JP2020135949A - Active material, and positive electrode mixture and solid battery using the same - Google Patents

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大輔 鷲田
Daisuke Washida
大輔 鷲田
仁彦 井手
Yoshihiko Ide
仁彦 井手
徹也 光本
Tetsuya Mitsumoto
徹也 光本
淳 大村
Atsushi Omura
淳 大村
薦田 康夫
Yasuo Komoda
康夫 薦田
柴田 泰宏
Yasuhiro Shibata
泰宏 柴田
泰規 田平
Yasuki Tahira
泰規 田平
知志 前田
Tomoshi Maeda
知志 前田
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Abstract

To provide an active material having an increased operating voltage at the initial stage of discharge.SOLUTION: An active material according to the present invention is used for a solid-state battery. In a radial distribution function obtained by the measurement of an X-ray absorption fine structure of the active material, at least one peak is observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less, and at least one peak is observed in the range of 0.310 nm to 0.340 nm or less. The active material includes core material particles and a coating layer arranged on the surfaces of the core material particles. A halogen element exists on the surface of the core material particles or in the vicinity thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、固体電池に用いられる活物質に関する。 The present invention relates to active materials used in solid-state batteries.

固体電池に用いる固体電解質には、できるだけイオン導電率が高く、且つ化学的・電気化学的に安定であることが求められている。例えばハロゲン化リチウム、窒化リチウム、リチウム酸塩又はこれらの誘導体などが固体電解質の材料候補として知られている。 The solid electrolyte used in the solid-state battery is required to have as high an ionic conductivity as possible and to be chemically and electrochemically stable. For example, lithium halide, lithium nitride, lithium salt, or derivatives thereof are known as material candidates for solid electrolytes.

固体電池に用いる固体電解質の1つとして、硫化物固体電解質が検討されている。しかし硫化物固体電解質を含む固体電池は、これに対して充放電を行うと、電極活物質と硫化物固体電解質との界面抵抗が高くなり、リチウムイオンの移動が制限されるという問題がある。この理由は、電極活物質と硫化物固体電解質とが反応することによって、両者の界面に抵抗層が形成されるからであると考えられている。この問題に対して、例えば特許文献1においては、正極活物質の表面を特定の化合物で被覆することによって、界面抵抗の上昇を抑制することが試みられている。 A sulfide solid electrolyte is being studied as one of the solid electrolytes used in a solid battery. However, a solid-state battery containing a sulfide solid electrolyte has a problem that when charging / discharging is performed on the solid battery, the interfacial resistance between the electrode active material and the sulfide solid electrolyte increases, and the movement of lithium ions is restricted. It is considered that the reason for this is that a resistance layer is formed at the interface between the electrode active material and the sulfide solid electrolyte by reacting with each other. To solve this problem, for example, in Patent Document 1, it is attempted to suppress an increase in interfacial resistance by coating the surface of the positive electrode active material with a specific compound.

特開2018−125214号公報JP-A-2018-125214

ところで、充電後の電池を放電していくと、電池の電圧が徐々に低下する。特に、放電初期での電圧の低下は電池の性能に影響を及ぼす。放電初期の電圧降下は、電池の充電時に上述した界面抵抗を上昇させる物質の生成が一因であると考えられているところ、特許文献1に記載の技術では界面抵抗の上昇を充分に抑制することができない。 By the way, as the charged battery is discharged, the voltage of the battery gradually decreases. In particular, the voltage drop at the initial stage of discharge affects the performance of the battery. It is considered that the voltage drop at the initial stage of discharge is partly due to the generation of the above-mentioned substance that increases the interfacial resistance when the battery is charged. However, the technique described in Patent Document 1 sufficiently suppresses the increase in the interfacial resistance. Can't.

前記の課題に鑑み、本発明は、固体電解質との界面抵抗を低減し、放電初期の電圧降下を抑制し、放電初期の作動電圧を高く維持することが可能な活物質を提供することを主目的とする。 In view of the above problems, the present invention mainly provides an active material capable of reducing the interfacial resistance with the solid electrolyte, suppressing the voltage drop at the initial stage of discharge, and maintaining a high operating voltage at the initial stage of discharge. The purpose.

本発明は、固体電池に用いられる活物質であって、
前記活物質は、X線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.310nm超0.340nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるものであり、
前記活物質は、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、該芯材粒子の表面又はその近傍にハロゲン元素が存在している、活物質を提供することによって前記の課題を解決したものである。
The present invention is an active material used in a solid-state battery.
In the radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure, at least one peak is observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less, and the active material is more than 0.310 nm and 0.340 nm or less. At least one peak is observed in the range of
The active material provides an active material having a core material particle and a coating layer arranged on the surface of the core material particle, and a halogen element is present on or near the surface of the core material particle. By doing so, the above-mentioned problems are solved.

また本発明は、固体電池に用いられる活物質であって、
前記活物質は、X線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.145nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.310nm超0.340nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるものであり、
前記活物質は、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、
X線光電子分光分析(XPS)により測定されるLi1sの結合エネルギーが54.0eV以上55.4eV以下にピーク頂点が観察される活物質を提供することによって前記の課題を解決したものである。
The present invention is an active material used in a solid-state battery.
In the radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure, at least one peak is observed in the range of 0.115 nm or more and 0.145 nm or less, and the active material is more than 0.310 nm and 0.340 nm or less. At least one peak is observed in the range of
The active material has core material particles and a coating layer arranged on the surface of the core material particles.
The above-mentioned problems are solved by providing an active material in which a peak peak is observed when the binding energy of Li1s measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 54.0 eV or more and 55.4 eV or less.

本発明によれば、放電初期の作動電圧が高い活物質が提供される。 According to the present invention, an active material having a high operating voltage at the initial stage of discharge is provided.

図1は、リチウム及びニオブを含む酸化物を対象として測定されたX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数である。FIG. 1 is a radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure measured for oxides containing lithium and niobium. 図2は、実施例1で得られた正極活物質を対象として測定されたX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数にピークが存在するか否かを判定する方法を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a method for determining whether or not there is a peak in the radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure measured for the positive electrode active material obtained in Example 1. is there. 図3は、LiNbOを対象として測定されたX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数である。FIG. 3 is a radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure measured for Li 3 NbO 4 .

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明は、固体電池に用いられる活物質に関するものである。 Hereinafter, the present invention will be described based on its preferred embodiment. The present invention relates to an active material used in a solid-state battery.

A.活物質
1.ハロゲン
本発明の活物質は、好適には、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有する。芯材粒子の表面又はその近傍にはハロゲン元素が存在することが好ましい。芯材粒子の表面にハロゲン元素が存在することによって、後述するX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数のピーク位置が特定の範囲に観察されることと相まって、界面抵抗を上昇させ得る物質が充電時に生成することが抑制され、それによって放電初期における電池の電圧降下が抑制される。また、電池の充電時に生ずるおそれのある、芯材粒子に含まれる酸素と硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を抑制することができ、それによっても放電初期における電池の電圧降下が抑制される。「芯材粒子の表面又はその近傍」とは、芯材粒子の表面そのもの又は表面から厚み方向に沿った200nm以内、中でも100nm以内、特に50nm以内の領域のことである。芯材粒子の表面から厚み方向に沿った所定の範囲内にハロゲン元素が存在するとは、例えば、被覆層中にハロゲン元素が存在する場合や、被覆層の最表面にハロゲン元素が存在する場合等が想定される。また「放電初期」とは、例えば放電を開始してから0.5mAh/g放電するまでの状態のことである。
A. Active material 1. Halogen The active material of the present invention preferably has core material particles and a coating layer arranged on the surface of the core material particles. It is preferable that a halogen element is present on or near the surface of the core material particles. The presence of halogen elements on the surface of the core material particles increases the interfacial resistance, coupled with the fact that the peak position of the radial distribution function obtained by the measurement of the X-ray absorption fine structure described later is observed in a specific range. It is suppressed that the obtained substance is generated during charging, thereby suppressing the voltage drop of the battery at the initial stage of discharging. In addition, the reaction between oxygen contained in the core material particles and sulfur contained in the sulfide solid electrolyte, which may occur when the battery is charged, can be suppressed, thereby suppressing the voltage drop of the battery at the initial stage of discharge. To. The "surface of the core material particles or the vicinity thereof" is a region within 200 nm, particularly within 100 nm, particularly within 50 nm along the thickness direction from the surface itself or the surface of the core material particles. The presence of a halogen element within a predetermined range along the thickness direction from the surface of the core material particles means that, for example, the halogen element is present in the coating layer, or the halogen element is present on the outermost surface of the coating layer. Is assumed. Further, the "initial discharge" is, for example, a state from the start of discharge to the discharge of 0.5 mAh / g.

また、本発明の活物質は芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、X線光電子分光分析(XPS)により測定されるLi1sの結合エネルギーが54.0eV以上55.4eV以下にピーク頂点が観察されることによって、後述するX線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数のピーク位置が特定の範囲に観察されることと相まって、充電時における活物質からのリチウムイオンの移動性(脱離性)が向上する。また、電池の充電時に生ずるおそれのある、芯材粒子に含まれる酸素と硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を抑制することができ、それによってもリチウムイオンの移動(脱離)が優先的に生じるようになる。 Further, the active material of the present invention has core material particles and a coating layer arranged on the surface of the core material particles, and the binding energy of Li1s measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 54.0 eV. By observing the peak peak below 55.4 eV, the peak position of the radial distribution function obtained by the measurement of the X-ray absorption fine structure described later is observed in a specific range, and the activity during charging is observed. The mobility (desorption) of lithium ions from the substance is improved. In addition, it is possible to suppress the reaction between oxygen contained in the core material particles and sulfur contained in the sulfide solid electrolyte, which may occur when charging the battery, which also gives priority to the movement (desorption) of lithium ions. Will occur.

ハロゲン元素とは、フッ素(F)元素、塩素(Cl)元素、臭素(Br)元素及びヨウ素(I)元素のうちの少なくとも1種の元素の意味である。芯材粒子の表面に存在するハロゲン元素は1種でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。界面抵抗の一因となるハロゲン化リチウムの生成を抑える観点からは、ハロゲン元素は、塩素(Cl)元素、臭素(Br)元素が好ましく、リチウムイオンの移動性(脱離性)を一層高める観点からは、フッ素(F)元素が好ましい。 The halogen element means at least one element of fluorine (F) element, chlorine (Cl) element, bromine (Br) element and iodine (I) element. The halogen element present on the surface of the core material particles may be one kind or a combination of two or more kinds. From the viewpoint of suppressing the formation of lithium halide, which contributes to the interfacial resistance, the halogen elements are preferably chlorine (Cl) element and bromine (Br) element, and the viewpoint of further enhancing the mobility (desorption) of lithium ions. Therefore, the fluorine (F) element is preferable.

芯材粒子の表面に存在するハロゲン元素は、後述するLiAO化合物に固溶されていてもよく、あるいはLiAO化合物とは別にハロゲン化合物の状態で存在していてもよい。 The halogen element existing on the surface of the core material particles may be dissolved in the LiAO compound described later, or may be present in the state of a halogen compound separately from the LiAO compound.

芯材粒子の表面に存在するハロゲンの濃度は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)によって測定されるハロゲンの濃度で表して0.00075以上であることが好ましい。ハロゲン濃度が0.00075以上であれば、後述するLiAO化合物やコア粒子の酸素と、硫化物固体電解質の硫黄との反応を抑制できるから好ましい。他方、濃度の値に特に上限はないが経験的には、例えば0.155以下であれば、芯材粒子の表面がリチウムイオンの伝導性を損なわないから好ましい。この観点から、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)によって測定されるハロゲンの濃度、すなわちTOF−SIMSを使用し、二次イオン極性を負の条件によって測定される、芯材粒子の表面より集めた二次イオンのすべてのカウント数の合計(total)に対する、ハロゲンイオンに関する二次イオン種のカウント数(X)の比率(X/total)は0.00075以上であることが好ましく、中でも0.0015以上、その中でも0.0075以上、更にその中でも0.010以上、更にその中でも0.015以上、更にその中でも0.020以上、更にその中でも0.025以上であることが好ましい。TOF−SIMSによる表面分析は、例えば以下の方法で行う。 The concentration of halogen present on the surface of the core material particles is preferably 0.00075 or more in terms of the concentration of halogen measured by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS). When the halogen concentration is 0.00075 or more, it is preferable because the reaction between oxygen of the LiAO compound or core particles described later and sulfur of the sulfide solid electrolyte can be suppressed. On the other hand, although there is no particular upper limit to the concentration value, empirically, for example, if it is 0.155 or less, the surface of the core material particles does not impair the conductivity of lithium ions, which is preferable. From this point of view, the concentration of halogen measured by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), that is, the core particle whose secondary ion polarity is measured under negative conditions using TOF-SIMS. The ratio (X / total) of the count number (X ) of the secondary ion species with respect to the halogen ion to the total count number (total) of all the secondary ions collected from the surface of is 0.00075 or more. It is preferably 0.0015 or more, 0.0075 or more among them, 0.010 or more among them, 0.015 or more among them, 0.020 or more among them, and 0.025 or more among them. Is preferable. Surface analysis by TOF-SIMS is performed by, for example, the following method.

<TOF−SIMSによる表面分析>
アルバック・ファイ社製の飛行時間型二次イオン質量分析(TOF−SIMS)装置である、TRIFT IVを用いて、正極活物質の粒子表面の分析を行い、その表面に存在するハロゲンの濃度を測定する。具体的には、二次イオン極性を負の条件によって測定される、正極活物質の表面より集めた二次イオンのすべてのカウント数の合計(total)に対する、フッ素イオンのカウント数(F)の比率(F/total)を測定する。
<Surface analysis by TOF-SIMS>
Using TRIFT IV, a time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) device manufactured by ULVAC-PHI, the particle surface of the positive electrode active material is analyzed, and the concentration of halogen present on the surface is measured. To do. Specifically, the count number of fluorine ions (F ) with respect to the total count number (total) of all the secondary ions collected from the surface of the positive electrode active material whose secondary ion polarity is measured under negative conditions. The ratio (F / total) of is measured.

測定に使用する条件等は以下のとおりである。
一次イオン:Au
加速電圧:30kV
測定エリア面積:10000μm (100μm×100μm)
測定時間の単位:10分
測定イオン種:Positive/Negative
電子中和:有
The conditions used for the measurement are as follows.
Primary ion: Au +
Acceleration voltage: 30kV
Measurement area area: 10000 μm 2 (100 μm × 100 μm)
Unit of measurement time: 10 minutes Measurement ion species: Positive / Negative
Electronic neutralization: Yes

本発明の活物質はX線光電子分光分析(XPS)によって測定されるLi1sの結合エネルギーが、54.0eV以上55.4eV以下にピーク頂点が観察されることが好ましい。更に好ましくは54.0eV以上55.3eV以下、更に54.0eV以上55.2eV以下、更に54.0eV以上55.1eV以下、更に54.0eV以上55.0eV以下にピーク頂点が観察されることが好ましい。Li1sのXPSの結合エネルギーが前記範囲にあることは、後述するLiAO化合物のOの一部をFで置換していると推測することもできる。LiAO化合物のOの一部がFで置換されていることで、LiAO化合物や芯材粒子に含まれる酸素と、硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を抑制できるので好ましい。芯材粒子の表面に存在するハロゲンは、後述するLiAO化合物に固溶されていてもよく、あるいはLiAO化合物とは別にハロゲン化合物の状態で存在していてもよい。 In the active material of the present invention, it is preferable that the peak peak is observed when the binding energy of Li1s measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 54.0 eV or more and 55.4 eV or less. More preferably, peak vertices are observed at 54.0 eV or more and 55.3 eV or less, further 54.0 eV or more and 55.2 eV or less, further 54.0 eV or more and 55.1 eV or less, and further 54.0 eV or more and 55.0 eV or less. preferable. The fact that the binding energy of XPS of Li1s is in the above range can be inferred that a part of O of the LiAO compound described later is replaced with F. It is preferable that a part of O of the LiAO compound is replaced with F because the reaction between oxygen contained in the LiAO compound and the core material particles and sulfur contained in the sulfide solid electrolyte can be suppressed. The halogen present on the surface of the core material particles may be dissolved in the LiAO compound described later, or may be present in the state of a halogen compound separately from the LiAO compound.

2.LiAO化合物
本発明の活物質における被覆層は、Li、A(AはTi、Zr、Ta、Nb、Zn、W及びAlからなる群から選ばれた1種又は2種以上の元素)及びOを含む化合物(「LiAO化合物」とも称する。)を含有することが好ましい。芯材粒子の表面がLiAO化合物で被覆されていることにより、リチウムイオン伝導性が向上し、正極活物質と固体電解質との間のリチウムイオンの移動性を改善することができ、充電特性を高めることができる。また、正極活物質と固体電解質との間の界面抵抗を低減させることができる。なおA元素はバルブメタルと呼ばれる、同様の性質を有する一群の金属元素である。
2. 2. LiAO compound The coating layer in the active material of the present invention contains Li, A (A is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Ta, Nb, Zn, W and Al) and O. It is preferable to contain a compound containing the compound (also referred to as "LiAO compound"). By coating the surface of the core material particles with the LiAO compound, the lithium ion conductivity is improved, the mobility of lithium ions between the positive electrode active material and the solid electrolyte can be improved, and the charging characteristics are enhanced. be able to. In addition, the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte can be reduced. The element A is a group of metal elements having similar properties called valve metal.

「芯材粒子の表面がLiAO化合物で被覆されている」状態とは、LiAO化合物が、芯材粒子の表面において、粒子として存在している態様、粒子が凝集してなる凝集粒子として存在している態様、及び層を形成して存在している態様を包含する。「層を形成して存在する」とは、LiAO化合物が厚みをもって存在している状態を意味する。 The state in which the surface of the core material particles is coated with the LiAO compound means that the LiAO compound exists as particles on the surface of the core material particles, and exists as agglomerated particles formed by aggregating the particles. Includes aspects that are present and aspects that are present in layers. "Existing in layers" means a state in which the LiAO compound exists with a thickness.

LiAO化合物が層を形成する場合、その厚みは0.5nm〜200nmであることが好ましく、中でも0.7nm以上あるいは100nm以下、その中でも1nm以上あるいは50nm以下であることが好ましく、更にその中でも25nm以下であることが好ましい。このような範囲にすることで、リチウムイオンの移動性を改善でき、界面抵抗の低減を図ることができる。よって、良好なリチウムイオン伝導層として機能させることができる。層の厚みは、例えば、走査型透過電子顕微鏡(STEM)により測定することができる。また、必要に応じてエネルギー分散型X線分析(EDS)を組み合わせて観察し、測定することもできる。 When the LiAO compound forms a layer, its thickness is preferably 0.5 nm to 200 nm, particularly preferably 0.7 nm or more or 100 nm or less, particularly preferably 1 nm or more or 50 nm or less, and further preferably 25 nm or less. Is preferable. Within such a range, the mobility of lithium ions can be improved and the interfacial resistance can be reduced. Therefore, it can function as a good lithium ion conductive layer. The layer thickness can be measured, for example, by a scanning transmission electron microscope (STEM). In addition, energy dispersive X-ray analysis (EDS) can be combined for observation and measurement as needed.

芯材粒子の表面の一部又は部分的にLiAO化合物が存在しない箇所があってもよい。中でも、LiAO化合物が芯材粒子の表面全体の面積の30%以上を被覆していることが好ましく、中でも40%以上、その中でも50%以上が好ましい。芯材粒子の表面をLiAO化合物が被覆していることは、例えば、前記と同様に、走査型透過電子顕微鏡(STEM)と、必要に応じてエネルギー分散型X線分析(EDS)を組み合わせて芯材粒子の表面を観察することや、オージェ電子分光分析法により確認することができる。また、芯材粒子の表面を被覆するLiAO化合物の厚みは均一でなくても構わない。 There may be a part or a part of the surface of the core material particles where the LiAO compound does not exist. Among them, the LiAO compound preferably covers 30% or more of the entire surface area of the core material particles, particularly 40% or more, and particularly preferably 50% or more. The fact that the surface of the core material particles is coated with the LiAO compound means that, for example, as described above, a scanning transmission electron microscope (STEM) and, if necessary, energy dispersive X-ray analysis (EDS) are combined to form a core. It can be confirmed by observing the surface of the material particles or by Auger electron spectroscopy. Further, the thickness of the LiAO compound covering the surface of the core material particles does not have to be uniform.

3.XAFS
本発明の活物質は、X線吸収微細構造(以下「XAFS」ともいう。)の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.310nm超0.340nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察される。
3. 3. XAFS
In the active material of the present invention, at least one peak is observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure (hereinafter, also referred to as “XAFS”). At the same time, at least one peak is observed in the range of more than 0.310 nm and 0.340 nm or less.

詳細には、図1に示すとおり、本発明の活物質は、XAFSの測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察される。ピーク位置は、ピーク頂点の位置により特定される。ピークの定義については後述する。本発明において観察されるピーク位置は、例えば、0.120nm以上であってもよく、0.125nm以上であってもよく、0.130nm以上であってもよい。前記範囲に観察されるピークは、少なくとも1つであればよく、例えば1つのみであってもよく、2つ以上であってもよい。これとともに本発明の活物質は、0.310nm超0.340nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察される。本発明において観察されるピーク位置は、例えば、0.315nm以上であってもよい。一方、前記ピーク位置は、例えば、0.335nm以下であってもよく、0.330nm以下であってもよい。 Specifically, as shown in FIG. 1, in the active material of the present invention, at least one peak is observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by the measurement of XAFS. The peak position is specified by the position of the peak apex. The definition of the peak will be described later. The peak position observed in the present invention may be, for example, 0.120 nm or more, 0.125 nm or more, or 0.130 nm or more. The number of peaks observed in the above range may be at least one, for example, only one or two or more. At the same time, in the active material of the present invention, at least one peak is observed in the range of more than 0.310 nm and 0.340 nm or less. The peak position observed in the present invention may be, for example, 0.315 nm or more. On the other hand, the peak position may be, for example, 0.335 nm or less, or 0.330 nm or less.

上述したLiAO化合物に関し、これまで当該技術分野において種々のものが知られているところ、本発明においては、特定の化学構造を有する化合物を用いることが好ましい。本発明で用いられるLiAO化合物は、XAFSの測定によって得られる動径分布関数において、特定の原子間距離にピークが観察されることによって特徴付けられる。例えばLiAO化合物がLi、Nb及びOを含む化合物(以下、この化合物のことを「LiNbO化合物」ともいう。)である場合、LiNbO化合物の動径分布関数の一例は、上述した図1に示すとおりとなる。図1に示す動径分布関数の横軸は、ニオブ原子の位置を基準とした原子間距離を示している。縦軸は、ニオブ原子の周囲に位置する原子の存在確率を示している。0.115nm以上0.144nm以下の範囲に観察されるピークは、ニオブ原子と酸素原子との距離に相当するものであり、0.310nm超0.340nm以下の範囲に観察されるピークはニオブ原子どうしの距離に相当するものである。XAFSから得られる動径分布関数において、上述した所定の範囲にピークが観察されるLiNbO化合物を被覆層に含有させることで、本発明の活物質は、リチウムイオンの移動性が改善し、結果として放電初期の電圧降下を抑制し、放電初期の作動電圧を高く維持することが可能である。また、活物質と固体電解質との間の界面抵抗を低減させることができる。 As for the above-mentioned LiAO compound, various compounds have been known in the art, and in the present invention, it is preferable to use a compound having a specific chemical structure. The LiAO compound used in the present invention is characterized by the observation of a peak at a specific interatomic distance in the radial distribution function obtained by measuring XAFS. For example, when the LiAO compound is a compound containing Li, Nb and O (hereinafter, this compound is also referred to as “LiNbO compound”), an example of the radial distribution function of the LiNbO compound is as shown in FIG. It becomes. The horizontal axis of the radial distribution function shown in FIG. 1 indicates the interatomic distance with respect to the position of the niobium atom. The vertical axis shows the existence probability of atoms located around the niobium atom. The peak observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less corresponds to the distance between the niobium atom and the oxygen atom, and the peak observed in the range of more than 0.310 nm and 0.340 nm or less is the niobium atom. It is equivalent to the distance between each other. In the radial distribution function obtained from XAFS, by incorporating the LiNbO compound whose peak is observed in the above-mentioned predetermined range in the coating layer, the active material of the present invention improves the mobility of lithium ions, and as a result, It is possible to suppress the voltage drop at the initial stage of discharge and maintain a high operating voltage at the initial stage of discharge. In addition, the interfacial resistance between the active material and the solid electrolyte can be reduced.

動径分布関数にピークが観察されるとは、動径分布関数が上に凸のような部分やショルダー部分を含んでいてもよいことを意味する。動径分布関数の横軸をx、縦軸をyとする関数y=f(x)を2回微分することにより得られたに二次導関数が極小値を持つ場合のことを、ピークを有すると定義する。本発明においてはOrigin9.1(Light Stone社製)を用いて動径分布関数を2回微分することによりピークの有無の判定を行った。なお、例えば、後述する実施例1においては、図2に示すように、0.115nm以上0.144nm以下の範囲及び0.310nm超0.340nm以下の範囲に観察されるピークについて動径分布関数を2回微分することにより極小値を持つ。このことから、実施例1は、0.115nm以上0.144nm以下の範囲及び0.310nm超0.340nm以下の範囲にピークが観察されると言える。 The fact that a peak is observed in the radial distribution function means that the radial distribution function may include an upwardly convex portion or a shoulder portion. The peak is the case where the quadratic derivative has a minimum value obtained by differentiating the function y = f (x) whose horizontal axis is x and its vertical axis is y twice. Defined to have. In the present invention, the presence or absence of a peak was determined by differentiating the radial distribution function twice using Origin 9.1 (manufactured by Light Stone). For example, in Example 1 described later, as shown in FIG. 2, the radial distribution function for peaks observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less and the range of more than 0.310 nm and 0.340 nm or less. Has a minimum value by differentiating twice. From this, it can be said that in Example 1, peaks are observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less and in the range of more than 0.310 nm and 0.340 nm or less.

上述のとおり、本発明で好適に用いられるLiAO化合物は、XAFSから得られる動径分布関数における特定の原子間距離の所定の位置にピークを有するものである。このこととは対照的に、これまで知られているLi−A−O系の化合物は、XAFSから得られる動径分布関数において、本発明で規定する所定の位置にピークを有するものではない。例えば図3に示すとおり、従来知られているLi−A−O系の化合物の1種であるLiNbOは、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが観察されるものの、0.310nm超0.340nm以下の範囲にはピークは観察されない。 As described above, the LiAO compound preferably used in the present invention has a peak at a predetermined position of a specific interatomic distance in the radial distribution function obtained from XAFS. In contrast, the Li-AO-based compounds known so far do not have a peak at a predetermined position specified in the present invention in the radial distribution function obtained from XAFS. For example, as shown in FIG. 3, Li 3 NbO 4, which is one of the conventionally known Li—A—O compounds, has a peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less, but is 0. No peak is observed in the range of more than 310 nm and less than 0.340 nm.

XAFSは、物質にX線を照射することで得られる吸収スペクトルを解析する手法である。物質にX線を照射することで得られる吸収スペクトルには、物質中に含まれる元素特有の急峻な立ち上がり、すなわち吸収端が観察される。この吸収端近傍±50eV程度に現れる微細構造はXANES(X-ray Absorption Near Edge Structure)と呼ばれる。また、吸収端から高エネルギー側1000eV程度に現れる振動構造はEXAFS(Extended X-ray Absorption Fine Structure)と呼ばれる。XANESとEXAFSを合わせた領域がXAFSと呼ばれる。XAFSによれば、試料中の着目元素周囲の局所構造(原子間距離、配位数)や、化学状態(価数、配位構造)の評価が可能である。またXAFSは非破壊測定法であり、且つ物質の最表面の情報が得られる測定方法であることから、本発明の活物質そのものを測定対象として用いることができ、且つ活物質における被覆層の情報を得ることができる。 XAFS is a method for analyzing an absorption spectrum obtained by irradiating a substance with X-rays. In the absorption spectrum obtained by irradiating the substance with X-rays, a steep rise peculiar to the element contained in the substance, that is, an absorption edge is observed. The fine structure that appears near the absorption edge of about ± 50 eV is called XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure). The vibration structure that appears from the absorption edge to about 1000 eV on the high energy side is called EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure). The area where XANES and EXAFS are combined is called XAFS. According to XAFS, it is possible to evaluate the local structure (interatomic distance, coordination number) around the element of interest in the sample and the chemical state (valence, coordination structure). Further, since XAFS is a non-destructive measurement method and is a measurement method for obtaining information on the outermost surface of a substance, the active material of the present invention itself can be used as a measurement target, and information on the coating layer in the active material can be used. Can be obtained.

本発明において、活物質のXAFSを測定するには、以下に述べる手順で操作を行う。
試料調製
試料をメノウ乳鉢で粉砕した後、窒化ホウ素粉末と混合し、直径10mm、厚さ約1mmの錠剤にする。測定する試料に含まれるA元素の濃度や、LiAO化合物及び芯材粒子を構成する化合物の吸収係数に応じて、試料と窒化ホウ素の分量を適宜最適にする。
In the present invention, in order to measure the XAFS of the active material, an operation is performed according to the procedure described below.
Sample preparation After crushing the sample in an agate mortar, it is mixed with boron nitride powder to make tablets with a diameter of 10 mm and a thickness of about 1 mm. The amount of the sample and boron nitride is appropriately optimized according to the concentration of element A contained in the sample to be measured and the absorption coefficient of the LiAO compound and the compound constituting the core material particles.

Nb−K端のXAFSを測定するときの条件は以下のとおりである。
・実験施設:SPring−8
・実験ステーション:BL14b2
・分光器 :モノクロメータSi(311)
・高次光除去:Rhコートミラー2.4mrad×2枚
・入射X線サイズ:縦1mm×横5mm(試料前スリットサイズ)
・測定法:透過法
・検出器:イオンチャンバー
・測定吸収端 :Nb−K吸収端(18986eV)
各入射X線エネルギー(E、x軸)において、I0、Itを測定し、次式により、X線吸光度(y軸)を求め、x軸−y軸でプロットすることにより、XAFSスペクトルを得た。
X線吸光度μt=−ln(It/I0)
The conditions for measuring XAFS at the Nb-K end are as follows.
・ Experimental facility: SPring-8
・ Experimental station: BL14b2
・ Spectrometer: Monochromator Si (311)
・ Higher-order light removal: Rh coat mirror 2.4 mrad x 2 ・ Incident X-ray size: length 1 mm x width 5 mm (slit size in front of sample)
-Measurement method: Permeation method-Detector: Ion chamber-Measurement absorption end: Nb-K absorption end (18986eV)
At each incident X-ray energy (E, x-axis), I0 and It were measured, the X-ray absorbance (y-axis) was obtained by the following equation, and the X-ray spectrum was obtained by plotting on the x-axis-y-axis. ..
X-ray absorbance μt = -ln (It / I0)

以上のようにして得られたデータに基づき動径分布関数を取得して原子間距離を決定するには、以下に述べる手順で操作を行う。
EXAFSスペクトルをフーリエ変換して得られる動径分布関数について説明する。
解析ソフトウェアとして「Athena」(Demeter Ver.0.9.25)を用いる。
初めに、同ソフトウェアにてXAFSスペクトルを読み込んだ後に、バックグラウンド吸収であるPre−edge領域(吸収端から−150〜−45eV程度の領域)と、Post−edge領域(吸収端から150〜1300eV程度の領域)とをフィッティングして、XAFSスペクトルを規格化する。次にEXAFSスペクトル(χ(k))を抽出するために、スプライン曲線でフィッティングを行う。同ソフトウェアでの解析においてスプライン曲線のフィッティングに用いたパラメータは以下の値である。
・Rbkg=1
・Spline range in k:1〜15
・Spline clamps low:None、high:None
・k-weight=3
・Plotting k-weights : 3
最後にEXAFSスペクトル(χ(k))をフーリエ変換して、動径分布関数を示すスペクトルを得る。同ソフトウェアでのフーリエ変換のパラメータは、以下の値を用いた。
・k-range:3.5〜11.5
・dk:1
・window:Hanning
・arbitrary k-weight:1
・phase correction:未使用
To obtain the radial distribution function based on the data obtained as described above and determine the interatomic distance, the procedure described below is performed.
The radial distribution function obtained by Fourier transforming the EXAFS spectrum will be described.
"Athena" (Demeter Ver. 0.9.25) is used as the analysis software.
First, after reading the XAFS spectrum with the same software, the background absorption Pre-edge region (a region of about -150 to -45 eV from the absorption end) and the Post-edge region (about 150 to 1300 eV from the absorption end). XAFS spectrum is standardized by fitting with. Next, in order to extract the EXAFS spectrum (χ (k)), fitting is performed with a spline curve. The parameters used to fit the spline curve in the analysis with the software are as follows.
・ Rbkg = 1
・ Spline range in k: 1 to 15
・ Spline clamps low: None, high: None
・ K-weight = 3
・ Plotting k-weights: 3
Finally, the EXAFS spectrum (χ (k)) is Fourier transformed to obtain a spectrum showing a radial distribution function. The following values were used as the parameters of the Fourier transform in the software.
・ K-range: 3.5 ~ 11.5
・ Dk: 1
・ Window: Hanning
・ Arbitrary k-weight: 1
・ Phase correction: unused

LiAO化合物における各元素の組成は、A元素がTa及びNbのうち、少なくとも1種の元素である場合、例えばLiAOで示すことができる。式中のx、yは元素の価数に即した範囲内で任意の値を取り得る。中でも、A元素1モルに対して、LiがA元素と等モル又はそれ以上に含まれている組成(x≧1)であることが特に好ましい。そうすることで、AとOとの化合物が生成することを抑制し、リチウムイオンの移動性を改善できる。また、活物質と固体電解質との間の界面抵抗を低減させることができる。 The composition of each element in the LiAO compound can be indicated by, for example, Li x AO y when the element A is at least one element of Ta and Nb. X and y in the formula can take arbitrary values within a range corresponding to the valence of the element. Above all, it is particularly preferable that the composition (x ≧ 1) contains Li in an equimolar amount or more with respect to 1 mol of the A element. By doing so, it is possible to suppress the formation of a compound of A and O and improve the mobility of lithium ions. In addition, the interfacial resistance between the active material and the solid electrolyte can be reduced.

LiAO化合物がLiAOで表される場合において、x≧1を満足させる方法としては、A元素原料に対するリチウム原料の配合量を、生成が想定される組成、例えばLiAOの化学量論組成比よりも過剰にする方法を挙げることができる。この際、単にLiを過剰に添加しただけでは、本正極活物質の表面に、過剰分のLiに起因して炭酸リチウムが生成し、これが抵抗となって、かえって放電時の作動電圧を低下させる場合がある。そのため、望ましくない化合物である炭酸リチウムが生成することを考慮して、LiAOが所定の組成になるように、A元素原料配合量及びリチウム原料配合量を調整することが好ましい。 When the LiAO compound is represented by Li x AO y , as a method of satisfying x ≧ 1, the blending amount of the lithium raw material with respect to the element A raw material is set to the composition expected to be produced, for example, the stoichiometric composition of LiAO 3. There are ways to make it more than a ratio. At this time, if Li is simply added in excess, lithium carbonate is generated on the surface of the positive electrode active material due to the excess Li, which acts as a resistance and rather lowers the operating voltage during discharge. In some cases. Therefore, in consideration of the formation of lithium carbonate, which is an undesired compound, it is preferable to adjust the amount of the A element raw material and the amount of the lithium raw material blended so that Li x AO y has a predetermined composition.

かかる観点から、X線光電子分光分析(XPS)によって得られる、芯材粒子の表面に存在する前記A元素量に対するLi量のmol比率(Li/A)は1.0以上33.3以下であることが好ましい。その中でも1.0より大きく33.3以下であることが好ましい。中でも1.1以上33.3以下、更に1.1以上15.0以下、更に1.1以上10.0以下、更に1.2以上10.0以下、更に1.2以上6.0以下、更に1.3以上6.0以下、更に1.3より大きいあるいは6.0以下であることが更に好ましい。前記mol比率(Li/A)におけるLiは、炭酸リチウム(存在する場合)に起因するものと、芯材粒子自体に起因するものも含めた値である。 From this point of view, the mol ratio (Li / A) of the amount of Li to the amount of the element A present on the surface of the core material particles obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 1.0 or more and 33.3 or less. Is preferable. Among them, it is preferably larger than 1.0 and 33.3 or less. Among them, 1.1 or more and 33.3 or less, 1.1 or more and 15.0 or less, 1.1 or more and 10.0 or less, 1.2 or more and 10.0 or less, 1.2 or more and 6.0 or less, Further, it is more preferably 1.3 or more and 6.0 or less, further more than 1.3 or 6.0 or less. Li in the mol ratio (Li / A) is a value including those caused by lithium carbonate (if present) and those caused by the core material particles themselves.

芯材粒子の表面に存在するLiとA元素との比率を前記範囲に制御するためには、芯材粒子の表面に生成する炭酸リチウムに起因するLi分を考慮した上で、前記mol比率(Li/A)を前記範囲になるように、A元素原料配合量及びリチウム原料配合量を調整することが好ましい。このようにすることで、放電初期の電圧降下を抑制でき、放電初期の作動電圧を高く維持することができる。ただし、この方法に限定するものではない。 In order to control the ratio of Li existing on the surface of the core material particles to the element A within the above range, the mol ratio (the mol ratio (the Li content) caused by lithium carbonate generated on the surface of the core material particles is taken into consideration. It is preferable to adjust the amount of the A element raw material and the amount of the lithium raw material blended so that Li / A) is within the above range. By doing so, the voltage drop at the initial stage of discharge can be suppressed, and the operating voltage at the initial stage of discharge can be maintained high. However, the method is not limited to this method.

本発明においては、活物質を全溶解して、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析により測定される前記A元素量(質量%)に対する、活物質を加熱分解した後イオンクロマトグラフィーにより測定されるハロゲン(X)量(ppm)の質量比率(X/A)が0.5×10−4以上であることが好ましい。A元素量に対するハロゲン量の質量比率(X/A)が0.5×10−4以上であれば、LiAO化合物や芯材粒子に含まれる酸素と硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を一層抑制できる点から好ましい。前記質量比率に特に上限はないが、経験的には、例えば3000×10−4以下、更に2000×10−4以下、更に1000×10−4以下、更に500×10−4以下であれば、芯材粒子の表面がリチウムイオンの伝導性を損なわないことから好ましい。かかる観点から、A元素量に対するハロゲン量の上記質量比率(X/A)は0.5×10−4以上であることが好ましく、中でも1.5×10−4以上、その中でも1.54×10−4以上、更に3.3×10−4以上、更に5.0×10−4以上、更にその中でも25×10−4以上、更に50×10−4以上、更に70.0×10−4以上、更に100×10−4以上、更にまたその中でも、150.0×10−4以上であることが好ましい。 In the present invention, the active material is completely dissolved, and the active material is thermally decomposed with respect to the amount of A element (mass%) measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy, and then measured by ion chromatography. The mass ratio (X / A) of the amount of halogen (X) (ppm) is preferably 0.5 × 10 -4 or more. When the mass ratio (X / A) of the amount of halogen to the amount of element A is 0.5 × 10 -4 or more, the reaction between oxygen contained in the LiAO compound or core material particles and sulfur contained in the sulfide solid electrolyte is carried out. It is preferable because it can be further suppressed. There is no particular upper limit to the mass ratio, but empirically, if it is, for example, 3000 × 10 -4 or less, further 2000 × 10 -4 or less, further 1000 × 10 -4 or less, and further 500 × 10 -4 or less. It is preferable because the surface of the core material particles does not impair the conductivity of lithium ions. From this point of view, the mass ratio (X / A) of the halogen amount to the A element amount is preferably 0.5 × 10 -4 or more, particularly 1.5 × 10 -4 or more, and among them 1.54 ×. 10 -4 or more, 3.3 × 10 -4 or more, 5.0 × 10 -4 or more, 25 × 10 -4 or more, 50 × 10 -4 or more, 70.0 × 10 − 4 or more, further 100 × 10 -4 or more, furthermore among them, it is preferably 150.0 × 10 -4 or more.

本発明においては、X線光電子分光分析(XPS)によって得られる、活物質(粒子)の表面に存在する前記A元素量に対するハロゲン(X)量のmol比率(X/A)が0.011以上であることが好ましい。活物質(粒子)の表面に存在するA元素量に対するハロゲン量のmol比率(X/A)×が0.011以上であれば、LiAO化合物や芯材粒子に含まれる酸素と硫化物固体電解質に含まれる硫黄との反応を一層抑制できる点から好ましい。X/Aの値に特に上限はないが、経験的には例えば当該mol比率(X/A)が1.95以下であれば、芯材粒子の表面がリチウムイオンの伝導性を損なわないから好ましい。かかる観点から、X線光電子分光分析(XPS)によって得られる、活物質(粒子)の表面に存在するA元素量に対するハロゲン量のmol比率(X/A)は、0.011以上1.95以下、更に0.011以上1.50以下、更に0.011以上1.00以下、更に0.011以上0.50以下、更に0.015以上0.50以下、更に0.020以上0.500以下、更に0.025以上0.500以下、更に0.030以上0.500以下であることが好ましい。中でも(X/A)の下限値は、0.033以上、その中でも0.055以上、更にその中でも0.11以上であることが好ましい。 In the present invention, the mol ratio (X / A) of the amount of halogen (X) to the amount of the element A present on the surface of the active material (particle) obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 0.011 or more. Is preferable. If the mol ratio (X / A) x of the amount of halogen to the amount of element A existing on the surface of the active material (particle) is 0.011 or more, the oxygen and sulfide solid electrolyte contained in the LiAO compound and the core material particles can be used. It is preferable because the reaction with the contained sulfur can be further suppressed. There is no particular upper limit to the value of X / A, but empirically, for example, if the mol ratio (X / A) is 1.95 or less, the surface of the core material particles does not impair the conductivity of lithium ions, which is preferable. .. From this point of view, the mol ratio (X / A) of the amount of halogen to the amount of element A present on the surface of the active material (particles) obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 0.011 or more and 1.95 or less. Further 0.011 or more and 1.50 or less, further 0.011 or more and 1.00 or less, further 0.011 or more and 0.50 or less, further 0.015 or more and 0.50 or less, and further 0.020 or more and 0.500 or less. Further, it is preferably 0.025 or more and 0.500 or less, and further preferably 0.030 or more and 0.500 or less. Above all, the lower limit of (X / A) is preferably 0.033 or more, more preferably 0.055 or more, and further preferably 0.11 or more.

活物質と硫化物固体電解質との界面抵抗を小さくする観点から、本発明の活物質はその水分率が一定の範囲に調整されていることが有利である。 From the viewpoint of reducing the interfacial resistance between the active material and the sulfide solid electrolyte, it is advantageous that the water content of the active material of the present invention is adjusted within a certain range.

活物質における芯材粒子が層状化合物を含む場合、該活物質は、カールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)が、例えば、50ppm以上であってもよく、140ppm以上であってもよく、200ppm以上であってもよい。一方、前記水分率Bは、例えば、8000ppm以下であってもよく、7000ppm以下であってもよく、3500ppm以下であってもよく、3000ppm以下であってもよい。 When the core material particles in the active material contain a layered compound, the active material may have a moisture content B (mass ppm) up to 110 ° C. measured by the Karl Fisher method, for example, 50 ppm or more, or 140 ppm or more. It may be 200 ppm or more. On the other hand, the water content B may be, for example, 8000 ppm or less, 7000 ppm or less, 3500 ppm or less, or 3000 ppm or less.

活物質における芯材粒子がスピネル型化合物を含む場合、該活物質は、カールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)が、例えば、1ppm以上であってもよく、50ppm以上であってもよく、100ppm以上であってもよく、200ppm以上であってもよい。一方、前記水分率Bは、例えば、8000ppm以下であってもよく、5000ppm以下であってもよく、3500ppm以下であってもよく、2000ppm以下であってもよく、1000ppm以下であってもよい。 When the core material particles in the active material contain a spinel-type compound, the active material may have a moisture content B (mass ppm) up to 110 ° C. measured by the Karl Fisher method, for example, 1 ppm or more, or 50 ppm. It may be more than 100 ppm, it may be 100 ppm or more, and it may be 200 ppm or more. On the other hand, the water content B may be, for example, 8000 ppm or less, 5000 ppm or less, 3500 ppm or less, 2000 ppm or less, or 1000 ppm or less.

本発明の活物質は、そのBET比表面積A(m/g)が、0.2m/g以上であってもよく、0.3m/g以上であってもよく、0.4m/g以上であってもよく、0.5m/g以上であってもよい。5.0m/g以下であってもよく、3.0m/g以下であってもよく、2.5m/g以下であってもよく、2.0m/g以下であってもよい。 The active material of the present invention has a BET specific surface area A (m 2 / g) of 0.2 m 2 / g or more, 0.3 m 2 / g or more, or 0.4 m 2 It may be / g or more, and may be 0.5 m 2 / g or more. It may be 5.0 m 2 / g or less, 3.0 m 2 / g or less, 2.5 m 2 / g or less, or 2.0 m 2 / g or less. Good.

更に、本発明の活物質は、BET比表面積A(m/g)に対するカールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)の比であるB/Aの値が、例えば1以上であってもよく、20以上であってもよく、40以上であってもよく、50以上であってもよく、100以上であってもよく、200以上であってもよい。一方、前記B/Aの値は、例えば8000以下であってもよく、5000以下であってもよく、3500以下であってもよく、2000以下であってもよく、1500ppm以下であってもよく、1000以下であってもよく、1000未満であってもよい。B/Aの値は、活物質を構成する物質の種類に応じて、適切な範囲を選定することが、活物質と硫化物固体電解質との反応を一層抑制させ、界面抵抗を低減させるといった観点から有利である。 Further, in the active material of the present invention, the value of B / A, which is the ratio of the water content B (mass ppm) up to 110 ° C. measured by the Carl Fisher method to the BET specific surface area A (m 2 / g), is, for example. It may be 1 or more, 20 or more, 40 or more, 50 or more, 100 or more, or 200 or more. On the other hand, the value of B / A may be, for example, 8000 or less, 5000 or less, 3500 or less, 2000 or less, or 1500 ppm or less. , 1000 or less, or less than 1000. From the viewpoint that selecting an appropriate range for the B / A value according to the type of substance constituting the active material further suppresses the reaction between the active material and the sulfide solid electrolyte and reduces the interfacial resistance. It is advantageous from.

詳細には、芯材粒子が、コバルト酸リチウム(LiCoO)やニッケルコバルトマンガン酸リチウム(Li(Ni,Co,Mn)O)などの層状化合物から構成されている場合には、B/Aの値は、例えば、50以上であってもよく、100以上であってもよく、200以上であってもよい。一方、前記B/Aの値は、例えば、8000以下であってもよく、5000以下であってもよく、2000以下であってもよい。
また、芯材粒子が、ニッケルマンガン酸リチウム(LiNi0.5Mn1.5)などのスピネル型化合物から構成される場合には、B/Aの値は、例えば、5以上であってもよく、20以上であってもよく、50以上であってもよく、100以上であってもよく、150以上であってもよく、200以上であってもよい。一方、前記B/Aの値は、8000以下であってもよく、5000以下であってもよく、2000以下であってもよく、1500以下でもよい。
Specifically, when the core material particles are composed of a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel cobalt manganate (Li (Ni, Co, Mn) O 2 ), B / A The value of may be, for example, 50 or more, 100 or more, or 200 or more. On the other hand, the value of B / A may be, for example, 8000 or less, 5000 or less, or 2000 or less.
Further, when the core material particles are composed of a spinel-type compound such as lithium nickel manganate (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ), the B / A value is, for example, 5 or more. It may be 20 or more, 50 or more, 100 or more, 150 or more, or 200 or more. On the other hand, the value of B / A may be 8000 or less, 5000 or less, 2000 or less, or 1500 or less.

なお、当該技術分野においてこれまでは、一般に、活物質の水分率は低ければ低いほど好ましいと考えられてきた。この理由は、硫化物固体電解質が水と反応して劣化すると考えられていたからである。しかし本発明者の詳細な検討の結果、活物質の水分率が過度に低い場合にも、活物質と硫化物固体電解質との間の界面抵抗が上昇する傾向にあることが判明した。この理由は、活物質に若干量の水分が存在することで、活物質と硫化物固体電解質との密着性が高まり、良好な界面が形成され、そのことに起因して界面抵抗が低下するためであると本発明者は考えている。なお、活物質の水分率の測定の対象となる水は、活物質に含まれる付着水及び結晶水の双方を包含する。 In the technical field, it has been generally considered that the lower the water content of the active material, the more preferable it is. The reason for this is that it was thought that the sulfide solid electrolyte would react with water and deteriorate. However, as a result of detailed examination by the present inventor, it has been found that the interfacial resistance between the active material and the sulfide solid electrolyte tends to increase even when the water content of the active material is excessively low. The reason for this is that the presence of a small amount of water in the active material enhances the adhesion between the active material and the sulfide solid electrolyte, forms a good interface, and thereby reduces the interface resistance. The present inventor thinks that. The water to be measured for the water content of the active material includes both adhering water and water of crystallization contained in the active material.

活物質の水分率に関し、カールフィッシャー法によって測定された水分率Bを、BET比表面積Aで除す理由は、活物質の水分率を規格化するためである。カールフィッシャー法によって水分率を測定する手順は、以下のとおりである。すなわち、カールフィッシャー水分計を用いて、110℃又は250℃に測定サンプルを加熱し、放出された水分量(ppm)を測定する。測定はアルゴン雰囲気中で行い、例えば測定装置として899 Coulometer(Metrohm社製)と860 KF Thermoprep(Metrohm社製)を用いる。 Regarding the water content of the active material, the reason why the water content B measured by the Karl Fisher method is divided by the BET specific surface area A is to standardize the water content of the active material. The procedure for measuring the water content by the Karl Fisher method is as follows. That is, the measurement sample is heated to 110 ° C. or 250 ° C. using a Karl Fischer titer, and the amount of water released (ppm) is measured. The measurement is carried out in an argon atmosphere, and for example, 899 Coulometer (manufactured by Metrohm) and 860 KF Thermoprep (manufactured by Metrohm) are used as measuring devices.

一方、BET比表面積は、例えば、測定装置として全自動比表面積測定装置Macsorb(株式会社マウンテック製)を用い、BET1点法によって求める。具体的には、サンプルをガラスセル(標準セル)に秤量し、窒素ガスでガラスセル内を置換した後、前記窒素ガス雰囲気中で250℃15分間、熱処理する。その後、窒素・ヘリウム混合ガスを流しながら、4分間冷却を行う。冷却後、サンプル(粉体)をBET1点法にて測定する。なお、冷却時及び測定時の吸着ガスは、窒素30vol%:ヘリウム70vol%の混合ガスを用いる。 On the other hand, the BET specific surface area is determined by the BET 1-point method using, for example, a fully automatic specific surface area measuring device Macsorb (manufactured by Mountech Co., Ltd.) as a measuring device. Specifically, the sample is weighed in a glass cell (standard cell), the inside of the glass cell is replaced with nitrogen gas, and then heat treatment is performed at 250 ° C. for 15 minutes in the nitrogen gas atmosphere. Then, cooling is performed for 4 minutes while flowing a mixed gas of nitrogen and helium. After cooling, the sample (powder) is measured by the BET 1-point method. As the adsorbed gas during cooling and measurement, a mixed gas of nitrogen 30 vol%: helium 70 vol% is used.

活物質のB/Aの値は、例えば、後述する方法によって活物質を製造した後に、該活物質を熱処理したり、あるいは真空加熱乾燥したりすることで調整できる。 The B / A value of the active material can be adjusted, for example, by producing the active material by the method described later, and then heat-treating the active material or drying it by vacuum heating.

活物質に含まれるLiAO化合物の割合を、便宜上、活物質の質量に対するA元素の質量の割合として表すると、例えば、0.01質量%以上であってもよく、0.1質量%以上であってもよく、0.5質量%以上であってもよく、1質量%以上であってもよい。一方、前記割合は、例えば、10質量%以下であってもよく、5質量%以下であってもよく、3質量%以下であってもよい。当該割合は、活物質を溶解した溶液を対象としたICP発光分光分析法によって求めることができる。また、当該割合は、後述する活物質の製造方法において、使用するA元素源化合物の量を調整することでコントロールできる。 When the ratio of the LiAO compound contained in the active material is expressed as the ratio of the mass of the element A to the mass of the active material for convenience, it may be, for example, 0.01% by mass or more, or 0.1% by mass or more. It may be 0.5% by mass or more, and may be 1% by mass or more. On the other hand, the ratio may be, for example, 10% by mass or less, 5% by mass or less, or 3% by mass or less. The ratio can be determined by ICP emission spectroscopy for a solution in which the active material is dissolved. Further, the ratio can be controlled by adjusting the amount of the element A source compound used in the method for producing an active material described later.

活物質の表面に炭酸イオンが存在する場合、炭酸イオンの量は所定の範囲内であることが好ましい。これにより、活物質と硫化物固体電解質との反応を効果的に抑制することができるからである。活物質の表面に存在する炭酸イオンの量は、活物質に対して2.0質量%未満であることが好ましく、中でも1.5質量%未満、その中でも1.0質量%未満、更にその中でも0.5質量%未満、更にその中でも0.35質量%未満、更にその中でも0.30質量%未満、更にその中でも0.20質量%未満であることが好ましい。活物質の表面に存在する炭酸イオンの量を低下させる方法としては、例えば、窒素雰囲気下や酸素雰囲気下などの二酸化炭素を含まない雰囲気で焼成する方法が挙げられる。 When carbonate ions are present on the surface of the active material, the amount of carbonate ions is preferably within a predetermined range. This is because the reaction between the active material and the sulfide solid electrolyte can be effectively suppressed. The amount of carbonate ions present on the surface of the active material is preferably less than 2.0% by mass, particularly less than 1.5% by mass, particularly less than 1.0% by mass, and even more. It is preferably less than 0.5% by mass, more preferably less than 0.35% by mass, further less than 0.30% by mass, and more preferably less than 0.20% by mass. Examples of the method for reducing the amount of carbonate ions present on the surface of the active material include a method of firing in a carbon dioxide-free atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an oxygen atmosphere.

芯材粒子が層状化合物を含む場合、活物質の表面に存在する炭酸イオンの量は、活物質に対して0.35質量%未満であることが好ましく、中でも0.30質量%未満、その中でも0.20質量%未満であることが更に好ましい。
一方、芯材粒子がスピネル型化合物を含む場合、活物質の表面に存在する炭酸イオンの量は、活物質に対して2.0質量%未満であることが好ましく、中でも1.5質量%未満、その中でも1.0質量%未満、更にその中でも0.5質量%未満、更にその中でも0.3質量%未満、更にその中でも0.2質量%未満であることが好ましい。
When the core material particles contain a layered compound, the amount of carbonate ions present on the surface of the active material is preferably less than 0.35% by mass with respect to the active material, particularly less than 0.30% by mass, among which. It is more preferably less than 0.20% by mass.
On the other hand, when the core material particles contain a spinel type compound, the amount of carbonate ions present on the surface of the active material is preferably less than 2.0% by mass, particularly less than 1.5% by mass with respect to the active material. Among them, it is preferably less than 1.0% by mass, more preferably less than 0.5% by mass, further preferably less than 0.3% by mass, and further preferably less than 0.2% by mass.

炭酸イオンの量の測定方法としては、例えば以下のような方法が挙げられる。すなわち、0.48gの活物質を、純水48mlに入れて5分攪拌した後、ろ過を行う。このようにして炭酸イオンを抽出した液を対象としてイオンクロマトグラフィー測定を行い、CO 2−を定量することで、炭酸イオンの量を求めることができる。測定装置には、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製 DIONEX ICS−2000を用い、カラムにDIONEX IonPac AS17−C、キャリア液(溶離液)に水酸化カリウム水溶液を用い、35℃の条件下で測定を行うことができる。 Examples of the method for measuring the amount of carbonate ions include the following methods. That is, 0.48 g of the active material is put into 48 ml of pure water, stirred for 5 minutes, and then filtered. In this way, by ion chromatography measurement as an object a solution obtained by extracting the carbonate ion, CO 3 2-a to quantify, it is possible to determine the amount of carbonate ion. As a measuring device, DIONEX ICS-2000 manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. is used, DIONEX IonPac AS17-C is used as a column, and an aqueous potassium hydroxide solution is used as a carrier solution (eluent), and measurement is performed under the condition of 35 ° C. be able to.

活物質は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積50容量%における体積累積粒径D50が、例えば20μm以下、中でも15μm未満、その中でも1μm超10μm未満、その中でも更に2μm超8μm以下であることがより一層好ましい。D50が20μm以下であることにより、例えば活物質を正極合剤に用いた場合に、当該正極合剤中の硫化物固体電解質と良好な接触を確保でき、活物質中のリチウムイオン利用率を高めることができる。またD50が1μmより大きいことにより、粒子が凝集してスラリー粘度が上昇するのを防ぐことができる。活物質のD50を前記範囲に調整するには、スプレードライ造粒法や転動流動層造粒法の運転条件の調整、あるいは解砕条件の調整等を行えばよいが、これらの調整方法に限定されるものではない。 The active material has a volume cumulative particle size D 50 at a cumulative volume of 50% by volume measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method, for example, 20 μm or less, particularly less than 15 μm, particularly more than 1 μm and less than 10 μm, and more than 2 μm and 8 μm or less. It is even more preferable to have. When D 50 is 20 μm or less, for example, when an active material is used in the positive electrode mixture, good contact with the sulfide solid electrolyte in the positive electrode mixture can be ensured, and the lithium ion utilization rate in the active material can be increased. Can be enhanced. Further, when D 50 is larger than 1 μm, it is possible to prevent the particles from agglomerating and increasing the slurry viscosity. In order to adjust the D 50 of the active material within the above range, the operating conditions of the spray-dry granulation method and the rolling fluidized bed granulation method may be adjusted, or the crushing conditions may be adjusted. It is not limited to.

4.芯材粒子
芯材粒子は、活物質として機能するものであればよく、特に限定されない。芯材粒子は、例えば、リチウム金属複合酸化物を含んでいてもよい。リチウム金属複合酸化物としては、公知のリチウム金属複合酸化物を用いることができる。例えば一般式LiMO2(Mは金属元素)で示される層状岩塩構造のリチウム含有複合酸化物、一般式LiM2で示されるスピネル構造のリチウム含有複合酸化物、一般式LiMPO(Mは金属元素)又はLiMSiO(Mは金属元素)で示されるオリビン構造のリチウム含有複合酸化物のうちのいずれか1種あるいは二種類以上の組み合わせであってもよい。ただし、これらに限定するものではない。
4. Core material particles The core material particles are not particularly limited as long as they function as active materials. The core material particles may contain, for example, a lithium metal composite oxide. As the lithium metal composite oxide, a known lithium metal composite oxide can be used. For example, a lithium-containing composite oxide having a layered rock salt structure represented by the general formula LiMO 2 (M is a metal element), a lithium-containing composite oxide having a spinel structure represented by the general formula LiM 2 O 4 , and a general formula LiMPO 4 (M is a metal). It may be any one or a combination of two or more of the lithium-containing composite oxides having an olivine structure represented by (element) or LiMSiO 4 (M is a metal element). However, it is not limited to these.

リチウム金属複合酸化物における金属元素Mとしては、例えば遷移元素及び典型元素の双方を用いることができ、好ましくは遷移元素が用いられる。リチウム金属複合酸化物としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(Li(Ni,Co,Mn)O)、マンガン酸リチウム(LiMn)、及びニッケルマンガン酸リチウム(LiNi0.5Mn1.54)などのリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。これらの酸化物の構造は、特に制限されるものではなく、例えば層状岩塩型化合物であってもよく、あるいはスピネル型化合物であってもよい。 As the metal element M in the lithium metal composite oxide, for example, both a transition element and a typical element can be used, and a transition element is preferably used. Examples of the lithium metal composite oxide include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium nickel cobalt manganate (Li (Ni, Co, Mn) O 2 ), and lithium manganate (LiMn 2). O 4), and lithium nickel manganese oxide (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4) include lithium transition metal oxides such as. The structure of these oxides is not particularly limited, and may be, for example, a layered rock salt type compound or a spinel type compound.

スピネル型化合物の芯材粒子は、Li、Mn及びOとこれら以外の1種類以上の元素を含む粒子であることが好ましい。また、添加元素として、Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ta、W、Re及びCeからなる群から選択される1種以上の元素の組み合わせで添加することが可能である。この中でもNa、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo及びWからなる群から選択されることが好ましい。 The core material particles of the spinel-type compound are preferably particles containing Li, Mn, O and one or more other elements other than these. In addition, as additive elements, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, In, Ta, W, Re and It can be added in combination of one or more elements selected from the group consisting of Ce. Among these, it is preferable to select from the group consisting of Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo and W.

更に、下記のとおり、添加元素種・添加元素量を選定することで、主に金属Li基準電位で、4.5V以上の作動電圧を発現することができる。スピネル型化合物の芯材粒子を、Li、Mn及びOとこれら以外の1種類以上の元素を含む粒子とし、前記の「これら以外の1種類以上の元素」のうち、少なくとも1元素がNi、Co、Feからなる群から選択される元素M1とすることで、主に金属Li基準電位で、4.5V以上の作動電位を発現することができる。芯材粒子に含まれるM1元素の量は、芯材粒子中の全元素に対して、例えば7質量%以上であることが好ましく、中でも9質量%以上であることが好ましく、その中でも11質量%以上であることが好ましい。一方、芯材粒子に含まれるM1元素の量は、芯材粒子中の全元素に対して、例えば35質量%以下が好ましく、30質量%以下が好ましく、25質量%が好ましい。これらの元素が含まれると、主に金属Li基準電位で、4.5V以上の作動電圧を発現する。M1元素以外にもM2元素を含んでいてもよく、M2元素としては、Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ta、W、Re及びCeからなる群から選択される1種以上の元素の組み合わせからであればよい。前記のM2元素の中でもNa、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo及びWからなる群から選択されることが好ましい。 Further, by selecting the additive element type and the additive element amount as described below, it is possible to develop an operating voltage of 4.5 V or more mainly at the metal Li reference potential. The core material particles of the spinel-type compound are particles containing Li, Mn, O and one or more kinds of elements other than these, and at least one element among the above-mentioned "one or more kinds of elements other than these" is Ni, Co. By using the element M1 selected from the group consisting of, and Fe, it is possible to develop an operating potential of 4.5 V or more mainly at the metal Li reference potential. The amount of M1 element contained in the core material particles is preferably, for example, 7% by mass or more, particularly preferably 9% by mass or more, and 11% by mass among all the elements in the core material particles. The above is preferable. On the other hand, the amount of M1 element contained in the core material particles is, for example, preferably 35% by mass or less, preferably 30% by mass or less, and preferably 25% by mass, based on all the elements in the core material particles. When these elements are contained, an operating voltage of 4.5 V or more is developed mainly at the metal Li reference potential. M2 element may be contained in addition to M1 element, and the M2 element includes Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Y, Zr. , Nb, Mo, In, Ta, W, Re and Ce from a combination of one or more elements selected from the group. Among the above M2 elements, it is preferable to select from the group consisting of Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo and W.

芯材粒子がリチウム金属複合酸化物を含む場合、芯材粒子におけるリチウム金属複合酸化物の含有量は、例えば80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよく、95質量%以上であってもよい。また、芯材粒子は、リチウム金属複合酸化物のみからなるものであってもよい。リチウム金属複合酸化物は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 When the core material particles contain a lithium metal composite oxide, the content of the lithium metal composite oxide in the core material particles may be, for example, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass. It may be% or more. Further, the core material particles may be composed of only a lithium metal composite oxide. Only one type of lithium metal composite oxide may be used, or two or more types may be used in combination.

5.活物質の製造方法
次に、本発明の活物質の好適な製造方法について説明する。本発明の活物質は例えば、ハロゲンを含有する水溶性A元素塩及び水酸化リチウムを水に溶解して表面処理液を調製し、この表面処理液中に芯材粒子を投入し、混練してスラリー状とし、これを乾燥することによって好適に製造できる。ただし、活物質の製造方法をこのような方法に限定するものではない。例えば、転動流動コーティング法(ゾルゲル法)、メカノフュージョン法、CVD法及びPVD法等でも、条件を調整することにより製造することは可能である。
5. Method for Producing Active Material Next, a suitable method for producing the active material of the present invention will be described. For the active material of the present invention, for example, a water-soluble element A salt containing halogen and lithium hydroxide are dissolved in water to prepare a surface treatment liquid, and core material particles are put into the surface treatment liquid and kneaded. It can be suitably produced by forming a slurry and drying it. However, the method for producing the active material is not limited to such a method. For example, the rolling flow coating method (sol-gel method), the mechanofusion method, the CVD method, the PVD method, and the like can also be manufactured by adjusting the conditions.

水溶性A元素塩の例としては、塩化A元素、フッ化A元素酸カリウム、シュウ酸A元素アンモニウム、ペルオキソA元素酸アンモニウムなどを挙げることができる。中でも、炭素系不純物残留を抑制する観点から、ペルオキソA元素酸アンモニウムが好ましい。 Examples of the water-soluble element A salt include element A chloride, potassium fluoride A element, ammonium oxalate A element, ammonium peroxo A element, and the like. Of these, ammonium peroxoA element is preferable from the viewpoint of suppressing residual carbon-based impurities.

前記の製法において、表面処理液中に芯材粒子を投入してスラリーとし、該スラリーを90℃以上で加熱することによりLiAO化合物が生成する。これとともに、ハロゲン及びLiAO化合物を芯材粒子の表面に固着させることができる。LiAO化合物は芯材粒子の表面に吸着しやすい性質を持つため、該スラリーを乾燥させることにより、芯材粒子の表面にLiAO化合物及びハロゲンを含んで構成された被覆層を形成することができる。この方法に代えて、90℃以上に加熱した表面処理液を用いて、それを芯材粒子に噴霧してもよい。その後、必要に応じて解砕及び熱処理を行う。 In the above-mentioned production method, core material particles are put into a surface treatment liquid to form a slurry, and the slurry is heated at 90 ° C. or higher to produce a LiAO compound. At the same time, the halogen and the LiAO compound can be fixed to the surface of the core material particles. Since the LiAO compound has a property of being easily adsorbed on the surface of the core material particles, a coating layer composed of the LiAO compound and halogen can be formed on the surface of the core material particles by drying the slurry. Instead of this method, a surface treatment liquid heated to 90 ° C. or higher may be used and sprayed onto the core material particles. Then, if necessary, crushing and heat treatment are performed.

前記のスラリーを乾燥することにより特定の構造を有するLiAO化合物及びハロゲンを含む被覆層を得ることができる。スラリーを乾燥させるには、例えばスプレードライ造粒法や、転動流動層造粒法を用いることができる。その後必要に応じて熱処理を行えばよい。具体的には、炭酸ガスを極力含まない、酸素や窒素、アルゴン雰囲気下で熱処理することが好ましい。乾燥及び熱処理温度は、好ましくは105℃以上600℃以下、更に好ましくは200℃以上600℃以下、一層好ましくは200℃以上500℃以下、より一層好ましくは300℃以上500℃以下、特により一層好ましくは350℃以上500℃以下とすることができる。熱処理時間は、好ましくは1時間以上20時間以下、更に好ましくは1時間以上15時間以下、一層好ましくは1時間以上10時間以下とする。これによって、XAFSから得られる動径分布関数における特定の原子間距離の位置にピークを有するLiAO化合物を首尾よく生成させることができる。過度に高温で熱処理を行うと、例えばA元素がニオブ(Nb)元素である場合、LiNbO(この化合物は、XAFSから得られる動径分布関数における特定の原子間距離の位置にピークを有さない。)が生成することを本発明者は確認している。 By drying the slurry, a coating layer containing a LiAO compound having a specific structure and a halogen can be obtained. To dry the slurry, for example, a spray-dry granulation method or a rolling fluidized bed granulation method can be used. After that, heat treatment may be performed if necessary. Specifically, it is preferable to perform heat treatment in an oxygen, nitrogen, or argon atmosphere that does not contain carbon dioxide gas as much as possible. The drying and heat treatment temperatures are preferably 105 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, still more preferably 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, still more preferably 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and particularly even more preferably. Can be 350 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. The heat treatment time is preferably 1 hour or more and 20 hours or less, more preferably 1 hour or more and 15 hours or less, and further preferably 1 hour or more and 10 hours or less. This makes it possible to successfully generate a LiAO compound having a peak at a specific interatomic distance position in the radial distribution function obtained from XAFS. When heat-treated at an excessively high temperature, for example, when element A is a niobium (Nb) element, Li 3 NbO 4 (this compound peaks at a specific interatomic distance position in the radial distribution function obtained from XAFS. The present inventor has confirmed that (not possessed) is generated.

本発明で用いる芯材粒子は、例えばリチウム塩化合物、マンガン塩化合物、ニッケル塩化合物及びコバルト塩化合物などの原料を秤量して混合し、湿式粉砕機等で粉砕した後、造粒し、焼成し、必要に応じて熱処理し、好ましい条件で解砕し、更に必要に応じて分級して得ることができる。この方法に代えて、マンガン塩化合物、ニッケル塩化合物及びコバルト塩化合物を含む水溶液に水酸化ナトリウムなどの塩基性物質を添加して金属複合水酸化物を沈殿させ、次いで該金属複合水酸化物とリチウム塩化合物とを混合して焼成することでも、芯材粒子を得ることができる。 The core material particles used in the present invention are prepared by weighing and mixing raw materials such as a lithium salt compound, a manganese salt compound, a nickel salt compound and a cobalt salt compound, pulverizing them with a wet pulverizer or the like, granulating them, and firing them. , If necessary, heat-treat, pulverize under preferable conditions, and further classify if necessary. Instead of this method, a basic substance such as sodium hydroxide is added to an aqueous solution containing a manganese salt compound, a nickel salt compound and a cobalt salt compound to precipitate a metal composite hydroxide, and then the metal composite hydroxide is combined with the metal composite hydroxide. Core material particles can also be obtained by mixing with a lithium salt compound and firing.

原料であるリチウム塩化合物としては、例えば、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(LiCO)、硝酸リチウム(LiNO)、LiOH・HO、酸化リチウム(LiO)、脂肪酸リチウム及びリチウムハロゲン化物等が挙げられる。中でもリチウムの水酸化物、炭酸塩、硝酸塩が好ましい。 Examples of the lithium salt compound as a raw material include lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium nitrate (LiNO 3 ), LiOH / H 2 O, lithium oxide (Li 2 O), and lithium fatty acid. And lithium hydroxide and the like. Of these, lithium hydroxide, carbonate and nitrate are preferable.

マンガン塩化合物としては、例えば、炭酸マンガン、硝酸マンガン、塩化マンガン及び二酸化マンガン等が挙げられる。中でも炭酸マンガン及び二酸化マンガンが好ましく、電解法によって得られる電解二酸化マンガンが特に好ましい。
ニッケル塩化合物としては、例えば、炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル及び酸化ニッケル等が挙げられ、中でも炭酸ニッケル、水酸化ニッケル及び酸化ニッケルが好ましい。
コバルト塩化合物としては、例えば、塩基性炭酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト、オキシ水酸化コバルト、水酸化コバルト及び酸化コバルト等が挙げられ、中でも塩基性炭酸コバルト、水酸化コバルト、酸化コバルト及びオキシ水酸化コバルトが好ましい。
Examples of the manganese salt compound include manganese carbonate, manganese nitrate, manganese chloride and manganese dioxide. Of these, manganese carbonate and manganese dioxide are preferable, and electrolytic manganese dioxide obtained by an electrolytic method is particularly preferable.
Examples of the nickel salt compound include nickel carbonate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel oxyhydroxide, nickel hydroxide and nickel oxide, and nickel carbonate, nickel hydroxide and nickel oxide are preferable.
Examples of the cobalt salt compound include basic cobalt carbonate, cobalt nitrate, cobalt chloride, cobalt oxyhydroxide, cobalt hydroxide and cobalt oxide, and among them, basic cobalt carbonate, cobalt hydroxide, cobalt oxide and oxywater. Cobalt oxide is preferred.

上述した原料の混合は、水や分散剤などの液媒体を加えて湿式混合してスラリー化させることが好ましい。そして、後述するスプレードライ法を採用する場合には、得られたスラリーを湿式粉砕機で粉砕することが好ましいが、乾式粉砕しても構わない。 For mixing the above-mentioned raw materials, it is preferable to add a liquid medium such as water or a dispersant and wet-mix to form a slurry. Then, when the spray-drying method described later is adopted, it is preferable to pulverize the obtained slurry with a wet pulverizer, but dry pulverization may be used.

上述した造粒の方法は、前工程で粉砕された各種原料が分離せずに造粒粒子内で分散していれば湿式でも乾式でもよい。例えば、押し出し造粒法、転動造粒法、流動造粒法、混合造粒法、噴霧乾燥造粒法、加圧成型造粒法及びロール等を用いたフレーク造粒法等が挙げられる。 The above-mentioned granulation method may be wet or dry as long as the various raw materials crushed in the previous step are dispersed in the granulated particles without being separated. For example, an extrusion granulation method, a rolling granulation method, a flow granulation method, a mixed granulation method, a spray drying granulation method, a pressure molding granulation method, a flake granulation method using a roll or the like can be mentioned.

湿式造粒した場合には、焼成前に充分に乾燥させることが必要である。乾燥方法としては、噴霧熱乾燥法、熱風乾燥法、真空乾燥法、フリーズドライ法などの公知の乾燥方法によって乾燥させればよく、中でも噴霧熱乾燥法が好ましい。噴霧熱乾燥法は、熱噴霧乾燥機(スプレードライヤー)を用いて行うことが好ましい。 In the case of wet granulation, it is necessary to sufficiently dry it before firing. As a drying method, a known drying method such as a spray heat drying method, a hot air drying method, a vacuum drying method, or a freeze drying method may be used, and the spray heat drying method is particularly preferable. The spray heat drying method is preferably performed using a heat spray dryer (spray dryer).

焼成は、焼成炉にて、大気雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、酸素分圧を調整した雰囲気下、二酸化炭素ガス雰囲気下又はその他の雰囲気下において、例えば700℃より高く、1000℃以下の温度、好ましくは750℃以上1000℃未満、より好ましくは800℃以上950℃以下の温度にて0.5時間以上30時間以下で保持することが好ましい。この際、遷移金属が原子レベルで固溶し単一相となる焼成条件を選択することが好ましい。焼成炉の種類は特に限定されず、例えばロータリーキルン、静置炉及びその他の焼成炉を用いて焼成することができる。 The firing is performed in a firing furnace in an air atmosphere, an oxygen gas atmosphere, an atmosphere in which the oxygen partial pressure is adjusted, a carbon dioxide gas atmosphere, or another atmosphere, for example, at a temperature higher than 700 ° C and 1000 ° C or lower. It is preferably held at a temperature of 750 ° C. or higher and lower than 1000 ° C., more preferably 800 ° C. or higher and 950 ° C. or lower for 0.5 hours or longer and 30 hours or lower. At this time, it is preferable to select a firing condition in which the transition metal is solid-solved at the atomic level to form a single phase. The type of firing furnace is not particularly limited, and firing can be performed using, for example, a rotary kiln, a stationary furnace, or another firing furnace.

焼成後の熱処理は、結晶構造の調整が必要な場合に行うことが好ましく、例えば大気雰囲気下、酸素ガス雰囲気下又は酸素分圧を調整した雰囲気下などの酸化雰囲気の条件で熱処理を行う。 The heat treatment after calcination is preferably performed when it is necessary to adjust the crystal structure, and the heat treatment is performed under the conditions of an oxidizing atmosphere such as an air atmosphere, an oxygen gas atmosphere, or an atmosphere in which the oxygen partial pressure is adjusted.

このようにして得られた活物質は、水分率を一層低くするために、例えば再度熱処理を実施したり、活物質を真空加熱乾燥に付したりしてもよい。 In order to further reduce the moisture content of the active material thus obtained, for example, heat treatment may be performed again, or the active material may be subjected to vacuum heating and drying.

6.活物質の用途
本発明の活物質は、通常、正極活物質として用いることができる。また、本発明の活物質は、固体電池に用いられるものである。特に本発明の活物質は、固体電解質として硫化物固体電解質を含む固体電池に用いられることが有利である。固体電池において、本発明の活物質と、硫化物固体電解質との接触部分が存在することにより、本発明の効果を享受することができる。ここで「活物質と、硫化物固体電解質との接触部分が存在する」とは、(ア)正極合剤中に硫化物固体電解質を含有させること(この場合、固体電解質層は非硫化物でも可。)、(イ)正極合剤中に硫化物固体電解質を含有させず、固体電解質層に硫化物固体電解質を含有させること、及び(ウ)正極合剤中に硫化物固体電解質を含有させ、且つ固体電解質層に硫化物固体電解質を含有させることのいずれかを意味する。
6. Use of active material The active material of the present invention can usually be used as a positive electrode active material. Further, the active material of the present invention is used for a solid-state battery. In particular, it is advantageous that the active material of the present invention is used in a solid battery containing a sulfide solid electrolyte as a solid electrolyte. In the solid-state battery, the effect of the present invention can be enjoyed by the presence of the contact portion between the active material of the present invention and the sulfide solid electrolyte. Here, "there is a contact portion between the active material and the sulfide solid electrolyte" means that (a) the sulfide solid electrolyte is contained in the positive electrode mixture (in this case, the solid electrolyte layer may be non-sulfide. Yes), (a) Do not contain the sulfide solid electrolyte in the positive electrode mixture, but contain the sulfide solid electrolyte in the solid electrolyte layer, and (c) contain the sulfide solid electrolyte in the positive electrode mixture. And, it means that the solid electrolyte layer contains a sulfide solid electrolyte.

B.正極合剤
本発明の正極合剤は、活物質と、固体電解質とを含む。なお、正極合剤に含まれる活物質については、前記「A.活物質」の項に記載した内容と同様とすることができるため、ここでの記載は省略する。
B. Positive electrode mixture The positive electrode mixture of the present invention contains an active material and a solid electrolyte. The active material contained in the positive electrode mixture can be the same as that described in the above section "A. Active material", and thus the description thereof is omitted here.

本発明で用いる固体電解質は、一般的な固体電池に用いられる固体電解質と同様とすることができる。例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、窒化物固体電解質、ハロゲン化物固体電解質等が挙げられるが、中でも硫黄(S)元素を含有する硫化物固体電解質であることが好ましい。本発明における硫化物固体電解質は、例えば、Li及びSを含みリチウムイオン伝導性を有するものであってもよい。硫化物固体電解質は、結晶性材料、ガラスセラミックス、ガラスのいずれであってもよい。硫化物固体電解質は、アルジロダイト型構造の結晶相を有していてもよい。このような硫化物固体電解質としては、例えば、LiS−P、LiS−P−LiX(「X」は1種以上のハロゲン元素を示す。)、LiS−P−P、LiS−LiPO−P、LiPS、Li、Li10GeP12、Li3.25Ge0.250.75、Li11、Li3.250.95、Li7−xPS6−x(Argyrodite型固体電解質、「X」は1種以上のハロゲン元素を示し、0.2<x<2.0又は0.2<x<1.8である。)などが挙げられる。 The solid electrolyte used in the present invention can be the same as the solid electrolyte used in a general solid-state battery. For example, a sulfide solid electrolyte, an oxide solid electrolyte, a nitride solid electrolyte, a halide solid electrolyte and the like can be mentioned, and among them, a sulfide solid electrolyte containing a sulfur (S) element is preferable. The sulfide solid electrolyte in the present invention may contain, for example, Li and S and have lithium ion conductivity. The sulfide solid electrolyte may be any of a crystalline material, glass ceramics, and glass. The sulfide solid electrolyte may have a crystal phase having an algyrodite type structure. Such sulfide solid electrolyte, for example, Li 2 S-P 2 S 5, Li 2 S-P 2 S 5 -LiX ( "X" indicates one or more halogen element.), Li 2 S -P 2 S 5 -P 2 O 5 , Li 2 S-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 3 PS 4 , Li 4 P 2 S 6 , Li 10 GeP 2 S 12 , Li 3.25 Ge 0 .25 P 0.75 S 4 , Li 7 P 3 S 11 , Li 3.25 P 0.95 S 4 , Li 7-x PS 6-x X x (Argyrodite type solid electrolyte, "X" is one or more types The halogen element of the above is shown, and examples thereof include 0.2 <x <2.0 or 0.2 <x <1.8).

本発明の正極合剤に含まれる活物質は、本発明の活物質のみであってもよく、その他の活物質と組み合わせて使用することもできる。その他の活物質としては、前記の公知のリチウム遷移金属複合酸化物からなる粒子が挙げられ、当該粒子は被覆層を有していてもよく、あるいは有していなくてもよい。組み合わせて使用する場合は、活物質全体に対して本発明の活物質を50モル%以上、更に好ましくは70%以上含有していることが好ましい。 The active material contained in the positive electrode mixture of the present invention may be only the active material of the present invention, or may be used in combination with other active materials. Examples of other active materials include particles made of the above-mentioned known lithium transition metal composite oxide, and the particles may or may not have a coating layer. When used in combination, it is preferable that the active material of the present invention is contained in an amount of 50 mol% or more, more preferably 70% or more, based on the entire active material.

本発明の正極合剤における硫化物固体電解質の割合は、典型的には5質量%以上50質量%以下である。また、正極合剤は、必要に応じて導電助剤やバインダー等の他の材料を含んでもよい。また、前記正極合剤と溶剤とを混合してペーストを作製し、アルミニウム箔等の集電体上に塗布、乾燥させることによって正極層を作製できる。 The proportion of the sulfide solid electrolyte in the positive electrode mixture of the present invention is typically 5% by mass or more and 50% by mass or less. Further, the positive electrode mixture may contain other materials such as a conductive auxiliary agent and a binder, if necessary. Further, the positive electrode layer can be prepared by mixing the positive electrode mixture and the solvent to prepare a paste, applying the paste onto a current collector such as an aluminum foil, and drying the paste.

C.固体電池
本発明の固体電池は、正極層、負極層、及び固体電解質層を備え、前記正極層が、上述した正極合剤を含む。
C. Solid-state battery The solid-state battery of the present invention includes a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer, and the positive electrode layer contains the above-mentioned positive electrode mixture.

本発明の固体電池は、例えば、前記のようにして作製した正極層、固体電解質層、及び負極層を3層重ねて加圧成型することによって作製できる。「固体電池」とは、液状物質又はゲル状物質を電解質として一切含まない固体電池の他、例えば50質量%以下、30質量%以下、10質量%以下の液状物質又はゲル状物質を電解質として含む態様も包含する。 The solid-state battery of the present invention can be produced, for example, by stacking three layers of a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer produced as described above and press-molding them. The "solid-state battery" includes, for example, 50% by mass or less, 30% by mass or less, 10% by mass or less of a liquid substance or a gel-like substance as an electrolyte, in addition to a solid-state battery containing no liquid substance or a gel-like substance as an electrolyte. Also includes aspects.

前記負極層に用いる負極活物質は、一般的な固体電池に用いられる負極活物質と同様とすることができる。具体的な負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出する材料、例えば炭素材料、シリコン及びSi−Oなどの酸化ケイ素系化合物、スズ系化合物、チタン酸リチウム等の公知の材料を用いることができる。前記炭素材料としては、例えばポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、セルロースなどの有機高分子化合物を焼結したもの、人造黒鉛や天然黒鉛を挙げることができる。前記負極層は、このような負極活物質を用いる以外は正極層の作製と同様にして作製できる。 The negative electrode active material used for the negative electrode layer can be the same as the negative electrode active material used for a general solid-state battery. As a specific negative electrode active material, a material that absorbs and releases lithium ions, for example, a carbon material, a known material such as a silicon oxide compound such as silicon and Si—O, a tin compound, or lithium titanate can be used. .. Examples of the carbon material include those obtained by sintering an organic polymer compound such as polyacrylonitrile, phenol resin, phenol novolac resin, and cellulose, and artificial graphite and natural graphite. The negative electrode layer can be produced in the same manner as the positive electrode layer except that such a negative electrode active material is used.

[その他の語句の説明]
本明細書において「X〜Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特に断らない限り「X以上Y以下」の意とともに、「好ましくはXより大きい」あるいは「好ましくはYより小さい」の意も包含する。また、「X以上」(Xは任意の数字)あるいは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、「Xより大きいことが好ましい」あるいは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
[Explanation of other words]
When expressed as "X to Y" (X, Y are arbitrary numbers) in the present specification, unless otherwise specified, it means "X or more and Y or less" and "preferably larger than X" or "preferably better than Y". It also includes the meaning of "small". Further, when expressed as "X or more" (X is an arbitrary number) or "Y or less" (Y is an arbitrary number), it means "preferably larger than X" or "preferably less than Y". Including intention.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「%」は「質量%」を意味する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples. Unless otherwise specified, "%" means "mass%".

〔実施例1〕
(1)芯材粒子の製造
硫酸ニッケルと硫酸コバルトと硫酸マンガンとを溶解した水溶液に、水酸化ナトリウムを供給し、共沈法によって金属複合水酸化物を作製した。この金属複合水酸化物におけるニッケル、コバルト及びマンガンのモル比は、Ni:Co:Mn=0.33:0.33:0.33であった。この金属複合水酸化物を炭酸リチウムと混合し、静置式電気炉を用いて大気下で720℃、5時間仮焼成した後、大気下で905℃、22時間本焼成してリチウム金属複合酸化物を得た。このリチウム金属複合酸化物を乳鉢で解砕し、次いで目開き53μmの篩で分級し、篩下のリチウム金属複合酸化物粉体からなる芯材粒子を回収した。芯材粒子は層状岩塩型化合物であり、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比は、前記金属複合水酸化物と同様に、Ni:Co:Mn=0.33:0.33:0.33であった。
[Example 1]
(1) Production of core material particles Sodium hydroxide was supplied to an aqueous solution in which nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were dissolved, and a metal composite hydroxide was prepared by the coprecipitation method. The molar ratio of nickel, cobalt and manganese in this metal composite hydroxide was Ni: Co: Mn = 0.33: 0.33: 0.33. This metal composite hydroxide is mixed with lithium carbonate and calcined in the air at 720 ° C. for 5 hours using a static electric furnace, and then fired in the air at 905 ° C. for 22 hours. Got This lithium metal composite oxide was crushed in a mortar and then classified by a sieve having a mesh size of 53 μm, and core material particles composed of lithium metal composite oxide powder under the sieve were recovered. The core material particles are layered rock salt type compounds, and the molar ratio of nickel, cobalt and manganese is Ni: Co: Mn = 0.33: 0.33: 0.33, as in the case of the metal composite hydroxide. It was.

(2)正極活物質の製造
前記A元素としてNbを用いた。Nb量に対するLi量のmol比率(Li/Nb)が1.0となるように、リチウムエトキシド及びペンタエトキシニオブの量を調整し、これらをエタノールに加えて溶解させて被覆用ゾルゲル溶液(リチウム量3mmol、ニオブ量3mmol)を調製した。この被覆用ゾルゲル溶液に前記リチウム金属複合酸化物粉体5gを投入した。更に、フッ素入りの水を滴下した後、ロータリーエバポレーターを用いて、60℃×30分間加熱して超音波を照射しながら加水分解させた。その後、60℃を維持しながら30分かけて減圧して溶媒を除去した後、そのまま常温で24時間放置して乾燥させた。次に、日陶科学社製の卓上小型電気炉であるNHK−170を用いて大気雰囲気で350℃を5時間維持するように焼成し、表面にフッ素を含む正極活物質を得た。得られた正極活物質のD50は以下の表1に示すとおりであった。このサンプルはXAFSの測定によって得られる動径分布関数において図1に示すとおり0.115nm以上0.144nm以下の範囲に1本ピークを有し、0.310nm超0.340nm以下の範囲にも1本ピークを有した。
(2) Production of positive electrode active material Nb was used as the element A. The amounts of lithium ethoxydo and pentaethoxyniobium are adjusted so that the mol ratio (Li / Nb) of the amount of Li to the amount of Nb is 1.0, and these are added to ethanol to dissolve them in a coating solgel solution (lithium). Amount of 3 mmol, niobium amount of 3 mmol) was prepared. 5 g of the lithium metal composite oxide powder was added to the sol-gel solution for coating. Further, after dropping water containing fluorine, the mixture was hydrolyzed by heating at 60 ° C. for 30 minutes using a rotary evaporator and irradiating with ultrasonic waves. Then, the solvent was removed by reducing the pressure over 30 minutes while maintaining 60 ° C., and then the mixture was allowed to stand at room temperature for 24 hours to dry. Next, using NHK-170, which is a small tabletop electric furnace manufactured by Nikko Kagaku Co., Ltd., firing was performed in an air atmosphere at 350 ° C. for 5 hours to obtain a positive electrode active material containing fluorine on the surface. The D 50 of the obtained positive electrode active material was as shown in Table 1 below. As shown in FIG. 1, this sample has one peak in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less in the radial distribution function obtained by the measurement of XAFS, and 1 in the range of more than 0.310 nm and 0.340 nm or less. It had this peak.

〔比較例1〕
実施例1において(2)を行わなかった。これら以外は実施例1と同様にして正極活物質を得た。
[Comparative Example 1]
(2) was not performed in Example 1. A positive electrode active material was obtained in the same manner as in Example 1 except for these.

〔評価〕
実施例及び比較例で得られた正極活物質について、上述の方法で、BET比表面積A(m/g)に対するカールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)の比であるB/Aの値、粒径D50、BET比表面積及び水分率(110℃及び250℃)、並びに残留炭酸イオンの濃度を測定した。また、実施例及び比較例で得られた正極活物質の各種物性値を次のように測定した。それらの結果を以下の表1に示す。
[Evaluation]
For the positive electrode active materials obtained in Examples and Comparative Examples, the ratio of the water content B (mass ppm) up to 110 ° C. measured by the Carl Fisher method to the BET specific surface area A (m 2 / g) by the above method. the value of which is B / a is, the particle diameter D 50, BET specific surface area and moisture content (110 ° C. and 250 ° C.), as well as to measure the concentration of residual carbonate ions. In addition, various physical property values of the positive electrode active material obtained in Examples and Comparative Examples were measured as follows. The results are shown in Table 1 below.

<化学分析>
誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析によって、正極活物質に含まれる各元素の含有量を測定した。
<Chemical analysis>
The content of each element contained in the positive electrode active material was measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy.

<フッ素量の分析>
正極活物質を酸素及び水蒸気気流で加熱分解し、正極活物質中のフッ素を過酸化水素溶液に捕集して試料溶液を調製した。次いで、試料溶液のイオンクロマトグラフィー測定を行い、フッ化物イオンを定量することでフッ素量を測定した。測定装置には、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製ICS−2100を用い、カラムに Ion Pac AS19、キャリア液(溶離液)に水酸化カリウム水溶液を用い、35℃で測定を行った。このようにして正極活物質に対するフッ素量の質量の割合(ppm)を求め、ICPより求めたニオブ(Nb)元素の含有量(質量%)に対する、イオンクロマトグラフィーにより求めたフッ素量(ppm)の質量比率として「F/Nb」を計算した。なお、前記の測定条件はフッ素以外のハロゲンにも適応することができる。
<Analysis of fluorine content>
The positive electrode active material was decomposed by heating with oxygen and a steam stream, and fluorine in the positive electrode active material was collected in a hydrogen peroxide solution to prepare a sample solution. Next, ion chromatography measurement of the sample solution was performed, and the amount of fluorine was measured by quantifying fluoride ions. As a measuring device, ICS-2100 manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. was used, Ion Pac AS19 was used as a column, and an aqueous potassium hydroxide solution was used as a carrier solution (eluent), and measurement was performed at 35 ° C. In this way, the ratio (ppm) of the amount of fluorine to the positive electrode active material was determined, and the amount of fluorine (ppm) determined by ion chromatography with respect to the content (% by mass) of the niobium (Nb) element determined by ICP. "F / Nb" was calculated as the mass ratio. The above measurement conditions can be applied to halogens other than fluorine.

<XPSによる表面分析>
アルバック・ファイ社製のXPS装置である、QUANTUM2000を用いて、正極活物質の粒子表面の分析を行った。測定に使用した条件等は以下のとおりである。
励起X線:モノマーAl−Kα線(1486.6eV)
出力:100W
加速電圧:20kV
X線照射径:100μmφ
測定面積:100μm×1mm
Take of Angle:45°
パスエネルギー:23.5eV
エネルギーステップ:0.1eV
<Surface analysis by XPS>
The particle surface of the positive electrode active material was analyzed using QUANTUM2000, which is an XPS device manufactured by ULVAC-PHI. The conditions used for the measurement are as follows.
Excited X-ray: Monomer Al-Kα ray (1486.6 eV)
Output: 100W
Acceleration voltage: 20kV
X-ray irradiation diameter: 100 μmφ
Measurement area: 100 μm x 1 mm
Take of Angle: 45 °
Path energy: 23.5 eV
Energy step: 0.1 eV

データ解析ソフトウェア(アルバック・ファイ社製「マルチパックVer9.0」)を用いてXPSデータの解析を行った。バックグラウンドモードはIterated Shirleyを使用した。NiのLMMピーク、MnのLMMピークの干渉を考慮し、次に示すとおり元素ごとに計算に用いる軌道を決定した。
Li:1s
Ni:2p1
Nb:3d
Mn:2p1
Ti:2p3
C:1s
O:1s
F:1s
N:1s
XPS data was analyzed using data analysis software ("Multipack Ver9.0" manufactured by ULVAC-PHI, Inc.). The background mode used was Alterated Shirley. Considering the interference between the LMM peak of Ni and the LMM peak of Mn, the orbits used for the calculation were determined for each element as shown below.
Li: 1s
Ni: 2p1
Nb: 3d
Mn: 2p1
Ti: 2p3
C: 1s
O: 1s
F: 1s
N: 1s

より具体的には、正極活物質についてXPSを用いて、前記条件で正極活物質の表面を分析し、得られたX線光電子分光スペクトルからピーク面積を求め、上掲した元素すべてについて原子組成百分率を計算した。以降、この計算より得た値を定量とする。Nbの定量に対するFの定量の比率(F/Nb)、及び、Nbの定量に対するLiの定量の比率(Li/Nb)を求めた。 More specifically, the surface of the positive electrode active material is analyzed using XPS for the positive electrode active material, the peak area is obtained from the obtained X-ray photoelectron spectroscopic spectrum, and the atomic composition percentage for all the above-mentioned elements. Was calculated. Hereinafter, the value obtained from this calculation will be quantified. The ratio of the quantification of F to the quantification of Nb (F / Nb) and the ratio of the quantification of Li to the quantification of Nb (Li / Nb) were determined.

<固体リチウム二次電池の作製と評価>
正極活物質(サンプル)と固体電解質を用いて、固体リチウム二次電池を作製し、電池特性評価(充電特性)を行った。
<Manufacturing and evaluation of solid-state lithium secondary batteries>
A solid lithium secondary battery was prepared using a positive electrode active material (sample) and a solid electrolyte, and the battery characteristics were evaluated (charging characteristics).

(材料)
実施例及び比較例で作製した正極活物質を用い、負極活物質としてグラファイト(Gr)粉末を用い、固体電解質粉末として組成式:Li5.8PS4.8Cl1.2で示される粉末を用いた。正極合剤粉末は、正極活物質、固体電解質粉末及び導電材であるアセチレンブラック粉末を60:37:3の質量割合で乳鉢混合することで調製した。
(material)
Using the positive electrode active material prepared in Examples and Comparative Examples, graphite (Gr) powder was used as the negative electrode active material, and the powder represented by the composition formula: Li 5.8 PS 4.8 Cl 1.2 was used as the solid electrolyte powder. Using. The positive electrode mixture powder was prepared by mixing a positive electrode active material, a solid electrolyte powder, and acetylene black powder, which is a conductive material, in a mortar at a mass ratio of 60:37: 3.

(固体リチウム二次電池の作製)
正極合剤粉末14.5mgを密閉型セルの絶縁筒内(φ9mm)に充填して、500MPaで一軸成型することで正極合剤粉末ペレットを作製した。得られた正極ペレットを密閉型セルの絶縁筒内(φ10.5mm)に移し、正極ペレット上に固体電解質粉末100mgを充填した。次に、正極合剤ペレットとともに184MPaで一軸成型した後、固体電解質の上に18mgのグラファイト(Gr)粉末を充填し、551MPaで一軸成型した。更に、加圧ネジで締め込み、固体リチウム二次電池を作製した。
(Manufacturing of solid-state lithium secondary battery)
A positive electrode mixture powder pellet was prepared by filling 14.5 mg of the positive electrode mixture powder in an insulating cylinder (φ9 mm) of a closed cell and uniaxially molding at 500 MPa. The obtained positive electrode pellets were transferred into an insulating cylinder (φ10.5 mm) of a closed cell, and 100 mg of solid electrolyte powder was filled on the positive electrode pellets. Next, after uniaxial molding at 184 MPa together with the positive electrode mixture pellets, 18 mg of graphite (Gr) powder was filled on the solid electrolyte, and uniaxial molding was performed at 551 MPa. Further, it was tightened with a pressure screw to prepare a solid lithium secondary battery.

(電池特性評価)
実施例及び比較例の固体リチウム二次電池について、1サイクルに充電終止電圧4.5Vまで0.3Cで定電流充電を行った。その後、4.5Vで電流値が0.01Cになるまで定電圧充電を行った。放電時は2.5Vまで0.3Cで定電流放電を行った。放電開始から0.5mAh/g放電時の作動電圧を放電初期電圧とし、4.5Vから放電初期電圧を引いたものを降下電圧とした。比較例1の降下電圧を実施例1の降下電圧から引いた値を、比較例1の降下電圧で除した値に100を乗じ、得られた値を放電初期電圧降下改善率とし、表に記載した。
(Battery characteristic evaluation)
The solid-state lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples were charged at a constant current of 0.3 C up to a final charge voltage of 4.5 V in one cycle. Then, constant voltage charging was performed at 4.5 V until the current value became 0.01 C. At the time of discharge, constant current discharge was performed up to 2.5 V at 0.3 C. The operating voltage at 0.5 mAh / g discharge from the start of discharge was defined as the initial discharge voltage, and the voltage dropped was obtained by subtracting the initial discharge voltage from 4.5 V. The value obtained by subtracting the voltage drop of Comparative Example 1 from the voltage drop of Example 1 is divided by the voltage drop of Comparative Example 1 and multiplied by 100, and the obtained value is used as the discharge initial voltage drop improvement rate and is shown in the table. did.

表1に示す結果から明らかなとおり、実施例1で得られた正極活物質を用いた固体電池は、比較例よりも放電初期における電圧降下が少なく、放電初期の作動電圧を高い状態を維持できていることが判る。 As is clear from the results shown in Table 1, the solid-state battery using the positive electrode active material obtained in Example 1 has a smaller voltage drop at the initial stage of discharge than the comparative example, and can maintain a high operating voltage at the initial stage of discharge. You can see that.

Claims (13)

固体電池に用いられる活物質であって、
前記活物質は、X線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.144nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.310nm超0.340nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるものであり、
前記活物質は、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、該芯材粒子の表面又はその近傍にハロゲン元素が存在している、活物質。
An active material used in solid-state batteries
In the radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure, at least one peak is observed in the range of 0.115 nm or more and 0.144 nm or less, and the active material is more than 0.310 nm and 0.340 nm or less. At least one peak is observed in the range of
The active material is an active material having core material particles and a coating layer arranged on the surface of the core material particles, and a halogen element is present on or near the surface of the core material particles.
固体電池に用いられる活物質であって、
前記活物質は、X線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、0.115nm以上0.145nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるとともに、0.310nm超0.340nm以下の範囲にピークが少なくとも1つ観察されるものであり、
前記活物質は、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、
X線光電子分光分析(XPS)により測定されるLi1sの結合エネルギーが54.0eV以上55.4eV以下にピーク頂点が観察される活物質。
An active material used in solid-state batteries
In the radial distribution function obtained by measuring the X-ray absorption fine structure, at least one peak is observed in the range of 0.115 nm or more and 0.145 nm or less, and the active material is more than 0.310 nm and 0.340 nm or less. At least one peak is observed in the range of
The active material has core material particles and a coating layer arranged on the surface of the core material particles.
An active material in which a peak peak is observed when the binding energy of Li1s measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 54.0 eV or more and 55.4 eV or less.
前記被覆層が、リチウム(Li)元素、A元素(AはTi、Zr、Ta、Nb、Zn、W及びAlからなる群から選ばれた1種又は2種以上の元素)及び酸素(O)元素を含む化合物からなる、請求項1又は2に記載の活物質。 The coating layer comprises a lithium (Li) element, an element A (A is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Ta, Nb, Zn, W and Al) and oxygen (O). The active material according to claim 1 or 2, which comprises a compound containing an element. 前記活物質を全溶解して誘導結合プラズマ発光分光分析により測定されるA元素量(質量%)に対する、該活物質を加熱分解した後イオンクロマトグラフィーにより測定されるハロゲン(X)元素量(ppm)の質量比率(X/A)が0.5×10−4以上である請求項3に記載の活物質。 The amount of halogen (X) element (ppm) measured by ion chromatography after thermal decomposition of the active material with respect to the amount of element A (mass%) measured by inductively coupled plasma emission spectroscopy by completely dissolving the active material. The active material according to claim 3, wherein the mass ratio (X / A) of) is 0.5 × 10 -4 or more. X線光電子分光分析によって測定される、前記芯材粒子の表面に存在するA元素量に対するハロゲン(X)元素量のmol比率(X/A)が0.011以上である請求項3又は4に記載の活物質。 According to claim 3 or 4, the mol ratio (X / A) of the amount of halogen (X) element to the amount of element A present on the surface of the core material particles measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.011 or more. The active material described. X線光電子分光分析によって測定される、前記芯材粒子の表面に存在するA元素量に対する、リチウム(Li)元素量のmol比率(Li/A)が0.5以上33.3以下である請求項3ないし5のいずれか一項に記載の活物質。 Claimed that the mol ratio (Li / A) of the amount of lithium (Li) element to the amount of element A existing on the surface of the core material particles measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.5 or more and 33.3 or less. Item 2. The active material according to any one of Items 3 to 5. ハロゲン(X)元素がフッ素(F)元素である請求項1ないし6のいずれか一項に記載の活物質。 The active material according to any one of claims 1 to 6, wherein the halogen (X) element is a fluorine (F) element. 前記芯材粒子が、一般式LiMO(Mは金属元素)で示される層状岩塩構造のリチウム金属複合酸化物又はLiM(Mは金属元素)で示されるスピネル構造のリチウム金属複合酸化物からなる請求項1ないし7のいずれか一項に記載の活物質。 The core material particles are a lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure represented by the general formula LiMO 2 (M is a metal element) or a lithium metal composite oxide having a spinel structure represented by LiM 2 O 4 (M is a metal element). The active material according to any one of claims 1 to 7. BET比表面積A(m/g)に対するカールフィッシャー法によって測定された110℃までの水分率B(質量ppm)の比であるB/Aの値が1以上8000以下である請求項1ないし8のいずれか一項に記載の活物質。 Claims 1 to 8 in which the value of B / A, which is the ratio of the water content B (mass ppm) up to 110 ° C. measured by the Carl Fisher method to the BET specific surface area A (m 2 / g), is 1 or more and 8000 or less. The active material according to any one of the above. 請求項1ないし9のいずれか一項に記載の活物質と、固体電解質とを含む正極合剤。 A positive electrode mixture containing the active material according to any one of claims 1 to 9 and a solid electrolyte. 前記固体電解質が、リチウム(Li)元素、リン(P)元素及び硫黄(S)元素を含み、且つリチウムイオン伝導性を有する請求項10に記載の正極合剤。 The positive electrode mixture according to claim 10, wherein the solid electrolyte contains a lithium (Li) element, a phosphorus (P) element, and a sulfur (S) element, and has lithium ion conductivity. 前記固体電解質が、アルジロダイト型構造の結晶相を有する請求項11に記載の正極合剤。 The positive electrode mixture according to claim 11, wherein the solid electrolyte has a crystal phase having an algyrodite type structure. 正極層、負極層、及び固体電解質層を備えた固体電池において、
前記正極層が、請求項1ないし9のいずれか一項に記載の活物質を含む固体電池。
In a solid-state battery provided with a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer,
A solid-state battery in which the positive electrode layer contains the active material according to any one of claims 1 to 9.
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