JP2020158335A - Method for producing lithium metal complex oxide powder - Google Patents

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Abstract

To improve the production efficiency of lithium metal complex oxide powder.SOLUTION: A method for producing lithium metal complex oxide powder has the step of introducing a lithium metal complex oxide source containing lithium element, niobium element, manganese element, and oxygen element into plasma, by an introduction flow, the lithium metal complex oxide powder having an average particle size of nano level.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウム元素、ニオブ元素、マンガン元素及び酸素元素を含むリチウム金属複合酸化物粉末、その製造方法、並びにリチウム金属複合酸化物粉末を用いたリチウムイオン二次電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a lithium metal composite oxide powder containing a lithium element, a niobium element, a manganese element and an oxygen element, a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery using the lithium metal composite oxide powder and a method for producing the same.

リチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質として、各種のリチウム金属複合酸化物が知られている。
例えば特許文献1には、リチウム金属複合酸化物の1種であるLiMeを製造する方法が開示されている。具体的には、特許文献1には、Liを含む原料、Oを含む原料、および、Meを含む原料を秤量および混合した固体状のものをボールミル等の混合装置を用いて10時間以上メカノケミカルに反応させることで、LiMeを製造し得る旨が開示されている。このように固体状の原料を用いて固体状を維持した状態で反応を進行する合成法を、以下、必要に応じて、固相法と称する。
Various lithium metal composite oxides are known as positive electrode active materials used in lithium ion secondary batteries.
For example, Patent Document 1, a method of producing a Li x Me y O 2 which is a kind of lithium-metal composite oxide is disclosed. Specifically, Patent Document 1 describes a solid state in which a raw material containing Li, a raw material containing O, and a raw material containing Me are weighed and mixed using a mixing device such as a ball mill for 10 hours or more. by reacting to the effect that can produce a Li x Me y O 2 is disclosed. The synthetic method in which the reaction proceeds in a state where the solid state is maintained by using the solid material is hereinafter referred to as a solid phase method, if necessary.

上記した特許文献1に紹介されているような固相法を用いる場合には、リチウム金属複合酸化物の製造に長時間を要する問題がある。したがって、当該固相法によるリチウム金属複合酸化物の製造方法は効率に優れると言い難く、製造効率に優れたリチウム金属複合酸化物の製造方法が望まれている。 When the solid phase method as introduced in Patent Document 1 described above is used, there is a problem that it takes a long time to produce the lithium metal composite oxide. Therefore, it is hard to say that the method for producing a lithium metal composite oxide by the solid phase method is excellent in efficiency, and a method for producing a lithium metal composite oxide having excellent production efficiency is desired.

特開2017−152370号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-152370

ところで、リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、電池反応の速度を考慮すると、平均粒子径の比較的小さなものを用いるのが好ましいとされている。そして、上記の固相法により製造されたリチウム金属複合酸化物粉末に含まれる粒子は、平均粒子径がμm水準以上と比較的大きいと考えられる。このため、特許文献1に紹介されているような固相法により製造されたリチウム金属複合酸化物粉末を用いたリチウムイオン二次電池の反応性をより向上させるためには、当該リチウム金属複合酸化物粉末を更に微粉化する必要がある。しかし当該微粉化の工程は、長時間を要するために、リチウム金属複合酸化物粉末の製造効率を更に悪化させる虞がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、リチウム金属複合酸化物粉末の製造効率の向上を図ることを目的とする。
By the way, as the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, it is preferable to use a material having a relatively small average particle size in consideration of the speed of the battery reaction. The particles contained in the lithium metal composite oxide powder produced by the above solid phase method are considered to have a relatively large average particle diameter of μm or more. Therefore, in order to further improve the reactivity of the lithium ion secondary battery using the lithium metal composite oxide powder produced by the solid phase method as introduced in Patent Document 1, the lithium metal composite oxide is oxidized. It is necessary to further refine the product powder. However, since the pulverization step takes a long time, there is a possibility that the production efficiency of the lithium metal composite oxide powder is further deteriorated.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to improve the production efficiency of a lithium metal composite oxide powder.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法は、
リチウム元素、ニオブ元素、マンガン元素、及び、酸素元素を含むリチウム金属複合酸化物源を導入流にて、プラズマ内に導入する工程を有する、平均粒子径がナノ水準であるリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法である。
The method for producing a lithium metal composite oxide powder of the present invention is
A lithium metal composite oxide powder having a nano-level average particle size, which has a step of introducing a lithium metal composite oxide source containing a lithium element, a niobium element, a manganese element, and an oxygen element into a plasma by an introduction flow. It is a manufacturing method of.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法によると、一工程で粉末状のリチウム金属複合酸化物粉末を製造できるため、リチウム金属複合酸化物粉末の製造効率及び当該リチウム金属複合酸化物粉末を用いるリチウムイオン二次電池の製造効率を向上させ得る。 According to the method for producing a lithium metal composite oxide powder of the present invention, a powdery lithium metal composite oxide powder can be produced in one step. Therefore, the production efficiency of the lithium metal composite oxide powder and the lithium metal composite oxide powder can be obtained. The manufacturing efficiency of the lithium ion secondary battery used can be improved.

プラズマ発生装置の模式図である。It is a schematic diagram of a plasma generator. 実施例1及び比較例1のリチウムイオン二次電池のレート特性を表すグラフである。It is a graph which shows the rate characteristic of the lithium ion secondary battery of Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末のSEM像である。It is an SEM image of the lithium metal composite oxide powder of Example 1. 比較例1のリチウム金属複合酸化物粉末のSEM像である。It is an SEM image of the lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 1. 実施例1のリチウムイオン二次電池のサイクル特性を表すグラフである。It is a graph which shows the cycle characteristic of the lithium ion secondary battery of Example 1. FIG. 実施例2のリチウムイオン二次電池のサイクル特性を表すグラフである。It is a graph which shows the cycle characteristic of the lithium ion secondary battery of Example 2. 比較例1のリチウムイオン二次電池のサイクル特性を表すグラフである。It is a graph which shows the cycle characteristic of the lithium ion secondary battery of the comparative example 1. FIG. 実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末及び実施例2のリチウム金属複合酸化物粉末のX線回折チャートである。It is an X-ray diffraction chart of the lithium metal composite oxide powder of Example 1 and the lithium metal composite oxide powder of Example 2.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「x〜y」は、下限x及び上限yをその範囲に含む。そして、これらの上限値及び下限値、並びに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらにこれらの数値範囲内から任意に選択した数値を新たな数値範囲の上限、下限の数値とすることもできる。 The best mode for carrying out the present invention will be described below. Unless otherwise specified, the numerical range "x to y" described in the present specification includes the lower limit x and the upper limit y in the range. Then, a numerical range can be constructed by arbitrarily combining these upper and lower limit values and the numerical values listed in the examples. Further, numerical values arbitrarily selected from these numerical values can be set as upper and lower limit values of a new numerical range.

(リチウム金属複合酸化物粉末)
本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法は、平均粒子径がナノ水準であるリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法である。本明細書において「平均粒子径がナノ水準である」とは、平均粒子径が1nm以上1000nm未満の範囲内であることを指すものとする。つまり本発明の製造方法で得られたリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒子径は上記範囲内である。なお、本発明の製造方法により得られたリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒子径がナノ水準であるか否かは、後述するように電子顕微鏡像によって確認できる。
以下、必要に応じて、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法で得られるリチウム金属複合酸化物粉末を、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末と称する場合がある。また、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法を、単に、本発明の製造方法と称する場合がある。
本発明のリチウム金属複合酸化物粉末は多数の粒子からなり、各々の粒子は結晶子からなるものであっても良いし、幾つかの結晶子が複合化したものであっても良い。
(Lithium metal composite oxide powder)
The method for producing a lithium metal composite oxide powder of the present invention is a method for producing a lithium metal composite oxide powder having a nano-level average particle size. In the present specification, "the average particle size is at the nano level" means that the average particle size is in the range of 1 nm or more and less than 1000 nm. That is, the average particle size of the lithium metal composite oxide powder obtained by the production method of the present invention is within the above range. Whether or not the average particle size of the lithium metal composite oxide powder obtained by the production method of the present invention is at the nano level can be confirmed by an electron microscope image as described later.
Hereinafter, if necessary, the lithium metal composite oxide powder obtained by the method for producing a lithium metal composite oxide powder of the present invention may be referred to as the lithium metal composite oxide powder of the present invention. In addition, the method for producing a lithium metal composite oxide powder of the present invention may be simply referred to as the method for producing a lithium metal composite oxide powder of the present invention.
The lithium metal composite oxide powder of the present invention is composed of a large number of particles, and each particle may be composed of crystals or a composite of several crystallites.

以下、本発明の製造方法に沿って、本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described along with the manufacturing method of the present invention.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法は、平均粒子径がナノ水準であるリチウム金属複合酸化物粉末を製造する方法であり、リチウム元素、ニオブ元素、マンガン元素及び酸素元素を含むリチウム金属複合酸化物源を導入流でプラズマ内に導入する工程を有する。 The method for producing a lithium metal composite oxide powder of the present invention is a method for producing a lithium metal composite oxide powder having a nano-level average particle size, and is a lithium metal containing lithium element, niobium element, manganese element and oxygen element. It has a step of introducing the composite oxide source into the plasma by the introduction flow.

本発明の製造方法で製造される本発明のリチウム金属複合酸化物粉末は、リチウム金属複合酸化物源に由来するリチウム元素、ニオブ元素、マンガン元素及び酸素元素を含む、粉末状のリチウム金属複合酸化物であるといえる。
リチウム金属複合酸化物は、リチウム元素、ニオブ元素、マンガン元素及び酸素元素を含み、その他の金属元素を含んでも良い。当該その他の金属元素として、第2族元素、遷移金属、希土類、第13族元素、第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種を例示できる。好ましくは遷移金属、第2族元素又は希土類から選ばれる1種であり、特に好ましくはNi、Cr、Ti、Cu、Zn、Pt、Pdから選ばれる1種である。
The lithium metal composite oxide powder of the present invention produced by the production method of the present invention contains powdered lithium metal composite oxide containing lithium element, niobium element, manganese element and oxygen element derived from the lithium metal composite oxide source. It can be said that it is a thing.
The lithium metal composite oxide contains a lithium element, a niobium element, a manganese element and an oxygen element, and may contain other metal elements. Examples of the other metal elements include at least one selected from the group consisting of Group 2 elements, transition metals, rare earths, Group 13 elements, and Group 14 elements. It is preferably one selected from transition metals, Group 2 elements or rare earths, and particularly preferably one selected from Ni, Cr, Ti, Cu, Zn, Pt and Pd.

具体的なリチウム金属複合酸化物としては、Li1.2Mn0.6Nb0.2、Li1.25Mn0.5Nb0.25、Li1.17Mn0.67Nb0.17、Li1.125Mn0.75Nb0.125、Li1.21Mn0.67Nb0.11、Li1.167Mn0.667Nb0.167等のLiMnNb(0.8<a<1.3、0<b<1、0<c<1、1.8≦a+b+c≦2.2)を挙げることができる。
本発明におけるリチウム金属複合酸化物は、LiMnNb(0.8<a<1.3、0<b<1、0<c<1、0≦d<1、1.8≦a+b+c+d≦2.2)のように上記LiMnNbを基本構造として更にその他のドープ元素を含むものであっても良い。更に、当該リチウム金属複合酸化物におけるMnまたはNbの一部は他の遷移金属で置換されても良い。
本発明におけるリチウム金属複合酸化物の結晶構造は、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を示し得る。なお、空間群の種類の表記における「Fm−3m」等において、「−3」は上線を付した3を表したものである。
本発明におけるリチウム金属複合酸化物は、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を示すもののみでもよいし、空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を示すものとそれ以外のものとの混合物でもよい。
Specific lithium metal composite oxides include Li 1.2 Mn 0.6 Nb 0.2 O 2 , Li 1.25 Mn 0.5 Nb 0.25 O 2 , and Li 1.17 Mn 0.67 Nb. 0.17 O 2 , Li 1.125 Mn 0.75 Nb 0.125 O 2 , Li 1.21 Mn 0.67 Nb 0.11 O 2 , Li 1.167 Mn 0.667 Nb 0.167 O 2 Etc., Li a Mn b Nb c O 2 (0.8 <a <1.3, 0 <b <1, 0 <c <1, 1.8 ≦ a + b + c ≦ 2.2) can be mentioned.
The lithium metal composite oxide in the present invention is Li a Mn b Nb c D d O 2 (0.8 <a <1.3, 0 <b <1, 0 <c <1, 0 ≦ d <1, 1). As in 0.8 ≦ a + b + c + d ≦ 2.2), the above Li a Mn b Nb c O 2 may be used as a basic structure and may further contain other doping elements. Further, a part of Mn or Nb in the lithium metal composite oxide may be replaced with another transition metal.
The crystal structure of the lithium metal composite oxide in the present invention can exhibit a crystal structure that can be attributed to the space group Fm-3m. In addition, in "Fm-3m" and the like in the notation of the type of a space group, "-3" represents 3 with an overline.
The lithium metal composite oxide in the present invention may be only one having a crystal structure that can be attributed to the space group Fm-3m, or one that has a crystal structure that can be attributed to the space group Fm-3m and another. It may be a mixture.

空間群Fm−3mに帰属可能な結晶構造を示す上記リチウム金属複合酸化物は、立方岩塩構造を示し得る。
当該リチウム金属複合酸化物におけるリチウム元素、マンガン元素、及びニオブ元素の関係は、上記LiMnNb又はLiMnNbにおいて、a>b>cであるのが好ましい。a、b、cの各範囲について述べる。aのより好ましい範囲としては、0.9≦a≦1.25、1.0≦a≦1.2、1.0<a≦1.2の各範囲を挙げることができる。bのより好ましい範囲としては、0.3≦b≦0.8、0.5≦b<0.8、0.55≦b≦0.75の各範囲を挙げることができる。cのより好ましい範囲としては、0.05≦c≦0.5、0.07≦c≦0.3、0.1≦c≦0.25の各範囲を挙げることができる。
The lithium metal composite oxide showing a crystal structure that can be attributed to the space group Fm-3m can show a cubic rock salt structure.
The relationship between the lithium element, the manganese element, and the niobium element in the lithium metal composite oxide is a>b> c in the above Li a Mn b Nb c O 2 or Li a Mn b Nb c D d O 2 . Is preferable. Each range of a, b, and c will be described. More preferable ranges of a include 0.9 ≦ a ≦ 1.25, 1.0 ≦ a ≦ 1.2, and 1.0 <a ≦ 1.2. More preferable ranges of b include 0.3 ≦ b ≦ 0.8, 0.5 ≦ b <0.8, and 0.55 ≦ b ≦ 0.75. As a more preferable range of c, each range of 0.05 ≦ c ≦ 0.5, 0.07 ≦ c ≦ 0.3, and 0.1 ≦ c ≦ 0.25 can be mentioned.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末は、リチウムイオン二次電池用の正極活物質として使用することができる。その場合、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末のみを正極活物質として使用しても良いし、その他の正極活物質と併用しても良い。また、2種以上の本発明のリチウム金属複合酸化物粉末を正極活物質として併用しても良い。 The lithium metal composite oxide powder of the present invention can be used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. In that case, only the lithium metal composite oxide powder of the present invention may be used as the positive electrode active material, or may be used in combination with other positive electrode active materials. Further, two or more kinds of lithium metal composite oxide powders of the present invention may be used in combination as a positive electrode active material.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法は、リチウム金属複合酸化物源を導入流にて、プラズマ内に導入する工程を有する。
リチウム金属複合酸化物源は、リチウム元素、マンガン元素、ニオブ元素、及び、酸素ガスとなり得る酸素元素を含みさえすれば良く、粉末状の本発明のリチウム金属複合酸化物の原料となり得る原料物質又は原料混合物であれば良い。つまり、リチウム金属複合酸化物源は、上記したリチウム金属複合酸化物と同じものであっても良いし、異なるものであっても良いし、単体であっても良いし、複数の単体の混合体であっても良い。更には、リチウム金属複合酸化物源は固体状、液体状、ガス状の何れの性状であっても良いし、これらの混合物であっても良い。
The method for producing a lithium metal composite oxide powder of the present invention includes a step of introducing a lithium metal composite oxide source into plasma by an introduction flow.
The lithium metal composite oxide source only needs to contain a lithium element, a manganese element, a niobium element, and an oxygen element that can be an oxygen gas, and is a raw material that can be a raw material of the lithium metal composite oxide of the present invention in powder form. Any mixture of raw materials may be used. That is, the lithium metal composite oxide source may be the same as the above-mentioned lithium metal composite oxide, may be different, may be a simple substance, or a mixture of a plurality of simple substances. It may be. Furthermore, the lithium metal composite oxide source may have any of solid, liquid, and gaseous properties, or may be a mixture thereof.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法は、リチウム金属複合酸化物源をプラズマ内に導入する工程を含む。このためリチウム金属複合酸化物源は、プラズマ内に導入し易い粉末状、液体状及び/又はガス状であるのが好ましい。 The method for producing a lithium metal composite oxide powder of the present invention includes a step of introducing a lithium metal composite oxide source into plasma. Therefore, the lithium metal composite oxide source is preferably in the form of powder, liquid and / or gas that can be easily introduced into the plasma.

以下、必要に応じて、リチウム金属複合酸化物源に含まれるリチウム元素を有するものをLi源と称し、マンガン元素を有するものをMn源と称し、ニオブ元素を有するものをNb源と称し、酸素ガスとなり得る酸素元素を有するものをO源と称する。リチウム金属複合酸化物源の取り扱い性を考慮すると、少なくともLi源、Mn源及びNb源は粉末状であるのが好ましい。Li源、Mn源及びNb源は、各々単独で使用しても良いし、これらのうち二種以上を含む化合物の状態で使用しても良い。O源はLi源、Mn源及びNb源の少なくとも一種とともに化合物の状態で使用しても良いし、単独でつまり酸素ガスの状態で使用しても良い。 Hereinafter, if necessary, a lithium metal composite oxide source containing a lithium element is referred to as a Li source, a manganese element-containing source is referred to as an Mn source, and a niobium element-containing source is referred to as an Nb source, and oxygen is used. A source having an oxygen element that can be a gas is called an O source. Considering the handleability of the lithium metal composite oxide source, at least the Li source, the Mn source and the Nb source are preferably in the form of powder. The Li source, the Mn source, and the Nb source may be used alone, or may be used in the state of a compound containing two or more of them. The O source may be used in the form of a compound together with at least one of the Li source, the Mn source and the Nb source, or may be used alone, that is, in the state of oxygen gas.

具体的には、Li源は、リチウム単体つまり金属リチウムであっても良いし、リチウム元素に加えてマンガン元素、ニオブ元素及び酸素元素の少なくとも一種を含む化合物であっても良い。更には、リチウム源を必須とし上記以外の元素を含む化合物であっても良い。 Specifically, the Li source may be lithium alone, that is, metallic lithium, or may be a compound containing at least one of a manganese element, a niobium element, and an oxygen element in addition to the lithium element. Furthermore, it may be a compound that requires a lithium source and contains elements other than the above.

このようなLi源としては、リチウム単体、又は、LiCO、LiOH、LiMn、LiNbO、LiO、Li、LiOに代表されるリチウム化合物を例示することができる。その他、LiBr、Li、LiCl、LiF、LiH、LiI、LiN、LiN等を用いても良い。Li源は、これらの何れかを単独で用いても良いし、これらの複数を組み合わせて用いても良い。 Such Li source, lithium simple substance, or, Li 2 CO 3, LiOH, LiMn 2 O 4, LiNbO 3, Li 2 O, may be exemplified lithium compound represented by Li 2 O 2, LiO 2 it can. Other, LiBr, Li 2 C 2, LiCl, LiF, LiH, LiI, may be used LiN 3, Li 3 N and the like. As the Li source, any one of these may be used alone, or a plurality of these may be used in combination.

Mn源及びNb源は、各々単体であっても良いし、上記のLi源とともに化合物を構成しても良いし、上記のO源とともに酸化物を構成しても良いし、その他の元素とともに化合物を構成しても良い。例えばMn源及びNb源は、単体で使用しても良いし、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、ハロゲン酸塩等の金属化合物の状態で使用しても良い。 The Mn source and the Nb source may be simple substances, may form a compound together with the above Li source, may form an oxide together with the above O source, or may form an oxide together with other elements. May be configured. For example, the Mn source and the Nb source may be used alone or in the state of metal compounds such as oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, sulfates, acetates, oxalates and halides. You may.

具体的には、Mn源としては、マンガン単体、MnO、Mn、Mn、MnO、MnO、Mn、Mn(OH)、MnO(OH)、Mn(OH)、MnCO、Mn(NO、MnSO、Mn(OCOCH、MnC、MnCl、MnI2、MnBr、MnF、MnC等を例示できる。その他、Mn源かつNb源であるMnNbを用いても良い。
Nb源としては、ニオブ単体、Nb、NbO、Nb、NbO、Nb(OH)、NbCl、NbI、NbBr、NbF、NbC等を例示できる。
Specifically, as the Mn source, manganese alone, MnO, Mn 3 O 4, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3, Mn 2 O 7, Mn (OH) 2, MnO (OH) 2, Mn ( Examples thereof include OH) 3 , MnCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , MnSO 4 , Mn (OCOCH 3 ) 2 , MnC 2 O 4 , MnCl 2 , MnI 2 , MnBr 2 , MnF 2 , and Mn 2 C. In addition, MnNb 2 O 6 which is a Mn source and an Nb source may be used.
Examples of the Nb source include niobium alone, Nb 2 O 5 , NbO 2 , Nb 2 O 3 , NbO, Nb (OH) 5 , NbCl 5 , NbI 5 , NbBr 5 , NbF 5 , NbC and the like.

リチウム金属複合酸化物源におけるLi源、Mn源及びNb源の割合は、リチウム元素、マンガン元素及びニオブ元素のモル比が、目的物つまりリチウム金属複合酸化物粉末における各元素のモル比に近い値となるよう設定すれば良い。
例えば目的物がLi1.2Mn0.6Nb0.2であれば、リチウム金属複合酸化物源におけるリチウム元素とマンガン元素とのモル比は5:2〜3:2程度であるのが好ましく、当該モル比は2:1に近い程良いと推測される。
また、リチウム金属複合酸化物源におけるリチウム元素とニオブ元素とのモル比は、10:1〜4:1程度であるのが好ましく、当該モル比は6:1に近い程良いと推測される。
当該リチウム金属複合酸化物源におけるマンガン元素とニオブ元素とのモル比は、7:2〜5:2程度であるのが好ましく、当該モル比は3:1に近い程良いと推測される。
The ratio of Li source, Mn source and Nb source in the lithium metal composite oxide source is such that the molar ratio of lithium element, manganese element and niobium element is close to the molar ratio of each element in the target product, that is, the lithium metal composite oxide powder. It should be set so as to be.
For example, if the target product is Li 1.2 Mn 0.6 Nb 0.2 O 2 , the molar ratio of lithium element to manganese element in the lithium metal composite oxide source is about 5: 2 to 3: 2. Is preferable, and it is presumed that the closer the molar ratio is to 2: 1 the better.
Further, the molar ratio of the lithium element and the niobium element in the lithium metal composite oxide source is preferably about 10: 1 to 4: 1, and it is presumed that the molar ratio is closer to 6: 1.
The molar ratio of the manganese element to the niobium element in the lithium metal composite oxide source is preferably about 7: 2 to 5: 2, and it is presumed that the molar ratio is closer to 3: 1.

本発明の製造方法は、プラズマ発生装置を用いて実施される。プラズマは、アーク放電、多相アーク放電、高周波電磁誘導、マイクロ波加熱放電などで発生させればよい。本発明の製造方法は、熱プラズマ法によってリチウム金属複合酸化物粉末を製造する方法と捉えることができる。 The manufacturing method of the present invention is carried out using a plasma generator. Plasma may be generated by arc discharge, multi-phase arc discharge, high frequency electromagnetic induction, microwave heating discharge, or the like. The production method of the present invention can be regarded as a method for producing a lithium metal composite oxide powder by a thermal plasma method.

高周波電磁誘導式のプラズマ発生装置の場合、その周波数は、例えば0.5〜400MHzの範囲内、好ましくは1〜80MHzの範囲内とすればよい。プラズマ出力は、例えば3〜300kWの範囲内、好ましくは5〜100kWの範囲内とすればよい。プラズマ発生装置内の圧力は適宜設定すればよく、例えば10kPa〜大気圧の範囲内を例示できる。プラズマ出力やプラズマ発生装置内の圧力を変動させることで、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒子径を変化させることができる。例えば、プラズマ出力を増加することで、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒子径を小さくすることができる。 In the case of a high-frequency electromagnetic induction type plasma generator, the frequency may be, for example, in the range of 0.5 to 400 MHz, preferably in the range of 1 to 80 MHz. The plasma output may be, for example, in the range of 3 to 300 kW, preferably in the range of 5 to 100 kW. The pressure in the plasma generator may be set as appropriate, and can be exemplified in the range of 10 kPa to atmospheric pressure, for example. By fluctuating the plasma output and the pressure in the plasma generator, the average particle size of the lithium metal composite oxide powder of the present invention can be changed. For example, by increasing the plasma output, the average particle size of the lithium metal composite oxide powder of the present invention can be reduced.

導入流はプラズマへ向かう気体の流動によって発生する。導入流としては、プラズマの安定性を考慮して、プラズマ下で使用し得る気体を主流とするのが好ましい。導入流を構成する気体、つまり、導入ガスとしては、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスが好ましい。導入ガスの流量としては、20〜120L/分を例示できる。 The introductory flow is generated by the flow of gas towards the plasma. As the introduction flow, it is preferable to use a gas that can be used under the plasma as the main flow in consideration of the stability of the plasma. As the gas constituting the introduction flow, that is, the introduction gas, a rare gas such as helium or argon is preferable. As the flow rate of the introduced gas, 20 to 120 L / min can be exemplified.

プラズマ発生装置の種類によるが、本発明の製造方法においては、導入ガスとして、上記したLi源、Mn源、Nb源及びO源を運搬するキャリヤーガス、キャリヤーガスとは別にコイル内に導入されるインナーガス、及び、プラズマ発生部位を不活性雰囲気下にするためのプロセスガスを採用するのが好ましい。 Although it depends on the type of plasma generator, in the production method of the present invention, the introduced gas is introduced into the coil separately from the carrier gas and the carrier gas carrying the above-mentioned Li source, Mn source, Nb source and O source. It is preferable to use an inner gas and a process gas for creating an inert atmosphere at the plasma generation site.

キャリヤーガスの流量としては、1〜10L/分を例示できる。インナーガスの流量としては、1〜10L/分を例示できる。プロセスガスの流量としては、15〜100L/分を例示できる。 The flow rate of the carrier gas can be exemplified by 1 to 10 L / min. As the flow rate of the inner gas, 1 to 10 L / min can be exemplified. As the flow rate of the process gas, 15 to 100 L / min can be exemplified.

導入ガスは酸素ガスを含んでも良いし、含まなくても良い。導入ガスが酸素ガスを含む場合、当該酸素ガスをO源とみなすことができる。なお、本発明の製造方法におけるO源はガス状に限定されず、例えばLi源、Mn源及びNb源の少なくとも一種とともに化合物を構成していても良い。この場合には、導入ガスは酸素ガスを含まなくても良い。 The introduced gas may or may not contain oxygen gas. When the introduced gas contains oxygen gas, the oxygen gas can be regarded as an O source. The O source in the production method of the present invention is not limited to the gaseous state, and for example, a compound may be formed together with at least one of a Li source, an Mn source, and an Nb source. In this case, the introduced gas does not have to contain oxygen gas.

後述するように、実施例では、酸素ガスを含まない導入ガスを用いる場合に、副生物の生成が顕著に抑制された。つまり、本発明の製造方法において、導入ガスの酸素濃度は低い方が好ましく、導入ガスは酸素を含まないのが特に好ましい。導入ガスの酸素濃度の好ましい範囲としては、導入ガス、例えば上記したキャリヤーガス、インナーガス、及び、プロセスガス等、導入流を構成するガスの体積の総和を100体積%としたときに、5体積%未満、3.5体積%未満、2体積%未満、1体積%未満、0.5体積%未満及び0体積%の各範囲を挙げ得る。 As will be described later, in the examples, the production of by-products was remarkably suppressed when the introduced gas containing no oxygen gas was used. That is, in the production method of the present invention, it is preferable that the oxygen concentration of the introduced gas is low, and it is particularly preferable that the introduced gas does not contain oxygen. The preferable range of the oxygen concentration of the introduced gas is 5 volumes when the total volume of the introduced gas, for example, the above-mentioned carrier gas, inner gas, process gas, and other gases constituting the introduced flow is 100% by volume. Each range of less than%, less than 3.5% by volume, less than 2% by volume, less than 1% by volume, less than 0.5% by volume and 0% by volume can be mentioned.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末の生成機構について考察する。プラズマ内の温度は、8000〜20000℃程度である。プラズマ内に導入されたリチウム金属複合酸化物源は、プラズマ内で気化又は分解状態となると考えられる。そして、当該リチウム金属複合酸化物源に含まれるリチウム元素、マンガン元素、ニオブ元素及び酸素元素は、プラズマ内において、各々高温のガスとして存在すると考えられる。 The mechanism for producing the lithium metal composite oxide powder of the present invention will be considered. The temperature in the plasma is about 8000 to 20000 ° C. The lithium metal composite oxide source introduced into the plasma is considered to be in a vaporized or decomposed state in the plasma. Then, it is considered that the lithium element, the manganese element, the niobium element and the oxygen element contained in the lithium metal composite oxide source each exist as a high-temperature gas in the plasma.

ここで、プラズマ内の上記各元素は、導入ガスとともに流動したり、自重で落下したりすることで、プラズマ外に移動する。このとき、上記各元素がおかれる雰囲気の温度は、急激に降下し、各元素を含むガスの温度もまた急激に降下する。当該温度降下に伴って、上記の各元素は気相→液相→固相の順に相転移する。
リチウム、マンガン、ニオブ及びこれらの化合物のうち、金属ニオブの核生成温度が最も高い。このため、本発明の製造方法においては、先ず金属ニオブが核生成し、次いで、当該金属ニオブの結晶核にリチウム及びマンガンが酸化を伴いながら凝縮することで、目的物であるリチウム金属複合酸化物、例えば上記したLi1.2Mn0.6Nb0.2が生成すると推測される。
Here, each of the above elements in the plasma moves out of the plasma by flowing with the introduced gas or falling by its own weight. At this time, the temperature of the atmosphere in which each of the above elements is placed drops sharply, and the temperature of the gas containing each element also drops sharply. As the temperature drops, each of the above elements undergoes a phase transition in the order of gas phase → liquid phase → solid phase.
Of lithium, manganese, niobium and their compounds, the metal niobium has the highest nucleation temperature. Therefore, in the production method of the present invention, first, metal niobium is formed into nuclei, and then lithium and manganese are condensed with oxidation in the crystal nuclei of the metal niobium, thereby condensing the target lithium metal composite oxide. For example, it is presumed that the above-mentioned Li 1.2 Mn 0.6 Nb 0.2 O 2 is produced.

後述するように、本発明の製造方法においては、反応系中の酸素濃度が過大である場合にLiNbOやLiMn等の酸化物が副生する場合がある。しかし、当該酸素濃度を目的物における各元素の化学量論比に基づいて適切にコントロールすることで、これらの副生物を低減しつつ目的とするリチウム金属複合酸化物を合成することが可能である。勿論、酸素元素だけでなくリチウム元素、マンガン元素、及びニオブ元素の量についても、化学量論比に基づいて適切にコントロールするのが好ましい。 As will be described later, in the production method of the present invention, oxides such as LiNbO 3 and LiMn 2 O 4 may be produced as a by-product when the oxygen concentration in the reaction system is excessive. However, by appropriately controlling the oxygen concentration based on the stoichiometric ratio of each element in the target product, it is possible to synthesize the target lithium metal composite oxide while reducing these by-products. .. Of course, it is preferable to appropriately control not only the amount of oxygen element but also the amount of lithium element, manganese element, and niobium element based on the chemical quantity theory ratio.

各元素を化学量論比に基づいた比率でプラズマ内に導入するためには、個々の元素を別々にプラズマ内に持ち込むよりも、予め当該化学量論比に基づいた比率で各元素を含むリチウム金属複合酸化物源を調製し、当該調製されたリチウム金属複合酸化物源をプラズマ内に持ち込む方が合理的である。
したがって、酸素元素についても、酸素ガスとして導入ガスの一部としてプラズマ内に持ち込むよりも、リチウム元素、マンガン元素又はニオブ元素との化合物としてプラズマ内に持ち込むのが好ましいといい得る。つまり、本発明の製造方法では、導入流を構成する導入ガスに酸素ガスを含まないのが好ましく、加えて、リチウム金属複合酸化物源にリチウム元素、ニオブ元素及びマンガン元素から選ばれる少なくとも一種と酸素元素との化合物を含むのがより好ましい。
In order to introduce each element into the plasma at a ratio based on the chemical ratio, rather than bringing each element into the plasma separately, lithium containing each element at a ratio based on the chemical ratio in advance. It is rational to prepare a metal composite oxide source and bring the prepared lithium metal composite oxide source into the plasma.
Therefore, it can be said that it is preferable to bring the oxygen element into the plasma as a compound with the lithium element, the manganese element, or the niobium element, rather than bringing it into the plasma as a part of the introduced gas as an oxygen gas. That is, in the production method of the present invention, it is preferable that the introduction gas constituting the introduction flow does not contain oxygen gas, and in addition, the lithium metal composite oxide source is at least one selected from lithium element, niobium element and manganese element. It is more preferable to contain a compound with an oxygen element.

なお、例えば目的物がLi1.2Mn0.6Nb0.2である場合、リチウム金属複合酸化物源におけるリチウム元素と酸素元素とのモル比は1.2:1〜0.3:1程度であるのが好ましく、当該モル比は0.6:1に近い程良いと推測される。当該リチウム金属複合酸化物源におけるマンガン元素と酸素元素とのモル比は0.6:1〜0.15:1程度であるのが好ましく、当該モル比は0.3:1に近い程良いと推測される。さらに、当該リチウム金属複合酸化物源におけるニオブ元素と酸素元素とのモル比は0.2:1〜0.05:1程度であるのが好ましく、当該モル比は0.1:1に近い程良いと推測される。 For example, when the target product is Li 1.2 Mn 0.6 Nb 0.2 O 2 , the molar ratio of the lithium element to the oxygen element in the lithium metal composite oxide source is 1.2: 1 to 0.3. It is preferably about 1: 1, and it is presumed that the molar ratio closer to 0.6: 1 is better. The molar ratio of manganese element to oxygen element in the lithium metal composite oxide source is preferably about 0.6: 1 to 0.15: 1, and the molar ratio is better closer to 0.3: 1. Guess. Further, the molar ratio of the niobium element and the oxygen element in the lithium metal composite oxide source is preferably about 0.2: 1 to 0.05: 1, and the closer the molar ratio is to 0.1: 1. Presumed to be good.

本発明の製造方法によると、ナノ水準のリチウム金属複合酸化物粉末が得られる。これは、主として、本発明の製造方法が熱プラズマ法を用いることに因ると考えられる。
つまり、本発明の製造方法において、リチウム金属複合酸化物の合成に用いるプラズマは非常に高温であり、また、高温の範囲もプラズマ内のみであるから、例えば電気炉等に比べて非常に狭い範囲である。このため、プラズマに導入されたリチウム金属複合酸化物源は、プラズマを通過した後に、急激に冷却されてリチウム金属複合酸化物となる。このような急激な冷却に因り、リチウム金属複合酸化物の結晶成長は抑制されるため、本発明の製造方法で得られるリチウム金属複合酸化物粉末は、平均粒子径がナノ水準という非常に微細なリチウム金属複合酸化物粒子で構成される。
プラズマ内で高温に加熱されたリチウム金属複合酸化物源を急激に冷却するためには、導入流の流量を適宜コントロールするのが合理的である。当該導入流の流量の好ましい範囲は、20L/分以上、30L/分以上、50L/分以上、60L/分以上の各範囲を例示できる。当該好ましい流量に上限はないが、強いて挙げるとすれば、200L/分以下とするのが合理的である。
According to the production method of the present invention, a nano-level lithium metal composite oxide powder can be obtained. It is considered that this is mainly due to the fact that the production method of the present invention uses the thermal plasma method.
That is, in the production method of the present invention, the plasma used for synthesizing the lithium metal composite oxide has a very high temperature, and the high temperature range is only in the plasma, so that the range is very narrow as compared with, for example, an electric furnace. Is. Therefore, the lithium metal composite oxide source introduced into the plasma is rapidly cooled after passing through the plasma to become a lithium metal composite oxide. Since the crystal growth of the lithium metal composite oxide is suppressed due to such rapid cooling, the lithium metal composite oxide powder obtained by the production method of the present invention has a very fine average particle size of nano-level. It is composed of lithium metal composite oxide particles.
In order to rapidly cool the lithium metal composite oxide source heated to a high temperature in the plasma, it is rational to appropriately control the flow rate of the introduction flow. The preferable range of the flow rate of the introduced flow can be exemplified in each range of 20 L / min or more, 30 L / min or more, 50 L / min or more, and 60 L / min or more. There is no upper limit to the preferable flow rate, but if it is strongly mentioned, it is rational to set it to 200 L / min or less.

本発明の製造方法で得られるリチウム金属複合酸化物粉末は、多数のリチウム金属複合酸化物粒子で構成される。本発明のリチウム金属複合酸化物粉末を構成するリチウム金属複合酸化物粒子(以下、本発明の粒子という。)は、上記したように、高温状態から室温付近にまで、急激に冷却されるため、結晶成長する期間がほとんどない。そのため、本発明の粒子は、一般的な製造方法で得られるような、特定の軸が成長した針状結晶となることが妨げられている。その結果、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末に含まれる本発明の粒子は、各軸の結晶成長速度にムラの無い形状となっている。 The lithium metal composite oxide powder obtained by the production method of the present invention is composed of a large number of lithium metal composite oxide particles. As described above, the lithium metal composite oxide particles constituting the lithium metal composite oxide powder of the present invention (hereinafter referred to as the particles of the present invention) are rapidly cooled from a high temperature state to near room temperature, so that the lithium metal composite oxide particles are rapidly cooled. There is almost no period for crystal growth. Therefore, the particles of the present invention are prevented from becoming acicular crystals having a specific axis grown, which can be obtained by a general production method. As a result, the particles of the present invention contained in the lithium metal composite oxide powder of the present invention have a shape in which the crystal growth rate of each axis is not uneven.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末を構成する本発明の粒子は、その結晶子径が0.1nm〜150nmの範囲内にあるのが好ましく、1nm〜100nmの範囲にあるのがより好ましく、50nm〜90nmの範囲にあるのがさらに好ましく、60〜80nmの範囲にあるのがなお好ましい。本発明の粒子の結晶子径は、X線回折法で得られた回折ピークの半値幅と回折角を基にシェラーの式を用いて算出できる。なお、当該回折ピークが複数である場合には、各々の回折ピークを基に複数の結晶子径を算出し、その算術平均値を本発明の粒子の結晶子径とみなしても良い。 The particles of the present invention constituting the lithium metal composite oxide powder of the present invention preferably have a crystallite diameter in the range of 0.1 nm to 150 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, and more preferably 50 nm. It is more preferably in the range of ~ 90 nm, and even more preferably in the range of 60-80 nm. The crystallite diameter of the particles of the present invention can be calculated using Scheller's equation based on the half width and diffraction angle of the diffraction peak obtained by the X-ray diffraction method. When there are a plurality of diffraction peaks, a plurality of crystallite diameters may be calculated based on each diffraction peak, and the arithmetic mean value thereof may be regarded as the crystallite diameter of the particles of the present invention.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末は、その平均粒子径が10nm〜400nmの範囲内であるのが好ましく、30nm〜150nmの範囲内がより好ましく、50nm〜100nmであるのがより好ましい。ここでの平均粒子径とは、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡で観察した場合における、観察された粒子像の外接円の直径の算術平均値を意味する。例えば、四角形の粒子像が観察されたら、その外接円を作成し、該外接円の直径を測定する。そのようにして、例えば200個の粒子につき、各外接円の直径を測定して、その算術平均値を算出する。この値が平均粒子径である。 The lithium metal composite oxide powder of the present invention preferably has an average particle size in the range of 10 nm to 400 nm, more preferably in the range of 30 nm to 150 nm, and more preferably in the range of 50 nm to 100 nm. The average particle size here is an arithmetic of the diameter of the circumscribing circle of the observed particle image when the lithium metal composite oxide powder of the present invention is observed with an electron microscope such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. Means the average value. For example, when a quadrangular particle image is observed, the circumscribed circle is created and the diameter of the circumscribed circle is measured. In this way, for example, for 200 particles, the diameter of each circumscribed circle is measured and the arithmetic mean value is calculated. This value is the average particle size.

本発明の製造方法において、リチウム金属複合酸化物源を含むガス流の冷却速度が増加すれば、リチウム金属複合酸化物における結晶核の結晶成長が初期段階で中断されるため、より微細であり、かつ形状が均一なリチウム金属複合酸化物粒子が得られるといえる。 In the production method of the present invention, if the cooling rate of the gas stream containing the lithium metal composite oxide source is increased, the crystal growth of the crystal nuclei in the lithium metal composite oxide is interrupted at an initial stage, so that the size is finer. Moreover, it can be said that lithium metal composite oxide particles having a uniform shape can be obtained.

したがって、より微細な本発明の粒子を含む本発明のリチウム金属複合酸化物粉末を得るためには、本発明の製造方法に、導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を当該通過流に対向する冷却ガス流で冷却する工程を設けるのが良いと言える。 Therefore, in order to obtain the lithium metal composite oxide powder of the present invention containing finer particles of the present invention, the passing flow after the introduction flow has passed through the plasma is used as the passing flow in the production method of the present invention. It can be said that it is good to provide a step of cooling with the opposing cooling gas flow.

冷却ガス流のガスとしては、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスや、酸素、空気を例示することができ、これらを混合して用いてもよい。上記した導入流用の導入ガスと同様に、冷却ガス流用のガスとしては酸素ガスを含まないものを用いるのが好ましい。
冷却ガス流の温度は室温でもよいし、室温以下でもよい。冷却ガスの流量としては、導入流よりも小さい流量であればよく、例えば1〜30L/分の範囲内を例示できる。
Examples of the cooling gas flow gas include rare gases such as helium and argon, oxygen, and air, and these may be mixed and used. Similar to the introduction gas for introduction diversion described above, it is preferable to use a gas for cooling gas diversion that does not contain oxygen gas.
The temperature of the cooling gas flow may be room temperature or lower than room temperature. The flow rate of the cooling gas may be smaller than the introduced flow rate, and can be, for example, in the range of 1 to 30 L / min.

なお、微細な本発明の粒子で構成される本発明のリチウム金属複合酸化物粉末が電池の正極活物質として使用された場合、例えば、電池の反応抵抗を低減できる、高速の充放電でも十分な容量を示すことができるなどの効果が期待される。 When the lithium metal composite oxide powder of the present invention composed of fine particles of the present invention is used as the positive electrode active material of the battery, for example, high-speed charge / discharge that can reduce the reaction resistance of the battery is sufficient. It is expected to have effects such as being able to show the capacity.

本発明のリチウム金属複合酸化物粉末は、上述したように電池用の正極活物質として使用可能である。以下、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末を具備する正極を本発明の正極と呼び、本発明の正極を具備するリチウムイオン二次電池を本発明のリチウムイオン二次電池と呼ぶ。 As described above, the lithium metal composite oxide powder of the present invention can be used as a positive electrode active material for batteries. Hereinafter, the positive electrode provided with the lithium metal composite oxide powder of the present invention is referred to as the positive electrode of the present invention, and the lithium ion secondary battery provided with the positive electrode of the present invention is referred to as the lithium ion secondary battery of the present invention.

(リチウムイオン二次電池)
本発明のリチウムイオン二次電池における正極は、集電体と、集電体の表面に形成されている正極活物質層とを有する。
(Lithium-ion secondary battery)
The positive electrode in the lithium ion secondary battery of the present invention has a current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the current collector.

正極活物質としては、既述したとおり、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末を用いる。本発明のリチウムイオン二次電池における正極活物質層は、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末以外にも、他の公知の正極活物質、結着剤、導電助剤、その他の添加剤を含有し得る。 As the positive electrode active material, as described above, the lithium metal composite oxide powder of the present invention is used. The positive electrode active material layer in the lithium ion secondary battery of the present invention contains other known positive electrode active materials, binders, conductive aids, and other additives in addition to the lithium metal composite oxide powder of the present invention. Can be done.

正極活物質層全体を100質量%としたときの正極活物質の量の好ましい範囲として、30〜100質量%、40〜90質量%、50〜80質量%を例示できる。その他、50〜99質量%、60〜98質量%、70〜97質量%を例示することもできる。 Examples of the preferable range of the amount of the positive electrode active material when the entire positive electrode active material layer is 100% by mass include 30 to 100% by mass, 40 to 90% by mass, and 50 to 80% by mass. In addition, 50 to 99% by mass, 60 to 98% by mass, and 70 to 97% by mass can be exemplified.

結着剤は、正極活物質や導電助剤を集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースを例示することができる。これらの結着剤を単独で又は複数で採用すれば良い。 The binder plays a role of binding the positive electrode active material and the conductive auxiliary agent to the surface of the current collector. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluororesin such as fluororubber, thermoplastic resin such as polypropylene and polyethylene, imide resin such as polyimide and polyamideimide, alkoxysilyl group-containing resin, and poly ( Examples thereof include acrylic resins such as meta) acrylic acid, styrene-butadiene rubber, and carboxymethyl cellulose. These binders may be used alone or in combination of two or more.

結着剤の配合量は特に限定されないが、あえて正極活物質層における結着剤の配合量を挙げると、0.5〜10質量%の範囲内が好ましく、1〜7質量%の範囲内がより好ましく、2〜5質量%の範囲内が特に好ましい。結着剤の配合量が少なすぎると正極活物質層の成形性が低下するおそれがある。また、結着剤の配合量が多すぎると、正極活物質層における正極活物質の量が相対的に減少するため、好ましくない。 The blending amount of the binder is not particularly limited, but the blending amount of the binder in the positive electrode active material layer is preferably in the range of 0.5 to 10% by mass, preferably in the range of 1 to 7% by mass. More preferably, it is particularly preferably in the range of 2 to 5% by mass. If the amount of the binder compounded is too small, the moldability of the positive electrode active material layer may decrease. Further, if the blending amount of the binder is too large, the amount of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is relatively reduced, which is not preferable.

導電助剤は化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber)、及び各種金属粒子等が例示される。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラック等が例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて正極活物質層に添加することができる。 The conductive auxiliary agent may be a chemically inert electron high conductor, and examples thereof include carbon black, graphite, vaporized carbon fiber (Vapor Grown Carbon Fiber), and various metal particles, which are carbonaceous fine particles. .. Examples of carbon black include acetylene black, Ketjen black (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive aids can be added to the positive electrode active material layer alone or in combination of two or more.

導電助剤の形状は特に制限されないが、その役割からみて、導電助剤の平均粒子径は小さいほうが好ましい。導電助剤の好ましい平均粒子径として10μm以下が例示され、より好ましい平均粒子径として0.01〜1μmの範囲が例示される。 The shape of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but from the viewpoint of its role, it is preferable that the average particle size of the conductive auxiliary agent is small. A preferable average particle size of the conductive auxiliary agent is 10 μm or less, and a more preferable average particle size is in the range of 0.01 to 1 μm.

導電助剤の配合量は特に限定されないが、あえて正極活物質層における導電助剤の配合量を挙げると、0.5〜10質量%の範囲内がよく、1〜7質量%の範囲内が好ましく、2〜5質量%の範囲内が特に好ましい。 The blending amount of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but the blending amount of the conductive auxiliary agent in the positive electrode active material layer is preferably in the range of 0.5 to 10% by mass, and is in the range of 1 to 7% by mass. It is preferably in the range of 2 to 5% by mass, and particularly preferably in the range of 2 to 5% by mass.

導電助剤及び結着剤以外の分散剤などの添加剤は、公知のものを採用することができる。 Known additives such as dispersants other than the conductive auxiliary agent and the binder can be adopted.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。 A current collector is a chemically inert electron high conductor that keeps current flowing through the electrodes during the discharge or charging of a lithium ion secondary battery. Collectors include at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel. Metallic materials can be exemplified. The current collector may be coated with a known protective layer. A current collector whose surface is treated by a known method may be used as the current collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。 The current collector can take the form of foil, sheet, film, linear, rod, mesh or the like. Therefore, as the current collector, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, or a stainless steel foil can be preferably used. When the current collector is in the form of a foil, a sheet, or a film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

正極を製造するためには、上記のリチウム金属複合酸化物粉末を必要に応じてその他の材料及び溶剤と混合し、得られた正極活物質層用組成物を上記の集電体に塗布又は圧着すれば良い。
溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。溶剤の使用量は、正極活物質層用組成物がスラリー状になる程度の量であるのが好ましい。
In order to produce a positive electrode, the above lithium metal composite oxide powder is mixed with other materials and a solvent as necessary, and the obtained composition for a positive electrode active material layer is applied or pressure-bonded to the above current collector. Just do it.
Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. The amount of the solvent used is preferably such that the composition for the positive electrode active material layer becomes a slurry.

正極活物質層用組成物を集電体に塗布するには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いればよい。 In order to apply the composition for the positive electrode active material layer to the current collector, conventionally known methods such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, and a curtain coating method may be used. ..

本発明のリチウムイオン二次電池の一態様として、本発明の正極、負極、電解液及びセパレータを具備するものが挙げられる。 One embodiment of the lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution and a separator of the present invention.

負極は、集電体と、集電体の表面に形成されている負極活物質層を有する。集電体については、正極で説明したものを適宜適切に採用すれば良い。負極活物質層は負極活物質、並びに必要に応じて導電助剤、結着剤、添加剤等を含む。 The negative electrode has a current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector. As the current collector, the one described in the positive electrode may be appropriately adopted. The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material and, if necessary, a conductive auxiliary agent, a binder, an additive and the like.

負極活物質としては、リチウムを吸蔵及び放出可能な炭素系材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する化合物、あるいは高分子材料などを例示することができる。 Examples of the negative electrode active material include carbon-based materials capable of occluding and releasing lithium, elements capable of alloying with lithium, compounds having elements capable of alloying with lithium, and polymer materials.

炭素系材料としては、難黒鉛化性炭素、黒鉛、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭あるいはカーボンブラック類が例示できる。ここで、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール類やフラン類などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。 Examples of the carbon-based material include graphitizable carbon, graphite, cokes, graphites, vitreous carbons, calcined organic polymer compound, carbon fibers, activated carbon, and carbon blacks. Here, the calcined organic polymer compound refers to a polymer material such as phenols and furans that is calcined at an appropriate temperature and carbonized.

リチウムと合金化可能な元素としては、具体的にNa、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Biが例示でき、特に、Si又はSnが好ましい。
リチウムと合金化可能な元素を有する化合物としては、具体的にZnLiAl、AlSb、SiB、SiB、MgSi、MgSn、NiSi、TiSi、MoSi、CoSi、NiSi、CaSi、CrSi、CuSi、FeSi、MnSi、NbSi、TaSi、VSi、WSi、ZnSi、SiC、Si、SiO、SiO(0<v≦2)、SnO(0<w≦2)、SnSiO、LiSiOあるいはLiSnOを例示でき、特に、SiO(0.3≦x≦1.6、又は0.5≦x≦1.5)が好ましい。
Specific elements that can be alloyed with lithium include Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, and Si. , Ge, Sn, Pb, Sb, Bi can be exemplified, and Si or Sn is particularly preferable.
Specific examples of the compound having an element that can be alloyed with lithium include ZnLiAl, AlSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , and NiSi 2 . CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, SiC, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSiO or LiSnO can be exemplified, and in particular, SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6 or 0.5 ≦ x ≦ 1.5). Is preferable.

中でも、負極活物質は、Siを有するSi系材料を含むものがよい。Si系材料は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な珪素又は/及び珪素化合物からなるとよく、例えば、SiOx(0.5≦x≦1.5)がよい。珪素は理論充放電容量が大きいものの、珪素は充放電時の体積変化が大きい。そこで、負極活物質を珪素を含むSiOxとすることで珪素の体積変化を緩和することができる。
また、Si系材料は、Si相と、SiO相とをもつことが好ましい。Si相は、珪素単体からなり、Liイオンを吸蔵・放出し得る相であり、Liイオンの吸蔵及び放出に伴って膨張及び収縮する。SiO相は、SiOからなり、Si相の膨張及び収縮を吸収する緩衝相となる。Si相がSiO相により被覆されるSi系材料が好ましい。さらには、微細化された複数のSi相がSiO相により被覆されて一体となって粒子を形成しているものがよい。この場合には、Si系材料全体の体積変化を効果的に抑えることができる。
Si系材料でのSi相に対するSiO相の質量比は、1〜3であることが好ましい。前記質量比が1未満の場合には、Si系材料の膨張及び収縮が大きくなり、Si系材料を含む負極活物質層にクラックが生じるおそれがある。一方、前記質量比が3を超える場合には、負極活物質のLiイオンの吸蔵及び放出量が少なくなり、電池の負極単位質量あたりの電気容量が低くなる。
Among them, the negative electrode active material preferably contains a Si-based material having Si. The Si-based material is preferably composed of silicon or / or a silicon compound capable of occluding / releasing lithium ions, and for example, SiOx (0.5 ≦ x ≦ 1.5) is preferable. Although silicon has a large theoretical charge / discharge capacity, silicon has a large volume change during charge / discharge. Therefore, by using SiOx containing silicon as the negative electrode active material, it is possible to alleviate the volume change of silicon.
Further, the Si-based material preferably has a Si phase and a SiO 2 phase. The Si phase is a phase composed of a simple substance of silicon and capable of occluding and releasing Li ions, and expands and contracts with the occlusal and release of Li ions. The SiO 2 phase is composed of SiO 2 and serves as a buffer phase that absorbs the expansion and contraction of the Si phase. A Si-based material in which the Si phase is coated with the SiO 2 phase is preferable. Further, it is preferable that a plurality of finely divided Si phases are coated with the SiO 2 phase to form particles integrally. In this case, the volume change of the entire Si-based material can be effectively suppressed.
The mass ratio of the SiO 2 phase to the Si phase in the Si-based material is preferably 1 to 3. When the mass ratio is less than 1, the expansion and contraction of the Si-based material becomes large, and the negative electrode active material layer containing the Si-based material may be cracked. On the other hand, when the mass ratio exceeds 3, the amount of Li ions stored and released from the negative electrode active material is reduced, and the electric capacity per unit mass of the negative electrode of the battery is lowered.

また、リチウムと合金化反応可能な元素を有する化合物として、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)などの錫化合物を例示できる。
高分子材料としては、具体的にポリアセチレン、ポリピロールを例示できる。
負極活物質として、CaSiを塩酸やフッ化水素酸などの酸で処理して得られる層状ポリシランを、300〜1000℃で加熱して得られるSi材料を採用しても良い。さらに、上記Si材料を炭素源とともに加熱して、カーボンコートしたものを負極活物質として採用してもよい。
Further, as a compound having an element capable of alloying with lithium, a tin compound such as a tin alloy (Cu—Sn alloy, Co—Sn alloy, etc.) can be exemplified.
Specific examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.
As the negative electrode active material, a Si material obtained by heating layered polysilane obtained by treating CaSi 2 with an acid such as hydrochloric acid or hydrofluoric acid at 300 to 1000 ° C. may be adopted. Further, the Si material may be heated together with a carbon source and carbon-coated to be used as the negative electrode active material.

負極活物質としては、以上のものの一種以上を使用することができる。
負極に用いる導電助剤、結着剤、その他の添加剤については、正極で説明したものを同様の配合割合で適宜適切に採用すれば良い。
As the negative electrode active material, one or more of the above can be used.
As for the conductive auxiliary agent, the binder, and other additives used for the negative electrode, those described for the positive electrode may be appropriately and appropriately adopted in the same blending ratio.

電解液は、非水溶媒と当該非水溶媒に溶解されたリチウム塩とを含む。
非水溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、鎖状カーボネート、鎖状エステル、エーテル類等が使用できる。環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートを例示でき、環状エステルとしては、ガンマブチロラクトン、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネートを例示でき、鎖状エステルとしては、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。非水溶媒としては、上記具体的な溶媒の化学構造のうち一部又は全部の水素がフッ素に置換した化合物を採用しても良い。
電解液には、これらの非水溶媒を単独で用いてもよいし、又は、複数を併用してもよい。
The electrolytic solution contains a non-aqueous solvent and a lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent.
As the non-aqueous solvent, cyclic carbonates, cyclic esters, chain carbonates, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate, and examples of the cyclic ester include gamma-butyrolactone, 2-methyl-gamma-butyrolactone, acetyl-gamma-butyrolactone, and gamma-valerolactone. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, and examples of the chain ester include propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetate alkyl ester. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. As the non-aqueous solvent, a compound in which some or all of the chemical structure of the specific solvent is replaced with fluorine may be adopted.
These non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more as the electrolytic solution.

電解質としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を例示できる。
電解液としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネートなどの非水溶媒に、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/Lから1.7mol/L程度の濃度で溶解させた溶液を例示できる。
Examples of the electrolyte include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .
As the electrolytic solution, 0.5 mol / L to 1.7 mol of lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , and LiCF 3 SO 3 are added to a non-aqueous solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, and diethyl carbonate. An example of a solution dissolved at a concentration of about / L can be exemplified.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。 The separator separates the positive electrode and the negative electrode, and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. As the separator, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, synthetic resin such as polyaramid (Aromatic polyamide), polyester, polyacrylonitrile, polysaccharides such as cellulose and amylose, and natural products such as fibroin, keratin, lignin and sverin. Examples thereof include porous bodies, non-woven fabrics, and woven fabrics using one or more electrically insulating materials such as polymers and ceramics. Further, the separator may have a multi-layer structure.

次に、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery of the present invention will be described.

上記した正極および負極に必要に応じてセパレータを挟装させ電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極の積層体を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までを、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えてリチウムイオン二次電池とする。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、電極に含まれる活物質の種類に適した電圧範囲で充放電可能であれば良い。
本発明のリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。
A separator is sandwiched between the above-mentioned positive electrode and negative electrode as needed to form an electrode body. The electrode body may be of either a laminated type in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are stacked, or a wound type in which a laminated body of a positive electrode, a separator and a negative electrode is wound. After connecting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal leading to the outside using a current collector lead or the like, an electrolytic solution is added to the electrode body to form a lithium ion secondary battery. .. Further, the lithium ion secondary battery of the present invention may be charged and discharged in a voltage range suitable for the type of active material contained in the electrode.
The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical type, a square type, a coin type, and a laminated type can be adopted.

本発明のリチウムイオン二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、たとえば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。 The lithium ion secondary battery of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a lithium ion secondary battery for all or part of its power source, and may be, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a lithium-ion secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of lithium-ion secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. In addition to vehicles, devices equipped with a lithium-ion secondary battery include various battery-powered home appliances such as personal computers and mobile communication devices, office devices, and industrial devices. Further, the lithium ion secondary battery of the present invention includes wind power generation, solar power generation, hydraulic power generation and other power system power storage devices and power smoothing devices, power supply sources for power and / or auxiliary machinery such as ships, aircraft, and aircraft. Power supply source for power and / or auxiliary equipment such as spacecraft, auxiliary power supply for vehicles that do not use electricity as power source, power supply for mobile household robots, power supply for system backup, power supply for uninterruptible power supply, It may be used as a power storage device that temporarily stores the electric power required for charging in a charging station for an electric vehicle or the like.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。なお、本発明のリチウム金属複合酸化物粉末には、不純物が含まれるものもある。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. It can be carried out in various forms with modifications, improvements, etc. that can be made by those skilled in the art, without departing from the gist of the present invention. In addition, some of the lithium metal composite oxide powders of the present invention contain impurities.

以下に、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
図1に示すプラズマ発生装置を用いて、実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末を製造した。図1に示すプラズマ発生装置において黒塗り矢印は冷却水を表す。
(Example 1)
The lithium metal composite oxide powder of Example 1 was produced using the plasma generator shown in FIG. In the plasma generator shown in FIG. 1, the black arrow indicates the cooling water.

Li源及びO源としてLiCOを、Mn源及びO源としてMnOを、Nb源及びO源としてNbを各々準備した。LiCOとMnOとNbとを、リチウム元素とマンガン元素とニオブ元素とのモル比が1.2:0.6:0.2となる量で混合して混合粉体とし、当該混合粉体を粉体供給器に配置した。なお、当該混合粉体におけるリチウム元素と酸素元素のモル比は1.2:3.5であり、マンガン元素と酸素元素のモル比は0.6:3.5であり、ニオブ元素と酸素元素のモル比は0.2:3.5であった。 Li 2 CO 3 was prepared as the Li source and the O source, Mn O 2 was prepared as the Mn source and the O source, and Nb 2 O 5 was prepared as the Nb source and the O source, respectively. Li 2 CO 3 and MnO 2 and Nb 2 O 5 are mixed in an amount such that the molar ratio of lithium element, manganese element and niobium element is 1.2: 0.6: 0.2 to obtain a mixed powder. , The mixed powder was placed in a powder feeder. The molar ratio of lithium element to oxygen element in the mixed powder is 1.2: 3.5, the molar ratio of manganese element to oxygen element is 0.6: 3.5, and niobium element to oxygen element. The molar ratio of was 0.2: 3.5.

プラズマ発生装置内に、プロセスガスとしてアルゴンと酸素を体積比57.5:2.5で混合した混合ガスを60L/分で供給した。
その他、インナーガスとしてアルゴンを5L/分で供給し、キャリヤーガスとしてアルゴンを3L/分で供給した。電力供給装置から電力を供給し、周波数4MHzの磁場をコイルに印加して、出力25kWのプラズマを発生させた。なお、プラズマ発生装置内の圧力は大気圧とした。
このときの導入流の酸素ガス濃度は約3.68体積%であった。また、当該プラズマ発生装置における導入流の流量はプロセスガスとインナーガスとキャリヤーガスとの和、すなわち、68L/分であった。
A mixed gas in which argon and oxygen were mixed as a process gas at a volume ratio of 57.5: 2.5 was supplied into the plasma generator at 60 L / min.
In addition, argon was supplied as an inner gas at 5 L / min, and argon was supplied as a carrier gas at 3 L / min. Power was supplied from the power supply device, and a magnetic field having a frequency of 4 MHz was applied to the coil to generate plasma having an output of 25 kW. The pressure inside the plasma generator was atmospheric pressure.
The oxygen gas concentration of the introduced stream at this time was about 3.68% by volume. The flow rate of the introduction flow in the plasma generator was the sum of the process gas, the inner gas, and the carrier gas, that is, 68 L / min.

プラズマの安定後、粉体供給器を作動させ、混合粉体を300mg/分の供給量で、キャリヤーガスとともに、プラズマ内へ導入した。プラズマ内を通過した後の通過流とともに放出された粉末を収集し、実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末とした。 After the plasma was stabilized, the powder feeder was operated to introduce the mixed powder into the plasma together with the carrier gas at a supply amount of 300 mg / min. The powder released together with the passing flow after passing through the plasma was collected and used as the lithium metal composite oxide powder of Example 1.

なお、実施例1においては冷却ガスを使用しなかったが、既述したアルゴン等の冷却ガスを用い、導入流がプラズマ内を通過した後の通過流を当該通過流に対向する冷却ガス流で冷却する工程を実施しても良い。この場合には、粉末の冷却速度が高まり、より微細な粒子からなる粉末が得られると考えられる。 Although the cooling gas was not used in Example 1, the cooling gas such as argon described above was used, and the passing flow after the introduction flow passed through the plasma was a cooling gas flow facing the passing flow. A cooling step may be carried out. In this case, it is considered that the cooling rate of the powder is increased and a powder composed of finer particles can be obtained.

上記の実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末を用いて、以下のとおり、実施例1の正極及びリチウムイオン二次電池を製造した。
正極活物質として実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末5質量部、導電助剤としてアセチレンブラック4質量部、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン1質量部を秤量して、メノウ乳鉢で混合し、粘土状に加工して正極活物質用組成物を得た。集電体としてメッシュ状のアルミニウムを準備し、これに正極活物質用組成物を圧着することで実施例1の正極を得た。作業は全てアルゴンガス置換された水分濃度1ppm以下のグローブボックス内で行った。
Using the lithium metal composite oxide powder of Example 1 described above, the positive electrode and the lithium ion secondary battery of Example 1 were produced as follows.
Weigh 5 parts by mass of the lithium metal composite oxide powder of Example 1 as the positive electrode active material, 4 parts by mass of acetylene black as the conductive auxiliary agent, and 1 part by mass of polytetrafluoroethylene as the binder, and mix them in a Menou dairy pot. The composition was processed into a clay to obtain a composition for a positive electrode active material. A mesh-shaped aluminum was prepared as a current collector, and a composition for a positive electrode active material was pressure-bonded thereto to obtain a positive electrode of Example 1. All the work was performed in a glove box having a water concentration of 1 ppm or less, which was replaced with argon gas.

上記の手順で作製した実施例1の正極を作用極として用い、リチウムイオン二次電池(ハーフセル)を作製した。対極は金属リチウム箔とした。
作用極及び対極、並びに両極の間に介装させるセパレータ(ヘキストセラニーズ社製ガラスフィルター及びCelgard社製「Celgard2400」)を配設して電極体とした。この電極体を電池ケース(CR2032型コイン電池用部材、宝泉株式会社製)に収容した。電池ケースに、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比3:7で混合した混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解した非水電解液を注入し、電池ケースを密閉して、実施例1のリチウムイオン二次電池を得た。
A lithium ion secondary battery (half cell) was prepared using the positive electrode of Example 1 prepared in the above procedure as a working electrode. The opposite electrode was a metallic lithium foil.
The working electrode and the counter electrode, and a separator (a glass filter manufactured by Hoechst Celanese and "Celgard 2400" manufactured by Celgard) intervening between the two electrodes were arranged to form an electrode body. This electrode body was housed in a battery case (CR2032 type coin battery member, manufactured by Hosen Co., Ltd.). In the battery case, a non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M was injected into a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7, and the battery case was sealed to seal the battery case of Example 1. A lithium ion secondary battery was obtained.

(実施例2)
プロセスガスとしてアルゴンガスのみを60L/分で供給した以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2のリチウム金属複合酸化物粉末を製造した。また、当該実施例2のリチウム金属複合酸化物粉末を用いて、実施例1と同様に、実施例2の正極及び実施例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 2)
The lithium metal composite oxide powder of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that only argon gas was supplied at 60 L / min as the process gas. Further, using the lithium metal composite oxide powder of Example 2, the positive electrode of Example 2 and the lithium ion secondary battery of Example 2 were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
比較例1は、固相法によってリチウム金属複合酸化物粉末を製造する方法である。
比較例1では、Li源及びO源としてLiCOを、Mn源及びO源としてMnを、Nb源及びO源としてNbを各々準備した。これらを、リチウム元素とマンガン元素とニオブ元素とのモル比が1.2:0.6:0.2となるように秤量し、これらの粉末をボールミルに投入した。そして、ボールミルによる混合を約100rpmで24時間行い、混合物とした。混合物を成形した上で、アルゴンガス雰囲気下、1000℃で12時間加熱して焼成することで、焼成物である比較例1のリチウム金属複合酸化物粉末を得た。
当該比較例1のリチウム金属複合酸化物粉末と導電助剤としてのアセチレンブラックとを、質量比5:2となるように秤量して、ボールミルに投入した。そして、ボールミルによる混合を600rpmで0.5時間行い、比較例1のリチウム金属複合酸化物及びアセチレンブラックを含む比較例1の混合物を得た。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is a method for producing a lithium metal composite oxide powder by a solid phase method.
In Comparative Example 1, Li 2 CO 3 was prepared as the Li source and the O source, Mn 2 O 3 was prepared as the Mn source and the O source, and Nb 2 O 5 was prepared as the Nb source and the O source, respectively. These were weighed so that the molar ratio of lithium element, manganese element and niobium element was 1.2: 0.6: 0.2, and these powders were put into a ball mill. Then, mixing with a ball mill was carried out at about 100 rpm for 24 hours to prepare a mixture. After molding the mixture, it was heated at 1000 ° C. for 12 hours in an argon gas atmosphere and calcined to obtain a lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 1 which was a calcined product.
The lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 1 and acetylene black as a conductive auxiliary agent were weighed so as to have a mass ratio of 5: 2 and charged into a ball mill. Then, mixing with a ball mill was carried out at 600 rpm for 0.5 hours to obtain a mixture of Comparative Example 1 containing the lithium metal composite oxide of Comparative Example 1 and acetylene black.

上記した比較例1の混合物、アセチレンブラック、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレンを乳鉢で混合して、粘土状の正極活物質層用組成物とした。当該正極活物質層用組成物において、比較例1のリチウム金属複合酸化物とアセチレンブラックとポリテトラフルオロエチレンとの質量比は5:4:1であった。
集電体としてメッシュ状のアルミニウムを準備し、これに正極活物質層用組成物を圧着して、比較例1の正極を得た。当該比較例1の正極を用い、実施例1と同様に、比較例1のリチウムイオン二次電池を製造した。
The above-mentioned mixture of Comparative Example 1, acetylene black, and polytetrafluoroethylene as a binder were mixed in a mortar to obtain a clay-like composition for a positive electrode active material layer. In the composition for the positive electrode active material layer, the mass ratio of the lithium metal composite oxide of Comparative Example 1, acetylene black, and polytetrafluoroethylene was 5: 4: 1.
A mesh-shaped aluminum was prepared as a current collector, and a composition for a positive electrode active material layer was pressure-bonded thereto to obtain a positive electrode of Comparative Example 1. Using the positive electrode of Comparative Example 1, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
比較例2は、比較例1同様に固相法によってリチウム金属複合酸化物粉末を製造する方法である。
LiCO、Mn及びNbを、リチウム元素とマンガン元素とニオブ元素とのモル比が1.3:0.3:0.4となるように秤量したこと以外は、比較例1と同様の方法で、比較例2のリチウム金属複合酸化物粉末を得た。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 is a method for producing a lithium metal composite oxide powder by a solid phase method as in Comparative Example 1.
Except that Li 2 CO 3 , Mn 2 O 3 and Nb 2 O 5 were weighed so that the molar ratio of lithium element, manganese element and niobium element was 1.3: 0.3: 0.4. The lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1.

(評価試験1)
実施例2のリチウムイオン二次電池及び比較例1のリチウムイオン二次電池に対し、室温で、1.5Vから4.8Vまでの充電及び4.8Vから1.5Vまでの放電を、0.03C、0.1C、0.5C、1C、2C及び5Cレートの順序で行う充放電サイクル試験を行った。評価試験1の結果を図2に示す。
なお、ここでの記述は、対極を負極、作用極を正極とみなしている。1Cとは一定電流において1時間で電池を完全充電または放電させるために要する電流値を意味する。
図2における縦軸(正極利用率)は、各リチウムイオン二次電池につき、0.03Cでの1.5Vにおける放電容量を100%としたときの各Cレートにおける放電容量を百分率で表したものである。
(Evaluation test 1)
The lithium ion secondary battery of Example 2 and the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 were charged at room temperature from 1.5 V to 4.8 V and discharged from 4.8 V to 1.5 V. A charge / discharge cycle test was performed in the order of 03C, 0.1C, 0.5C, 1C, 2C and 5C rates. The result of the evaluation test 1 is shown in FIG.
In the description here, the counter electrode is regarded as the negative electrode and the working electrode is regarded as the positive electrode. 1C means the current value required to fully charge or discharge the battery in 1 hour at a constant current.
The vertical axis (positive electrode utilization rate) in FIG. 2 represents the discharge capacity at each C rate as a percentage when the discharge capacity at 1.5 V at 0.03 C is 100% for each lithium ion secondary battery. Is.

図2に示すように、実施例2のリチウムイオン二次電池は、比較例1のリチウムイオン二次電池に比べて、高いCレートでも大きな容量を示した。この結果は、実施例2のリチウムイオン二次電池では、比較例1のリチウムイオン二次電池に比べて、正極における電池反応が効率良く行われていることを意味すると考えられる。 As shown in FIG. 2, the lithium ion secondary battery of Example 2 showed a larger capacity even at a high C rate than the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1. This result is considered to mean that the lithium ion secondary battery of Example 2 has a more efficient battery reaction at the positive electrode than the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1.

(評価試験2)
実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末及び比較例2のリチウム金属複合酸化物粉末を、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末のSEM像を図3に示し、比較例2のリチウム金属複合酸化物粉末のSEM像を図4に示す。
(Evaluation test 2)
The lithium metal composite oxide powder of Example 1 and the lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 2 were observed with a scanning electron microscope (SEM). The SEM image of the lithium metal composite oxide powder of Example 1 is shown in FIG. 3, and the SEM image of the lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 2 is shown in FIG.

図3及び図4を基に、実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒子径及び比較例2のリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒子径を測定した。その結果、実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒子径は47nmであり、比較例2のリチウム金属複合酸化物粉末の平均粒子径は3.3μmであることがわかった。
なお、実施例2のリチウム金属複合酸化物粉末についても同様に平均粒子径を測定したところ、その平均粒子径は43nmであり、比較例1のリチウム金属複合酸化物粉末についても同様に平均粒子径を測定したところ、その平均粒子径は3.1μmであった。
以上の結果から、熱プラズマ法によって合成された実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末及び実施例2のリチウム金属複合酸化物粉末は、固相法によって合成された比較例2のリチウム金属複合酸化物粉末に比べて、平均粒子径が非常に小さいことがわかる。換言すると、熱プラズマ法を用いる本発明の製造方法によると、固相法を用いる従来の製造方法に比べて、粒径の非常に小さなリチウム金属複合酸化物の粒子を得ることができる。
Based on FIGS. 3 and 4, the average particle size of the lithium metal composite oxide powder of Example 1 and the average particle size of the lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 2 were measured. As a result, it was found that the average particle size of the lithium metal composite oxide powder of Example 1 was 47 nm, and the average particle size of the lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 2 was 3.3 μm.
When the average particle size of the lithium metal composite oxide powder of Example 2 was measured in the same manner, the average particle size was 43 nm, and the average particle size of the lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 1 was similarly measured. The average particle size was 3.1 μm.
From the above results, the lithium metal composite oxide powder of Example 1 and the lithium metal composite oxide powder of Example 2 synthesized by the thermal plasma method are the lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 2 synthesized by the solid phase method. It can be seen that the average particle size is much smaller than that of the physical powder. In other words, according to the production method of the present invention using the thermal plasma method, particles of a lithium metal composite oxide having a very small particle size can be obtained as compared with the conventional production method using the solid phase method.

当該評価試験2の結果と、上記した評価試験1の結果とを勘案すると、実施例2のリチウムイオン二次電池と比較例1のリチウムイオン二次電池とのレート特性の違いには、実施例2のリチウム金属複合酸化物粉末と比較例1のリチウム金属複合酸化物粉末との平均粒子径の違いが大きく関与していると推測される。 Considering the result of the evaluation test 2 and the result of the evaluation test 1 described above, the difference in the rate characteristics between the lithium ion secondary battery of Example 2 and the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 is found in Examples. It is presumed that the difference in average particle size between the lithium metal composite oxide powder of 2 and the lithium metal composite oxide powder of Comparative Example 1 is largely involved.

つまり、平均粒子径の小さな実施例2のリチウム金属複合酸化物粉末では、リチウム金属複合酸化物の粒子の比表面積が大きい。このため、当該粒子を正極に用いた実施例2のリチウムイオン二次電池では、正極における電池反応が頻度高く行われたものと考えられる。
以上の結果から、本発明の製造方法によると、熱プラズマ法によりリチウム金属複合酸化物を合成することにより、リチウムイオン二次電池の正極活物質として有用な、微細な粒子状のリチウム金属複合酸化物を製造できるといい得る。
That is, in the lithium metal composite oxide powder of Example 2 having a small average particle size, the specific surface area of the lithium metal composite oxide particles is large. Therefore, in the lithium ion secondary battery of Example 2 in which the particles are used as the positive electrode, it is considered that the battery reaction at the positive electrode is frequently performed.
From the above results, according to the production method of the present invention, fine particulate lithium metal composite oxidation useful as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery by synthesizing a lithium metal composite oxide by a thermal plasma method. It can be said that things can be manufactured.

(評価試験3)
実施例1のリチウムイオン二次電池及び実施例2のリチウムイオン二次電池につき、各々、0.03Cにて、1.5Vから4.8Vまでの充電及び4.8Vから1.5Vまでの放電を繰り返す充放電サイクル試験を行った。更に、比較例1のリチウムイオン二次電池についても、1.5Vから4.8Vまでの充電及び4.8Vから1.5Vまでの放電を繰り返す充放電サイクル試験を行った。実施例1のリチウムイオン二次電池のサイクル試験の結果を図5に示し、実施例2のリチウムイオン二次電池のサイクル試験の結果を図6に示し、比較例1のリチウムイオン二次電池のサイクル試験の結果を図7に示す。
(Evaluation test 3)
For the lithium ion secondary battery of Example 1 and the lithium ion secondary battery of Example 2, charging from 1.5V to 4.8V and discharging from 4.8V to 1.5V at 0.03C, respectively. The charge / discharge cycle test was repeated. Further, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was also subjected to a charge / discharge cycle test in which charging from 1.5 V to 4.8 V and discharging from 4.8 V to 1.5 V were repeated. The result of the cycle test of the lithium ion secondary battery of Example 1 is shown in FIG. 5, the result of the cycle test of the lithium ion secondary battery of Example 2 is shown in FIG. 6, and the result of the cycle test of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 is shown. The result of the cycle test is shown in FIG.

図5〜図7に示すように、実施例1のリチウムイオン二次電池及び実施例2のリチウムイオン二次電池は、比較例1のリチウムイオン二次電池に比べて、サイクル経過に伴う容量の低下が小さい。つまり、熱プラズマ法による正極活物質を用いた実施例1のリチウムイオン二次電池及び実施例2のリチウムイオン二次電池は、固相法による正極活物質を用いた比較例1のリチウムイオン二次電池に比べて、サイクル特性に優れる。 As shown in FIGS. 5 to 7, the lithium ion secondary battery of Example 1 and the lithium ion secondary battery of Example 2 have a capacity with which the cycle elapses, as compared with the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1. The drop is small. That is, the lithium ion secondary battery of Example 1 using the positive electrode active material by the thermal plasma method and the lithium ion secondary battery of Example 2 are the lithium ion secondary of Comparative Example 1 using the positive electrode active material by the solid phase method. Excellent cycle characteristics compared to the next battery.

また、図5及び図6に示すように、実施例2のリチウムイオン二次電池は、実施例1のリチウムイオン二次電池に比べて、サイクル経過に伴う容量の低下が小さい。つまり、実施例2のリチウムイオン二次電池は、実施例1のリチウムイオン二次電池に比べてサイクル特性に優れる。 Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the lithium ion secondary battery of Example 2 has a smaller decrease in capacity with the lapse of the cycle than the lithium ion secondary battery of Example 1. That is, the lithium ion secondary battery of Example 2 is superior in cycle characteristics to the lithium ion secondary battery of Example 1.

実施例2のリチウムイオン二次電池と実施例1のリチウムイオン二次電池との違いは、リチウム金属複合酸化物粉末の合成時における酸素供給量にある。このため、実施例2の製造方法では、実施例1の製造方法に比べて、リチウム金属複合酸化物粉末の合成時における酸素量が適量であったといい得る。
更には、実施例2のリチウムイオン二次電池と実施例1のリチウムイオン二次電池との違いは、リチウム金属複合酸化物粉末の合成時において、酸素ガスを含む導入ガスを用いたか否かにあるともいい得る。そして、酸素ガスを含まない導入ガスを用いた実施例2の製造方法では、酸素ガスを含む導入ガスを用いた実施例1の製造方法に比べて、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させ得る正極活物質すなわちリチウム金属複合酸化物粉末を製造できるともいい得る。
The difference between the lithium ion secondary battery of Example 2 and the lithium ion secondary battery of Example 1 lies in the amount of oxygen supplied during the synthesis of the lithium metal composite oxide powder. Therefore, it can be said that in the production method of Example 2, the amount of oxygen at the time of synthesizing the lithium metal composite oxide powder was appropriate as compared with the production method of Example 1.
Further, the difference between the lithium ion secondary battery of Example 2 and the lithium ion secondary battery of Example 1 is whether or not an introduction gas containing oxygen gas was used at the time of synthesizing the lithium metal composite oxide powder. It can be said that there is. Then, in the production method of Example 2 using the introduction gas containing no oxygen gas, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are improved as compared with the production method of Example 1 using the introduction gas containing oxygen gas. It can also be said that the positive electrode active material to be obtained, that is, the lithium metal composite oxide powder can be produced.

加えて、図5及び図6によると、実施例1のリチウムイオン二次電池では酸素のレドックス領域がマンガンのレドックス領域と同等の大きさであるのに対して、実施例2のリチウムイオン二次電池では酸素のレドックス領域よりもマンガンのレドックス領域が大きくなっているものと考えられる。上記した実施例1のリチウムイオン二次電池と実施例2のリチウムイオン二次電池との耐久性の違いは、このマンガンのレドックス領域に対する酸素のレドックス領域の大きさに因るものと推測される。 In addition, according to FIGS. 5 and 6, in the lithium ion secondary battery of Example 1, the redox region of oxygen is the same size as the redox region of manganese, whereas the lithium ion secondary battery of Example 2 is used. It is considered that the redox region of manganese is larger than the redox region of oxygen in the battery. It is presumed that the difference in durability between the lithium ion secondary battery of Example 1 and the lithium ion secondary battery of Example 2 described above is due to the size of the redox region of oxygen with respect to the redox region of manganese. ..

つまり、実施例1のリチウムイオン二次電池においては、正極活物質つまりリチウム金属複合酸化物の充放電反応に酸素が大きく関与するために、リチウム金属複合酸化物の結晶構造がサイクルを追う毎に徐々に破損したものと考えられる。これに対して、実施例2のリチウムイオン二次電池では、正極活物質たるリチウム金属複合酸化物の充放電反応に対する酸素の関与量が小さく、その結果リチウム金属複合酸化物の結晶構造が維持されて優れたサイクル特性を発揮するものと考えられる。 That is, in the lithium ion secondary battery of Example 1, oxygen is greatly involved in the charge / discharge reaction of the positive electrode active material, that is, the lithium metal composite oxide, so that the crystal structure of the lithium metal composite oxide follows each cycle. It is considered that it was gradually damaged. On the other hand, in the lithium ion secondary battery of Example 2, the amount of oxygen involved in the charge / discharge reaction of the lithium metal composite oxide as the positive electrode active material is small, and as a result, the crystal structure of the lithium metal composite oxide is maintained. It is considered that it exhibits excellent cycle characteristics.

(評価試験4)
粉末X線回折装置にて、上記実施例1及び実施例2の各リチウム金属複合酸化物粉末のX線回折を測定した。結果を図8に示す。実施例1及び実施例2のリチウム金属複合酸化物粉末から得られたX線回折チャートにおいては、何れも、空間群Fm−3mに帰属可能な立方晶に特有の回折ピークが観察された。この結果から、実施例1の製造方法及び実施例2の製造方法によると、リチウム元素、マンガン元素、ニオブ元素及び酸素元素を含み空間群Fm−3mに帰属可能な立方晶のリチウム金属複合酸化物を合成できることがわかる。そして、実施例1のリチウム金属複合酸化物粉末においては、実施例2のリチウム金属複合酸化物粉末ではみられないLiNbOの回折ピーク及びLiMnの回折ピークが確認されることから、実施例2の製造方法によると実施例1の製造方法に比べて副生物を抑制できることがわかる。
(Evaluation test 4)
The X-ray diffraction of each of the lithium metal composite oxide powders of Examples 1 and 2 was measured with a powder X-ray diffractometer. The results are shown in FIG. In the X-ray diffraction charts obtained from the lithium metal composite oxide powders of Example 1 and Example 2, diffraction peaks peculiar to cubic crystals that can be attributed to the space group Fm-3m were observed. From this result, according to the production method of Example 1 and the production method of Example 2, a cubic lithium metal composite oxide containing lithium element, manganese element, niobium element and oxygen element and can be attributed to the space group Fm-3m. It turns out that can be synthesized. Then, in the lithium-metal composite oxide powder of Example 1, since the diffraction peaks of the diffraction peaks and LiMn 2 O 4 of the lithium-metal composite oxide LiNbO 3 not seen in the powder of Example 2 it is confirmed, implemented It can be seen that according to the production method of Example 2, by-products can be suppressed as compared with the production method of Example 1.

当該評価試験4の結果と、上記評価試験3の結果とを勘案すると、リチウム金属複合酸化物粉末の合成時における酸素供給量を好適な量にすることで、リチウム金属複合酸化物に含まれる副生物の量を低減でき、ひいては、リチウムイオン二次電池の耐久性を向上させ得るといえる。
さらには、リチウム金属複合酸化物粉末の合成時において、酸素ガスを含まない導入ガスを用いることで、リチウム金属複合酸化物に含まれる副生物の量を低減でき、ひいては、リチウムイオン二次電池の耐久性を向上させ得るともいい得る。
Taking into consideration the result of the evaluation test 4 and the result of the evaluation test 3, the amount of oxygen supplied at the time of synthesizing the lithium metal composite oxide powder is set to an appropriate amount, so that the sub-containing in the lithium metal composite oxide It can be said that the amount of organisms can be reduced, and thus the durability of the lithium ion secondary battery can be improved.
Furthermore, by using an introduction gas that does not contain oxygen gas when synthesizing the lithium metal composite oxide powder, the amount of by-products contained in the lithium metal composite oxide can be reduced, and by extension, the lithium ion secondary battery. It can be said that the durability can be improved.

Claims (8)

リチウム元素、ニオブ元素、マンガン元素、及び、酸素元素を含むリチウム金属複合酸化物源を導入流にて、プラズマ内に導入する工程を有する、平均粒子径がナノ水準であるリチウム金属複合酸化物粉末の製造方法。 A lithium metal composite oxide powder having a nano-level average particle size, which has a step of introducing a lithium metal composite oxide source containing a lithium element, a niobium element, a manganese element, and an oxygen element into a plasma by an introduction flow. Manufacturing method. 前記導入流が酸素ガスを含有しない、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the introduction stream does not contain oxygen gas. 前記リチウム金属複合酸化物源は、リチウム元素、ニオブ元素及びマンガン元素から選ばれる少なくとも一種と酸素元素との化合物を含む、請求項1又は請求項2に記載の製造方法。 The production method according to claim 1 or 2, wherein the lithium metal composite oxide source contains a compound of at least one selected from a lithium element, a niobium element and a manganese element and an oxygen element. リチウム元素、ニオブ元素、マンガン元素、及び、酸素元素を含み、平均粒子径がナノ水準である粒子を有する、リチウム金属複合酸化物粉末。 A lithium metal composite oxide powder containing particles containing lithium element, niobium element, manganese element, and oxygen element and having an average particle size of nano level. 請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の製造方法により、平均粒子径がナノ水準であるリチウム金属複合酸化物粉末を製造する工程、及び、
前記リチウム金属複合酸化物粉末を用いて正極を製造する工程、を含む正極の製造方法。
A step of producing a lithium metal composite oxide powder having a nano-level average particle size by the production method according to any one of claims 1 to 3.
A method for producing a positive electrode, which comprises a step of producing a positive electrode using the lithium metal composite oxide powder.
請求項5に記載の製造方法で得られた正極を用いてリチウムイオン二次電池を製造する工程、を含むリチウムイオン二次電池の製造方法。 A method for manufacturing a lithium ion secondary battery, which comprises a step of manufacturing a lithium ion secondary battery using the positive electrode obtained by the manufacturing method according to claim 5. 請求項4に記載のリチウム金属複合酸化物粉末を具備する正極。 A positive electrode comprising the lithium metal composite oxide powder according to claim 4. 請求項7に記載の正極を具備するリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode according to claim 7.
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