the amount necessary to form particles containing tungsten and lithium on the surface of the lithium metal composite oxide particles.
ただし、第2工程の熱処理後に得られた正極活物質を解砕する場合、リチウム金属複合酸化物の粒子表面上に形成されたタングステンおよびリチウムを含む粒子が剥離して、得られる正極活物質のタングステン含有量が減少する場合がある。このような場合は、解砕の際の減少分を見越して、アルカリ溶液に添加するタングステン量を決めればよい。この場合、例えばアルカリ溶液に添加するタングステンの原子数の、混合するリチウム金属複合酸化物に含まれるニッケル、コバルトおよび元素Mの原子数の合計に対する割合について、既述の範囲にさらに5原子%以上20原子%以上多くなるように添加することができる。 However, when the positive electrode active material obtained after the heat treatment in the second step is crushed, the particles containing tungsten and lithium formed on the surface of the particles of the lithium metal composite oxide are peeled off, and the positive electrode active material The tungsten content may decrease. In such a case, the amount of tungsten to be added to the alkaline solution may be determined in anticipation of the reduction amount during crushing. In this case, for example, the ratio of the number of atoms of tungsten added to the alkaline solution to the total number of atoms of nickel, cobalt and the element M contained in the mixed lithium metal composite oxide is further 5 atom% or more within the range described above. It can be added in an amount of 20 atomic% or more.
また、アルカリ溶液(W)のタングステン濃度は、0.05mol/L以上1.8mol/L以下であることが好ましく、0.05mol/L以上1.5mol/L以下であることがより好ましい。タングステン濃度を0.05mol/L以上とすることで、リチウム金属複合酸化物と混合する際に原料混合物がスラリー化することを抑制し、リチウム金属複合酸化物と混合した際に、リチウム金属複合酸化物の層状格子に含まれるリチウムが溶出することを抑制できる。タングステン濃度を1.8mol/L以下とすることで、溶媒であるアルカリ溶液の量を十分に確保し、リチウム金属複合酸化物の粒子表面にタングステンを特に均一に分散できるため好ましい。 Moreover, the tungsten concentration of the alkaline solution (W) is preferably 0.05 mol/L or more and 1.8 mol/L or less, and more preferably 0.05 mol/L or more and 1.5 mol/L or less. By setting the tungsten concentration to 0.05 mol/L or more, it is possible to prevent the raw material mixture from being slurried when mixed with the lithium metal composite oxide, and to mix the lithium metal composite oxide with the lithium metal composite oxide. It is possible to suppress the elution of lithium contained in the layered lattice of the object. By setting the tungsten concentration to 1.8 mol/L or less, it is possible to secure a sufficient amount of the alkaline solution as a solvent and to particularly uniformly disperse the tungsten on the particle surface of the lithium metal composite oxide, which is preferable.
アルカリ溶液(W)に用いるアルカリとしては特に限定されないが、高い充放電容量を得るため、正極活物質にとって有害な不純物を含まない一般的なアルカリ溶液を用いることが好ましい。具体的には例えば、不純物混入のおそれがないアンモニア、水酸化リチウム等を用いることができるが、リチウムのインターカレーションを阻害しない観点から水酸化リチウムを用いることが好ましい。すなわち、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液が、水酸化リチウム水溶液にタングステン化合物を溶解させたものであることが好ましい。水酸化リチウムを用いる場合には、混合後に得られる原料混合物中のLi/Meが、正極活物質で既述の、正極活物質中のニッケル、コバルト、および元素Mの原子数の和(Me)と、リチウムの原子数(Li)との比(Li/Me)を充足するように、その添加量を調整することが好ましい。アルカリとして水酸化リチウムを用いる場合、例えば、添加する水酸化リチウム中のリチウムの原子数をタングステンの原子数に対して原子比で4.5以上15.0以下とすることが好ましい。リチウムはリチウム金属複合酸化物から溶出して供給されるが、上記範囲の水酸化リチウムを用いることで、タングステン酸リチウムを形成させるのに十分な量のリチウムを供給することができるためである。 The alkali used in the alkaline solution (W) is not particularly limited, but it is preferable to use a general alkaline solution containing no impurities harmful to the positive electrode active material in order to obtain a high charge/discharge capacity. Specifically, for example, ammonia, lithium hydroxide, or the like, which is unlikely to be mixed with impurities, can be used, but lithium hydroxide is preferably used from the viewpoint of not interfering with lithium intercalation. That is, it is preferable that the alkaline solution containing the tungsten compound is a solution of the tungsten compound in an aqueous lithium hydroxide solution. When lithium hydroxide is used, Li/Me in the raw material mixture obtained after mixing is the sum of the numbers of atoms of nickel, cobalt, and element M (Me) in the positive electrode active material, which has already been described for the positive electrode active material. It is preferable to adjust the addition amount so that the ratio (Li/Me) with the number of lithium atoms (Li) is satisfied. When lithium hydroxide is used as the alkali, for example, it is preferable that the number of lithium atoms in the added lithium hydroxide is 4.5 or more and 15.0 or less in atomic ratio with respect to the number of tungsten atoms. This is because lithium is eluted from the lithium metal composite oxide and supplied, but by using lithium hydroxide in the above range, it is possible to supply lithium in an amount sufficient to form lithium tungstate.
また、アルカリ溶液は水溶液であることが好ましい。タングステンをリチウム金属複合酸化物の一次粒子表面全体に分散させるためには、リチウム金属複合酸化物の二次粒子内部の空隙および不完全な粒界にも浸透させることが好ましく、揮発性が高いアルコールなどの溶媒を用いると、アルカリ溶液(W)が二次粒子内部の空隙に浸透する前に、溶媒が蒸発して十分に浸透しないことがあるためである。 Further, the alkaline solution is preferably an aqueous solution. In order to disperse the tungsten on the entire surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide, it is preferable to penetrate into voids and incomplete grain boundaries inside the secondary particles of the lithium metal composite oxide, and alcohol having high volatility is used. This is because when a solvent such as the above is used, the solvent may evaporate and not sufficiently penetrate before the alkaline solution (W) penetrates into the voids inside the secondary particles.
アルカリ溶液のpHは、タングステン化合物が溶解するpHであればよいが、9以上12以下であることが好ましい。pHを9以上とすることで、リチウム金属複合酸化物と混合した際に、リチウム金属複合酸化物からのリチウム溶出量が過度に多くなることを抑制し、得られる正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合に電池特性を特に高くすることができる。また、pHを12以下とすることで、リチウム金属複合酸化物に残留する過剰なアルカリ成分を十分に抑制し、得られる正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合に電池特性を特に高くすることができる。 The pH of the alkaline solution may be a pH at which the tungsten compound dissolves, but is preferably 9 or more and 12 or less. By adjusting the pH to 9 or more, it is possible to prevent the lithium elution amount from the lithium metal composite oxide from becoming excessively large when mixed with the lithium metal composite oxide, and to obtain the obtained positive electrode active material as a lithium ion secondary oxide. When used in a battery, the battery characteristics can be particularly improved. In addition, by setting the pH to 12 or less, the excess alkaline component remaining in the lithium metal composite oxide is sufficiently suppressed, and the battery characteristics are particularly high when the obtained positive electrode active material is used in a lithium ion secondary battery. can do.
第1工程に母材粒子の原料として供するリチウム金属複合酸化物の組成は特に限定されず、製造工程で添加する成分や、目的とする正極活物質の組成にあわせて選択することができる。例えば既述の様にアルカリ溶液を調製する際に、アルカリとして水酸化リチウムを用いる場合、該水酸化リチウムの添加によりリチウム分が増加するため、該水酸化リチウムの添加量や、目的とする正極活物質の組成にあわせて選択することができる。 The composition of the lithium metal composite oxide used as the raw material of the base material particles in the first step is not particularly limited, and can be selected according to the components added in the manufacturing step and the composition of the intended positive electrode active material. For example, when lithium hydroxide is used as an alkali when preparing an alkaline solution as described above, the lithium content increases due to the addition of the lithium hydroxide. Therefore, the amount of the lithium hydroxide added and the target positive electrode It can be selected according to the composition of the active material.
母材粒子の原料として供するリチウム金属複合酸化物としては例えば、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、および元素M(M)を、物質量の比で、Li:Ni:Co:M=z:(1−x−y):x:yの割合で含有するリチウム金属複合酸化物を用いることができる。なお、リチウム金属複合酸化物の物質量比を示した上記式中のx、y、zは0≦x<0.10、0≦y<0.10、0≦x+y<0.10、0.97≦z≦1.20であることが好ましい。また、元素Mは、Mn、V、Mg、Mo、Nb、TiおよびAlから選ばれる少なくとも1種の元素とすることができる。上記リチウム金属複合酸化物は、層状の結晶構造を有することができる。上記リチウム金属複合酸化物は、層状の六方晶系岩塩型構造の結晶構造を有することが好ましい。 Examples of the lithium metal composite oxide to be used as the raw material of the base material particles include lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and element M (M) in a ratio of the amount of material, Li:Ni:Co. :M=z:(1-x-y):x:y The lithium metal composite oxide contained in the ratio can be used. In addition, x, y, and z in the above formula showing the material amount ratio of the lithium metal composite oxide are 0≦x<0.10, 0≦y<0.10, 0≦x+y<0.10, 0. It is preferable that 97≦z≦1.20. Further, the element M can be at least one element selected from Mn, V, Mg, Mo, Nb, Ti and Al. The lithium metal composite oxide may have a layered crystal structure. The lithium metal composite oxide preferably has a layered crystal structure of hexagonal rock salt type structure.
母材粒子の原料として供するリチウム金属複合酸化物は、例えば一般式LizNi1−x−yCoxMyO2+αで表すことができる。なお、x、y、zおよび元素Mについては既に説明したため、ここでは説明を省略する。αは、例えば−0.2≦α≦0.2であることが好ましい。 Lithium-metal composite oxide serve as raw material for the base particles can be represented for example by the general formula Li z Ni 1-x-y Co x M y O 2 + α. Since x, y, z and the element M have already been described, the description thereof will be omitted here. α is preferably −0.2≦α≦0.2, for example.
また、電解質との接触面積を多くすることが、出力特性の向上に有利であることから、リチウム金属複合酸化物としては、一次粒子、および一次粒子が凝集して構成された二次粒子を含むリチウム金属複合酸化物を用いることが好ましい。なお、リチウム金属複合酸化物は、二次粒子に電解質の浸透可能な空隙および粒界を有することが好ましい。 Further, since increasing the contact area with the electrolyte is advantageous for improving the output characteristics, the lithium metal composite oxide includes primary particles and secondary particles formed by aggregating the primary particles. It is preferable to use a lithium metal composite oxide. In addition, it is preferable that the lithium metal composite oxide has voids and grain boundaries through which the electrolyte can permeate secondary particles.
第1工程では、既述の様にリチウム金属複合酸化物と、アルカリ溶液(W)とを混合することができる。この際、例えばリチウム金属複合酸化物の粉末に、アルカリ溶液(W)を添加し、混合することができる。 In the first step, the lithium metal composite oxide and the alkaline solution (W) can be mixed as described above. At this time, for example, the alkaline solution (W) can be added to and mixed with the powder of the lithium metal composite oxide.
アルカリ溶液(W)は液体であることが好ましい。また、第1工程において、リチウム金属複合酸化物と、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液との混合を50℃以下の温度で行うことが好ましい。アルカリ溶液(W)は、リチウム金属複合酸化物の二次粒子の空隙および粒界にも浸透させることが好ましいため、上述のように液体であることが好ましい。 The alkaline solution (W) is preferably a liquid. In the first step, it is preferable that the lithium metal composite oxide and the alkali solution containing the tungsten compound are mixed at a temperature of 50°C or lower. It is preferable that the alkaline solution (W) is a liquid as described above, since it is preferable that the alkaline solution (W) permeates the voids and the grain boundaries of the secondary particles of the lithium metal composite oxide.
また、50℃以下で混合することで、アルカリ溶液の乾燥速度を抑制し、リチウム金属複合酸化物の二次粒子の空隙および粒界に十分に浸透させることができるからである。アルカリ溶液の乾燥速度を抑制することで、リチウム金属複合酸化物の粒子からリチウムを十分に溶出させることができ、リチウム金属複合酸化物の粒子の表面に、十分な量のリチウムを含有したタングステンおよびリチウムを含む粒子を形成することができる。 Moreover, by mixing at 50° C. or lower, the drying rate of the alkaline solution can be suppressed, and the alkaline solution can be sufficiently permeated into the voids and grain boundaries of the secondary particles of the lithium metal composite oxide. By suppressing the drying rate of the alkaline solution, it is possible to sufficiently elute lithium from the particles of the lithium metal composite oxide, the surface of the particles of the lithium metal composite oxide, tungsten containing a sufficient amount of lithium and Particles containing lithium can be formed.
リチウム金属複合酸化物と、アルカリ溶液(W)とは、タングステンの分散を均一にするため、十分混合することが好ましい。その混合には、一般的な混合機を使用することができ、例えばシェーカーミキサーや、レーディゲミキサー、ジュリアミキサー、Vブレンダーなどを用いてリチウム金属複合酸化物の粒子の形骸が破壊されない程度に、リチウム金属複合酸化物と、アルカリ溶液(W)と十分に混合することが好ましい。第1工程でリチウム金属複合酸化物と、アルカリ溶液(W)とを混合することで、アルカリ溶液(W)中のタングステンを、リチウム金属複合酸化物の一次粒子表面に均一に分布させることができる。 It is preferable that the lithium metal composite oxide and the alkaline solution (W) are sufficiently mixed to uniformly disperse tungsten. A general mixer can be used for the mixing, and for example, a shaker mixer, a Loedige mixer, a Julia mixer, a V blender, or the like is used to such an extent that the particles of the lithium metal composite oxide particles are not destroyed. It is preferable that the lithium metal composite oxide and the alkaline solution (W) are sufficiently mixed. By mixing the lithium metal composite oxide and the alkali solution (W) in the first step, tungsten in the alkali solution (W) can be uniformly distributed on the surface of the primary particles of the lithium metal composite oxide. ..
なお、第1工程に供するリチウム金属複合酸化物は、第1工程に供する前に水洗しておくこともできる。すなわち、本実施形態の正極活物質の製造方法は、第1工程の前に、リチウム金属複合酸化物を水洗する水洗工程をさらに有することもできる。水洗を行うことで、得られる正極活物質の電池容量や、安定性を特に高めることができる。 The lithium metal composite oxide used in the first step may be washed with water before it is used in the first step. That is, the method for manufacturing the positive electrode active material of the present embodiment may further include a water washing step of washing the lithium metal composite oxide with water before the first step. By washing with water, the battery capacity and stability of the obtained positive electrode active material can be particularly enhanced.
水洗は、公知の方法および条件でよく、リチウム金属複合酸化物から過度にリチウムが溶出して電池特性が劣化しない範囲で行うことが好ましい。水洗した場合には、乾燥してからアルカリ溶液(W)と混合しても、固液分離のみで乾燥せずにアルカリ溶液(W)と混合しても、いずれの方法でもよい。固液分離のみの場合は、アルカリ溶液(W)との混合後の水分率が、乾燥したリチウム金属複合酸化物とアルカリ溶液(W)の混合物の最大水分率、すなわち、最低のタングステン濃度のアルカリ溶液(W)と混合した場合の水分率を超えないようにすることが好ましい。水分率が過度に高くならないようにすることで、リチウム金属複合酸化物から溶出するリチウムを抑制し、得られた正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池とした場合に、その電池特性を特に高めることができるため好ましい。
(第2工程)
第2工程では、第1工程で得られた原料混合物を熱処理することができる。これにより、アルカリ溶液(W)より供給されたタングステンと、リチウム金属複合酸化物から溶出したリチウムや、場合によってはさらにアルカリ溶液(W)により供給されたリチウムとにより、リチウム金属複合酸化物の粒子表面にタングステンおよびリチウムを含む粒子を形成できる。
Washing with water may be performed by known methods and conditions, and is preferably performed in a range in which lithium is not excessively eluted from the lithium metal composite oxide and battery characteristics are not deteriorated. In the case of washing with water, any method may be used, such as drying and then mixing with the alkaline solution (W), or mixing with the alkaline solution (W) only by solid-liquid separation without drying. In the case of only solid-liquid separation, the water content after mixing with the alkali solution (W) is the maximum water content of the mixture of the dried lithium metal composite oxide and the alkali solution (W), that is, the alkali having the lowest tungsten concentration. It is preferable not to exceed the water content when mixed with the solution (W). By preventing the water content from becoming excessively high, the lithium eluted from the lithium metal composite oxide is suppressed, and when the obtained positive electrode active material is used as a lithium ion secondary battery, its battery characteristics are particularly It is preferable because it can be increased.
(Second step)
In the second step, the raw material mixture obtained in the first step can be heat treated. Thereby, the particles of the lithium metal composite oxide are formed by the tungsten supplied from the alkali solution (W), the lithium eluted from the lithium metal composite oxide, and the lithium supplied by the alkali solution (W) in some cases. Particles containing tungsten and lithium can be formed on the surface.
第2工程の熱処理条件は特に限定されないが、得られる正極活物質の電気特性を特に高める観点から、酸素雰囲気中あるいは真空雰囲気中において、100℃以上600℃以下の温度で熱処理を行うことが好ましい。 The heat treatment condition of the second step is not particularly limited, but from the viewpoint of particularly improving the electrical characteristics of the obtained positive electrode active material, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature of 100° C. or higher and 600° C. or lower in an oxygen atmosphere or a vacuum atmosphere. ..
熱処理温度を100℃以上とすることで、原料混合物に含まれていた水分を十分に蒸発させ、タングステンおよびリチウムを含む粒子を十分に形成することができる。 By setting the heat treatment temperature to 100° C. or higher, the water contained in the raw material mixture can be sufficiently evaporated, and the particles containing tungsten and lithium can be sufficiently formed.
また、熱処理温度を600℃以下とすることで、リチウム金属複合酸化物の一次粒子が焼結を起こすことや、一部のタングステンがリチウム金属複合酸化物の層状構造に固溶することを抑制できる。このため、得られた正極活物質をリチウム二次電池に用いた場合に、その充放電容量を特に高めることができる。 In addition, by setting the heat treatment temperature to 600° C. or lower, it is possible to suppress the sintering of the primary particles of the lithium metal composite oxide and the solid solution of some tungsten in the layered structure of the lithium metal composite oxide. .. Therefore, when the obtained positive electrode active material is used in a lithium secondary battery, its charge/discharge capacity can be particularly increased.
熱処理時の雰囲気は、雰囲気中の水分や炭酸との反応を避けるため、既述の様に酸素雰囲気などのような酸化性雰囲気あるいは真空雰囲気とすることが好ましい。なお、ここでいう酸素雰囲気としては、例えば酸素と不活性ガスとの混合雰囲気や、酸素のみからなる雰囲気が挙げられる。 The atmosphere during the heat treatment is preferably an oxidizing atmosphere such as an oxygen atmosphere or a vacuum atmosphere as described above in order to avoid reaction with moisture or carbonic acid in the atmosphere. The oxygen atmosphere here may be, for example, a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas, or an atmosphere composed of only oxygen.
熱処理時間は、特に限定されないが、アルカリ溶液(W)の水分を十分に蒸発させてタングステンおよびリチウムを含む粒子を形成するために5時間以上15時間以下とすることが好ましい。
(3)リチウムイオン二次電池
本実施形態のリチウムイオン二次電池(以下、「二次電池」ともいう。)は、既述の正極活物質を含む正極を有することができる。
The heat treatment time is not particularly limited, but is preferably 5 hours or more and 15 hours or less in order to sufficiently evaporate the water content of the alkaline solution (W) to form particles containing tungsten and lithium.
(3) Lithium Ion Secondary Battery The lithium ion secondary battery of the present embodiment (hereinafter, also referred to as “secondary battery”) can have a positive electrode containing the positive electrode active material described above.
以下、本実施形態の二次電池の一構成例について、構成要素ごとにそれぞれ説明する。本実施形態の二次電池は、例えば正極、負極および非水系電解質を含み、一般のリチウムイオン二次電池と同様の構成要素から構成される。なお、以下で説明する実施形態は例示に過ぎず、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、下記実施形態をはじめとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。また、二次電池は、その用途を特に限定するものではない。
(正極)
本実施形態の二次電池が有する正極は、既述の正極活物質を含むことができる。
Hereinafter, one configuration example of the secondary battery of the present embodiment will be described for each component. The secondary battery of the present embodiment includes, for example, a positive electrode, a negative electrode and a non-aqueous electrolyte, and is composed of the same components as a general lithium ion secondary battery. Note that the embodiments described below are merely examples, and the lithium ion secondary battery of the present embodiment is implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art, including the following embodiments. can do. Moreover, the secondary battery is not particularly limited in its use.
(Positive electrode)
The positive electrode included in the secondary battery of the present embodiment may include the above-described positive electrode active material.
以下に正極の製造方法の一例を説明する。まず、既述の正極活物質(粉末状)、導電材および結着剤(バインダー)を混合して正極合材とし、さらに必要に応じて活性炭や、粘度調整などの目的の溶剤を添加し、これを混練して正極合材ペーストを作製することができる。 An example of the method for manufacturing the positive electrode will be described below. First, the above-mentioned positive electrode active material (powder), a conductive material and a binder (binder) are mixed to form a positive electrode mixture, and further activated carbon or a solvent for the purpose of adjusting viscosity, etc. is added, if necessary. This can be kneaded to produce a positive electrode mixture paste.
正極合材中のそれぞれの材料の混合比は、リチウムイオン二次電池の性能を決定する要素となるため、用途に応じて、調整することができる。材料の混合比は、公知のリチウムイオン二次電池の正極と同様とすることができ、例えば、溶剤を除いた正極合材の固形分の全質量を100質量%とした場合、正極活物質を60質量%以上95質量%以下、導電材を1質量%以上20質量%以下、結着剤を1質量%以上20質量%以下の割合で含有することができる。 The mixing ratio of each material in the positive electrode mixture is a factor that determines the performance of the lithium ion secondary battery, and thus can be adjusted according to the application. The mixing ratio of the materials can be the same as that of the positive electrode of a known lithium ion secondary battery. For example, when the total mass of the solid content of the positive electrode mixture excluding the solvent is 100% by mass, the positive electrode active material is It may be contained in an amount of 60% by mass or more and 95% by mass or less, a conductive material in an amount of 1% by mass or more and 20% by mass or less, and a binder in a ratio of 1% by mass or more and 20% by mass or less.
得られた正極合材ペーストを、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布し、乾燥して溶剤を飛散させ、シート状の正極が作製される。必要に応じ、電極密度を高めるべくロールプレス等により加圧することもできる。このようにして得られたシート状の正極は、目的とする電池に応じて適当な大きさに裁断等し、電池の作製に供することができる。 The obtained positive electrode mixture paste is applied to the surface of a current collector made of, for example, an aluminum foil, dried, and the solvent is scattered to produce a sheet-shaped positive electrode. If necessary, pressure can be applied by a roll press or the like to increase the electrode density. The sheet-shaped positive electrode thus obtained can be cut into an appropriate size according to the intended battery and used for the production of the battery.
導電材としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛および膨張黒鉛など)や、アセチレンブラックやケッチェンブラック(登録商標)などのカーボンブラック系材料などを用いることができる。 As the conductive material, for example, graphite (natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, or the like) or a carbon black-based material such as acetylene black or Ketjen Black (registered trademark) can be used.
結着剤(バインダー)としては、活物質粒子をつなぎ止める役割を果たすもので、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂およびポリアクリル酸等から選択された1種類以上を用いることができる。 The binder (binder) plays a role of binding the active material particles together, and includes, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, ethylene propylene diene rubber, styrene butadiene, and cellulosics. One or more selected from resins and polyacrylic acid can be used.
必要に応じ、正極活物質、導電材等を分散させて、結着剤を溶解する溶剤を正極合材に添加することもできる。溶剤としては、具体的には、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。また、正極合材には、電気二重層容量を増加させるために、活性炭を添加することもできる。 If necessary, a positive electrode active material, a conductive material and the like may be dispersed and a solvent that dissolves the binder may be added to the positive electrode mixture. As the solvent, specifically, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used. In addition, activated carbon may be added to the positive electrode mixture to increase the electric double layer capacity.
正極の作製方法は、上述した例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。例えば正極合材をプレス成形した後、真空雰囲気下で乾燥することで製造することもできる。
(負極)
負極は、金属リチウム、リチウム合金等を用いることができる。また、負極は、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質に結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表面に塗布、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを用いてもよい。
The method for producing the positive electrode is not limited to the above-described examples, and other methods may be used. For example, it can be manufactured by press-molding the positive electrode mixture and then drying it in a vacuum atmosphere.
(Negative electrode)
For the negative electrode, metallic lithium, lithium alloy, or the like can be used. For the negative electrode, a negative electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions is mixed with a binder, and a suitable solvent is added to form a paste negative electrode mixture material on the surface of a metal foil current collector such as copper. You may use what was formed by apply|coating, drying, and compressing in order to raise electrode density as needed.
負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛およびフェノール樹脂などの有機化合物焼成体、およびコークスなどの炭素物質の粉状体を用いることができる。この場合、負極結着剤としては、正極同様、PVDFなどの含フッ素樹脂を用いることができ、これらの活物質および結着剤を分散させる溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を用いることができる。
(セパレータ)
正極と負極との間には、必要に応じてセパレータを挟み込んで配置することができる。セパレータは、正極と負極とを分離し、電解質を保持するものであり、公知のものを用いることができ、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微少な孔を多数有する膜を用いることができる。
(非水系電解質)
非水系電解質としては、例えば非水系電解液を用いることができる。
As the negative electrode active material, for example, a sintered body of an organic compound such as natural graphite, artificial graphite and phenol resin, or a powdery body of a carbon material such as coke can be used. In this case, a fluorine-containing resin such as PVDF can be used as the negative electrode binder as in the positive electrode, and a solvent for dispersing these active materials and the binder can be an organic material such as N-methyl-2-pyrrolidone. A solvent can be used.
(Separator)
If necessary, a separator may be sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. The separator is for separating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolyte, and a known material can be used.For example, a thin film such as polyethylene or polypropylene, which has a large number of minute holes, may be used. it can.
(Non-aqueous electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte, for example, a non-aqueous electrolytic solution can be used.
非水系電解液としては、例えば支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解したものを用いることができる。また、非水系電解液として、イオン液体にリチウム塩が溶解したものを用いてもよい。なお、イオン液体とは、リチウムイオン以外のカチオンおよびアニオンから構成され、常温でも液体状の塩をいう。 As the non-aqueous electrolytic solution, for example, a solution in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent can be used. Further, as the non-aqueous electrolyte solution, an ionic liquid in which a lithium salt is dissolved may be used. The ionic liquid is a salt that is composed of cations and anions other than lithium ions and is liquid even at room temperature.
有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートおよびトリフルオロプロピレンカーボネートなどの環状カーボネートや、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびジプロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート、さらにテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランおよびジメトキシエタンなどのエーテル化合物、エチルメチルスルホン、ブタンスルトンなどの硫黄化合物、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのリン化合物等から選ばれる1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いることもできる。 Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and trifluoropropylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dipropyl carbonate, and tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran. And one compound selected from ether compounds such as dimethoxyethane, sulfur compounds such as ethylmethyl sulfone and butane sultone, phosphorus compounds such as triethyl phosphate and trioctyl phosphate, etc. may be used alone or in combination of two or more. It can also be used.
支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、およびそれらの複合塩などを用いることができる。さらに、非水系電解液は、ラジカル捕捉剤、界面活性剤および難燃剤などを含んでいてもよい。 As the supporting salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 and a complex salt thereof can be used. Furthermore, the non-aqueous electrolyte solution may contain a radical scavenger, a surfactant, a flame retardant, and the like.
また、非水系電解質としては、固体電解質を用いてもよい。固体電解質は、高電圧に耐えうる性質を有する。固体電解質としては、無機固体電解質、有機固体電解質が挙げられる。 A solid electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte. The solid electrolyte has the property of withstanding a high voltage. Examples of the solid electrolyte include inorganic solid electrolytes and organic solid electrolytes.
無機固体電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質等が挙げられる。 Examples of the inorganic solid electrolyte include oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes.
酸化物系固体電解質としては、特に限定されず、例えば酸素(O)を含有し、かつリチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有するものを好適に用いることができる。酸化物系固体電解質としては、例えば、リン酸リチウム(Li3PO4)、Li3PO4NX、LiBO2NX、LiNbO3、LiTaO3、Li2SiO3、Li4SiO4−Li3PO4、Li4SiO4−Li3VO4、Li2O−B2O3−P2O5、Li2O−SiO2、Li2O−B2O3−ZnO、Li1+XAlXTi2−X(PO4)3(0≦X≦1)、Li1+XAlXGe2−X(PO4)3(0≦X≦1)、LiTi2(PO4)3、Li3XLa2/3−XTiO3(0≦X≦2/3)、Li5La3Ta2O12、Li7La3Zr2O12、Li6BaLa2Ta2O12、Li3.6Si0.6P0.4O4等から選択された1種類以上を用いることができる。 The oxide-based solid electrolyte is not particularly limited and, for example, one containing oxygen (O) and having lithium ion conductivity and electronic insulation can be suitably used. The oxide-based solid electrolyte, for example, lithium phosphate (Li 3 PO 4), Li 3 PO 4 N X, LiBO 2 N X, LiNbO 3, LiTaO 3, Li 2 SiO 3, Li 4 SiO 4 -Li 3 PO 4, Li 4 SiO 4 -Li 3 VO 4, Li 2 O-B 2 O 3 -P 2 O 5, Li 2 O-SiO 2, Li 2 O-B 2 O 3 -ZnO, Li 1 + X Al X Ti 2-X (PO 4) 3 (0 ≦ X ≦ 1), Li 1 + X Al X Ge 2-X (PO 4) 3 (0 ≦ X ≦ 1), LiTi 2 (PO 4) 3, Li 3X La 2 / 3-X TiO 3 (0≦X≦2/3), Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 3.6 Si 0.6. One or more selected from P 0.4 O 4 and the like can be used.
硫化物系固体電解質としては、特に限定されず、例えば硫黄(S)を含有し、かつリチウムイオン伝導性と電子絶縁性とを有するものを好適に用いることができる。硫化物系固体電解質としては、例えば、Li2S−P2S5、Li2S−SiS2、LiI−Li2S−SiS2、LiI−Li2S−P2S5、LiI−Li2S−B2S3、Li3PO4−Li2S−Si2S、Li3PO4−Li2S−SiS2、LiPO4−Li2S−SiS、LiI−Li2S−P2O5、LiI−Li3PO4−P2S5等から選択された1種類以上を用いることができる。 The sulfide-based solid electrolyte is not particularly limited, and one containing, for example, sulfur (S) and having lithium ion conductivity and electronic insulation can be suitably used. The sulfide-based solid electrolyte, for example, Li 2 S-P 2 S 5, Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S-P 2 S 5, LiI-Li 2 S-B 2 S 3, Li 3 PO 4 -Li 2 S-Si 2 S, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, LiPO 4 -Li 2 S-SiS, LiI-Li 2 S-P 2 O 5, LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S can be used one or more selected from 5 or the like.
なお、無機固体電解質としては、上記以外のものを用いてよく、例えば、Li3N、LiI、Li3N−LiI−LiOH等を用いてもよい。 As the inorganic solid electrolyte, those other than the above may be used, and for example, Li 3 N, LiI, Li 3 N-LiI-LiOH, or the like may be used.
有機固体電解質としては、イオン伝導性を示す高分子化合物であれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの共重合体などを用いることができる。また、有機固体電解質は、支持塩(リチウム塩)を含んでいてもよい。
(二次電池の形状、構成)
以上のように説明してきた本実施形態のリチウムイオン二次電池は、円筒形や積層形など、種々の形状にすることができる。いずれの形状を採る場合であっても、本実施形態の二次電池が非水系電解質として非水系電解液を用いる場合であれば、正極および負極を、セパレータを介して積層させて電極体とし、得られた電極体に、非水系電解液を含浸させ、正極集電体と外部に通ずる正極端子との間、および、負極集電体と外部に通ずる負極端子との間を、集電用リードなどを用いて接続し、電池ケースに密閉した構造とすることができる。
The organic solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a polymer compound exhibiting ion conductivity, and for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, copolymers thereof, or the like can be used. Further, the organic solid electrolyte may contain a supporting salt (lithium salt).
(Shape and configuration of secondary battery)
The lithium-ion secondary battery of the present embodiment described above can be formed into various shapes such as a cylindrical shape and a laminated shape. Whichever shape is adopted, if the secondary battery of the present embodiment uses a non-aqueous electrolyte solution as the non-aqueous electrolyte, the positive electrode and the negative electrode, the electrode body by laminating via a separator, The obtained electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte solution, and a lead for current collection is provided between the positive electrode current collector and the positive electrode terminal communicating with the outside, and between the negative electrode current collector and the negative electrode terminal communicating with the outside. It is possible to make a structure in which the battery case is connected and sealed in the battery case.
なお、既述の様に本実施形態の二次電池は非水系電解質として非水系電解液を用いた形態に限定されるものではなく、例えば固体の非水系電解質を用いた二次電池、すなわち全固体電池とすることもできる。全固体電池とする場合、正極活物質以外の構成は必要に応じて変更することができる。 Incidentally, as described above, the secondary battery of the present embodiment is not limited to a form using a non-aqueous electrolyte solution as the non-aqueous electrolyte, for example, a secondary battery using a solid non-aqueous electrolyte, that is, all It can also be a solid state battery. In the case of an all-solid-state battery, the configuration other than the positive electrode active material can be changed as necessary.
本実施形態の二次電池では、既述の正極活物質を用いているため、低コストで、高容量でサイクル特性に優れたものとすることができる。また、正極での反応抵抗を抑制し、高出力とすることもできる。 Since the secondary battery of the present embodiment uses the above-described positive electrode active material, it can have low cost, high capacity, and excellent cycle characteristics. In addition, the reaction resistance at the positive electrode can be suppressed and the output can be increased.
このため、低コストで、高容量、高出力、高いサイクル特性が求められる各種用途に好適に用いることができる。具体的には、例えば常に高容量を要求される小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)の電源に好適であり、高出力が要求される電気自動車用電源にも好適である。 Therefore, it can be suitably used in various applications requiring low capacity, high capacity, high output, and high cycle characteristics. Specifically, for example, it is suitable as a power source for small portable electronic devices (notebook personal computers, mobile phone terminals, etc.) that always require high capacity, and is also suitable as a power source for electric vehicles that requires high output. ..
また、本実施形態の二次電池は、小型化、高出力化が可能であることから、搭載スペースに制約を受ける電気自動車用電源として好適である。なお、本実施形態の二次電池は、純粋に電気エネルギーで駆動する電気自動車用の電源のみならず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃焼機関と併用するいわゆるハイブリッド車用の電源としても用いることができる。 In addition, the secondary battery of the present embodiment is suitable for an electric vehicle power source that is restricted in mounting space because it can be downsized and high output. The secondary battery of the present embodiment can be used not only as a power source for an electric vehicle that is driven purely by electric energy, but also as a power source for a so-called hybrid vehicle that is used in combination with a combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. it can.
以下に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、以下に説明するように、各実施例、比較例で調製した正極活物質を用いて電池を製造し、評価を実施した。まず、電池の製造方法、および評価方法について説明する。
(電池の製造および評価)
正極活物質の評価には、図1に示す2032型コイン型電池10(以下、コイン型電池と称す)を使用した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. As described below, a battery was manufactured using the positive electrode active material prepared in each of Examples and Comparative Examples, and evaluation was performed. First, a battery manufacturing method and a battery evaluation method will be described.
(Battery manufacturing and evaluation)
For the evaluation of the positive electrode active material, 2032 type coin type battery 10 (hereinafter referred to as coin type battery) shown in FIG. 1 was used.
図1に示すように、コイン型電池10は、ケース11と、このケース11内に収容された電極12とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the coin-
ケース11は、中空かつ一端が開口された正極缶11aと、この正極缶11aの開口部に配置される負極缶11bとを有しており、負極缶11bを正極缶11aの開口部に配置すると、負極缶11bと正極缶11aとの間に電極12を収容する空間が形成されるように構成されている。
The
電極12は、正極12a、セパレータ12cおよび負極12bとからなり、この順で並ぶように積層されており、正極12aが正極缶11aの内面に集電体13を介して接触し、負極12bが集電体13を介して負極缶11bの内面に接触するようにケース11に収容されている。正極12aとセパレータ12cとの間にも集電体13が配置されている。
The
なお、ケース11はガスケット11cを備えており、このガスケット11cによって、正極缶11aと負極缶11bとの間が非接触の状態を維持するように相対的な移動が固定されている。また、ガスケット11cは、正極缶11aと負極缶11bとの隙間を密封してケース11内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。
The
上記の図1に示すコイン型電池10は、以下のようにして製作した。
The coin-
まず、以下の実施例、比較例で調製したリチウムイオン二次電池用正極活物質52.5mg、アセチレンブラック15mg、およびポリテトラフッ化エチレン樹脂(PTFE)7.5mgを混合し、100MPaの圧力で直径11mm、厚さ100μmにプレス成形して、正極12aを作製した。作製した正極12aを真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。
First, 52.5 mg of the positive electrode active material for lithium ion secondary batteries prepared in the following Examples and Comparative Examples, 15 mg of acetylene black, and 7.5 mg of polytetrafluoroethylene resin (PTFE) were mixed, and the diameter was 11 mm at a pressure of 100 MPa. Then, the
この正極12aと、負極12b、セパレータ12cおよび電解液とを用いて、上述したコイン型電池10を、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。
Using the
なお、負極12bには、直径14mmの円盤状に打ち抜かれた平均粒径20μm程度の黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンが銅箔に塗布された負極シートを用いた。
As the
セパレータ12cには膜厚25μmのポリエチレン多孔膜を用いた。電解液には、1MのLiClO4を支持電解質とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合液(富山薬品工業株式会社製)を用いた。
A 25-μm-thick polyethylene porous film was used as the
製造したコイン型電池10の性能を示す初期放電容量、サイクル特性は、以下のように評価した。
The initial discharge capacity and cycle characteristics showing the performance of the manufactured
初期放電容量は、コイン型電池10を製作してから24時間程度放置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cm2としてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電したときの容量を初期放電容量とした。
The initial discharge capacity was left for about 24 hours after the coin-
また、得られたコイン型電池について、電池評価として、サイクル特性を評価した。サイクル特性は、200サイクル充放電を行った時の容量維持率を測定することにより評価した。具体的には、作製したコイン型電池を、25℃に保持された恒温槽内で、電流密度0.3mA/cm2として、カットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電するサイクルを5サイクル繰り返すコンディショニングを行った後、60℃に保持された恒温槽内で、電流密度2.0mA/cm2として、カットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電するサイクルを200サイクル繰り返し、各サイクルの放電容量を測定することにより評価した。 The cycle characteristics of the obtained coin-type battery were evaluated as battery evaluation. The cycle characteristics were evaluated by measuring the capacity retention rate after 200 cycles of charge and discharge. Specifically, the produced coin-type battery was charged to a cutoff voltage of 4.3 V at a current density of 0.3 mA/cm 2 in a constant temperature bath kept at 25° C., and after a 1-hour rest, cut. After performing a conditioning in which a cycle of discharging to an off voltage of 3.0 V was repeated for 5 cycles, the battery was charged to a cutoff voltage of 4.3 V with a current density of 2.0 mA/cm 2 in a constant temperature bath maintained at 60°C. After a rest of 1 hour, a cycle of discharging to a cut-off voltage of 3.0 V was repeated 200 times, and the discharge capacity of each cycle was measured for evaluation.
そして、コイン型電池のコンディショニング後の1サイクル目で得られた放電容量で、コンディショニング後200サイクル後のサイクル目で得られた放電容量を割った割合である容量維持率が母材粒子の原料であるリチウム金属複合酸化物粉末のみで評価した場合よりも高い場合はサイクル特性に優れていると判断した。 The discharge capacity obtained in the first cycle after conditioning the coin-type battery was divided by the discharge capacity obtained in the 200th cycle after conditioning, and the capacity retention ratio was the raw material of the base material particles. It was judged that the cycle characteristics were excellent when it was higher than when evaluated only with a certain lithium metal composite oxide powder.
なお、以下の実施例、比較例では、正極活物質および二次電池の作製には、和光純薬工業株式会社製試薬特級の各試料を使用した。 In each of the following Examples and Comparative Examples, each sample of Wako Pure Chemical Industries, Ltd. special reagent grade was used to manufacture the positive electrode active material and the secondary battery.
以下、実施例、比較例の各条件について説明する。
[実施例1]
(第1工程)
Niを主成分とする酸化物粉末と水酸化リチウムを混合して焼成することで得られたLi1.016Ni0.91Co0.05Al0.04O2で表される層状の六方晶系岩塩型構造の結晶構造を有するリチウム金属複合酸化物粉末を母材粒子の原料とした。このリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒径は11.6μmであり、比表面積は0.9m2/gであった。なお、平均粒径はレーザー回折散乱法における体積積算平均値を用い、比表面積は窒素ガス吸着によるBET法を用いて評価した。また、用いたリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒径を、表1中母材粒子原料の平均粒径として示している。
Hereinafter, each condition of Examples and Comparative Examples will be described.
[Example 1]
(First step)
Layered hexagonal crystal represented by Li 1.016 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 O 2 obtained by mixing oxide powder containing Ni as a main component and lithium hydroxide and firing the mixture. A lithium metal composite oxide powder having a crystal structure of a base rock salt structure was used as a raw material for the base material particles. This lithium metal composite oxide powder had an average particle diameter of 11.6 μm and a specific surface area of 0.9 m 2 /g. In addition, the average particle diameter was evaluated by using a volume integrated average value in a laser diffraction scattering method, and the specific surface area was evaluated by using a BET method by nitrogen gas adsorption. The average particle size of the used lithium metal composite oxide powder is shown in Table 1 as the average particle size of the base material particle raw material.
3mLの純水に0.2gの水酸化リチウム(LiOH)を溶解した水溶液中に、0.183gの酸化タングステン(WO3)を添加して、25℃で撹拌することにより、タングステン濃度が0.26mol/Lのタングステン化合物を含有するアルカリ溶液を得た。次に、母材粒子の原料とするリチウム金属複合酸化物粉末15gに、アルカリ溶液(W)を添加し、さらに、シェーカーミキサー装置(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製TURBULA TypeT2C)を用いて25℃で十分に混合した。この際、タングステン化合物を含有するアルカリ溶液に含まれるタングステンの原子数の、混合するリチウム金属複合酸化物に含まれるニッケル、コバルト、および元素M(本実施例ではアルミニウム)の原子数の合計に対する割合であるタングステン量が0.5原子%となっている。なお、表1中ではタングステン量として表記している。 0.183 g of tungsten oxide (WO 3 ) was added to an aqueous solution in which 0.2 g of lithium hydroxide (LiOH) was dissolved in 3 mL of pure water, and the mixture was stirred at 25° C. to obtain a tungsten concentration of 0.1. An alkaline solution containing a 26 mol/L tungsten compound was obtained. Next, an alkaline solution (W) was added to 15 g of a lithium metal composite oxide powder used as a raw material for the base material particles, and a shaker mixer device (TURBULA Type T2C manufactured by Willy e Bakkofen (WAB)) was used. Mix well at 25°C. At this time, the ratio of the number of atoms of tungsten contained in the alkali solution containing the tungsten compound to the total number of atoms of nickel, cobalt and the element M (aluminum in this example) contained in the mixed lithium metal composite oxide. The amount of tungsten is 0.5 atom %. In Table 1, the amount is expressed as the amount of tungsten.
以上の操作により、アルカリ溶液(W)とリチウム金属複合酸化物粉末の混合物である原料混合物を得た。
(第2工程)
得られた原料混合物を、マグネシア製焼成容器に入れ、100体積%酸素気流中において、昇温速度2.8℃/分で熱処理温度である500℃まで昇温して、500℃で10時間熱処理し、その後室温まで炉冷した。
By the above operation, a raw material mixture which is a mixture of the alkaline solution (W) and the lithium metal composite oxide powder was obtained.
(Second step)
The resulting raw material mixture was placed in a magnesia firing container, heated in a 100% by volume oxygen stream to a heat treatment temperature of 500° C. at a heating rate of 2.8° C./min, and heat-treated at 500° C. for 10 hours. Then, the furnace was cooled to room temperature.
熱処理後に得られた正極活物質の組成をICP法により分析した。 The composition of the positive electrode active material obtained after the heat treatment was analyzed by the ICP method.
その結果、正極活物質の組成がLi1.069Ni0.91Co0.05Al0.04W0.005O2で表されることが確認された。
[電池評価]
得られた正極活物質を使用して作製された正極を有する図1に示すコイン型電池10の電池特性を評価した。
As a result, it was confirmed that the composition of the positive electrode active material was represented by Li 1.069 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 W 0.005 O 2 .
[Battery evaluation]
The battery characteristics of the coin-
その結果、初期放電容量は212.8mAh/gであり、200サイクル後の放電容量は173.3mAh/gとなり、サイクル前後の容量維持率は81.4%であった。 As a result, the initial discharge capacity was 212.8 mAh/g, the discharge capacity after 200 cycles was 173.3 mAh/g, and the capacity retention ratio before and after the cycle was 81.4%.
以下、実施例2〜5、比較例1〜6については、上記実施例1と変更した物質、条件のみを示す。また、実施例1〜5、比較例1〜6の初期放電容量、200サイクル後の放電容量、および200サイクル後の容量維持率を表1に示す。
[実施例2]
用いたWO3を0.915gとした以外は実施例1と同様にして、正極活物質を得た。なお、第1工程に供したタングステン化合物を含有するアルカリ溶液のタングステン濃度は1.32mol/Lとなった。
Hereinafter, for Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, only the substances and conditions changed from those of Example 1 are shown. Table 1 shows the initial discharge capacities of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, the discharge capacity after 200 cycles, and the capacity retention rate after 200 cycles.
[Example 2]
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that WO 3 used was 0.915 g. The tungsten concentration of the alkaline solution containing the tungsten compound used in the first step was 1.32 mol/L.
得られた正極活物質の組成はLi1.071Ni0.91Co0.05Al0.04W0.025O2であることが確認された。電池特性評価の結果を、表1に示す。
[実施例3]
母材粒子の原料として、Li1.018Ni0.94Co0.01Al0.05O2で表され、層状の六方晶系岩塩型構造の結晶構造を有する、平均粒径が11.9μmであり、比表面積が0.9m2/gであるリチウム金属複合酸化物粉末を用いた以外は実施例1と同様にして、正極活物質を得た。組成はLi1.068Ni0.94Co0.01Al0.05W0.005O2であることが確認された。電池特性評価の結果を、表1に示す。
[実施例4]
母材粒子の原料として、Li1.032Ni0.92Co0.02Al0.05Mn0.01O2で表され、層状の六方晶系岩塩型構造の結晶構造を有する、平均粒径が11.2μmであり、比表面積が0.6m2/gであるリチウム金属複合酸化物粉末を用いた以外は実施例1と同様にして、正極活物質を得た。組成はLi1.084Ni0.92Co0.02Al0.05Mn0.01W0.005O2であることが確認された。電池特性評価の結果を、表1に示す。
[実施例5]
母材粒子の原料として、Li1.015Ni0.91Co0.05Al0.04O2で表され、層状の六方晶系岩塩型構造の結晶構造を有する、平均粒径が5.2μmであり、比表面積が1.2m2/gであるリチウム金属複合酸化物粉末を用いた以外は実施例1と同様にして、正極活物質を得た。組成はLi1.071Ni0.91Co0.05Al0.04W0.005O2であることが確認された。電池特性評価の結果を、表1に示す。
[比較例1]
実施例1で用いた母材粒子の原料をそのまま正極活物質とした。該正極活物質の評価結果を表1に示す。
[比較例2]
実施例3で用いた母材粒子の原料をそのまま正極活物質とした。該正極活物質の評価結果を表1に示す。
[比較例3]
実施例4で用いた母材粒子の原料をそのまま正極活物質とした。該正極活物質の評価結果を表1に示す。
[比較例4]
実施例5で用いた母材粒子の原料をそのまま正極活物質とした。該正極活物質の評価結果を表1に示す。
[比較例5]
用いたWO3を0.029gとした以外は実施例1と同様にして、正極活物質を得た。なお、第1工程に供したタングステン化合物を含有するアルカリ溶液のタングステン濃度は0.04mol/Lとなった。
It was confirmed that the composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.071 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 W 0.025 O 2 . The results of the battery characteristic evaluation are shown in Table 1.
[Example 3]
The raw material of the base material particles is represented by Li 1.018 Ni 0.94 Co 0.01 Al 0.05 O 2 , and has a layered hexagonal rock salt type crystal structure and an average particle diameter of 11.9 μm. A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the lithium metal composite oxide powder having a specific surface area of 0.9 m 2 /g was used. It was confirmed that the composition was Li 1.068 Ni 0.94 Co 0.01 Al 0.05 W 0.005 O 2 . The results of the battery characteristic evaluation are shown in Table 1.
[Example 4]
As the raw material of the base material particles, Li 1.032 Ni 0.92 Co 0.02 Al 0.05 Mn 0.01 O 2 is represented, and has a crystal structure of a layered hexagonal rock salt type structure, and an average particle size. Was 11.2 μm and the specific surface area was 0.6 m 2 /g, and a positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the lithium metal composite oxide powder was used. It was confirmed that the composition was Li 1.084 Ni 0.92 Co 0.02 Al 0.05 Mn 0.01 W 0.005 O 2 . The results of the battery characteristic evaluation are shown in Table 1.
[Example 5]
The raw material of the base material particles is represented by Li 1.015 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 O 2 , and has a layered hexagonal rock salt type crystal structure and an average particle diameter of 5.2 μm. A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the lithium metal composite oxide powder having a specific surface area of 1.2 m 2 /g was used. It was confirmed that the composition was Li 1.071 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 W 0.005 O 2 . The results of the battery characteristic evaluation are shown in Table 1.
[Comparative Example 1]
The raw material of the base material particles used in Example 1 was directly used as the positive electrode active material. Table 1 shows the evaluation results of the positive electrode active material.
[Comparative Example 2]
The raw material of the base material particles used in Example 3 was directly used as the positive electrode active material. Table 1 shows the evaluation results of the positive electrode active material.
[Comparative Example 3]
The raw material of the base material particles used in Example 4 was directly used as the positive electrode active material. Table 1 shows the evaluation results of the positive electrode active material.
[Comparative Example 4]
The raw material of the base material particles used in Example 5 was directly used as the positive electrode active material. Table 1 shows the evaluation results of the positive electrode active material.
[Comparative Example 5]
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that WO 3 used was 0.029 g. The tungsten concentration of the alkaline solution containing the tungsten compound used in the first step was 0.04 mol/L.
得られた正極活物質の組成はLi1.069Ni0.91Co0.05Al0.04W0.0008O2であることが確認された。電池特性評価の結果を、表1に示す。
[比較例6]
用いたWO3を1.28gとした以外は実施例1と同様にして、正極活物質を得た。なお、第1工程に供したタングステン化合物を含有するアルカリ溶液のタングステン濃度は1.84mol/Lとなった。
It was confirmed that the composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.069 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 W 0.0008 O 2 . The results of the battery characteristic evaluation are shown in Table 1.
[Comparative Example 6]
A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except that WO 3 used was 1.28 g. The tungsten concentration of the alkaline solution containing the tungsten compound used in the first step was 1.84 mol/L.
得られた正極活物質の組成はLi1.069Ni0.91Co0.05Al0.04W0.035O2であることが確認された。電池特性評価の結果を、表1に示す。 It was confirmed that the composition of the obtained positive electrode active material was Li 1.069 Ni 0.91 Co 0.05 Al 0.04 W 0.035 O 2 . The results of the battery characteristic evaluation are shown in Table 1.
また、母材粒子の原料として同じリチウム金属複合酸化物を用いた実施例1、実施例2、比較例5、比較例6の結果を比較すると、タングステンの含有割合が、本実施形態の正極活物質の組成を充足する実施例1、2は、比較例5、6と比較して、サイクル特性が大幅に向上していることが確認できた。 Further, comparing the results of Example 1, Example 2, Comparative Example 5, and Comparative Example 6 using the same lithium metal composite oxide as the raw material of the base material particles, the content ratio of tungsten is the positive electrode active material of the present embodiment. It was confirmed that the cycle characteristics of Examples 1 and 2 satisfying the composition of the substance were significantly improved as compared with Comparative Examples 5 and 6.
Claims (10)
前記原料混合物を熱処理する第2工程とを有し、
前記タングステン化合物を含有するアルカリ溶液のタングステン濃度が0.05mol/L以上1.8mol/L以下であるリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 Lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and element M (M) in the ratio of the amount of substances, Li:Ni:Co:M=z:(1-x-y):x:y. (However, 0≦x<0.10, 0≦y<0.10, 0≦x+y<0.10, 0.97≦z≦1.20, and the element M is Mn, V, Mg, Mo, A lithium metal composite oxide containing at least one element selected from Nb, Ti and Al) and having a layered crystal structure is mixed with an alkali solution containing a tungsten compound to obtain a raw material mixture. The first step,
A second step of heat treating the raw material mixture,
A method for producing a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein the tungsten concentration of the alkali solution containing the tungsten compound is 0.05 mol/L or more and 1.8 mol/L or less.
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