JP2023035188A - Lithium titanate powder, electrode using the same, and electric storage device - Google Patents

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慎一郎 大谷
Shinichiro Otani
慎輔 治田
Shinsuke Haruta
和幸 川辺
Kazuyuki Kawabe
圭 島本
Kei Shimamot
輝昭 藤井
Teruaki Fujii
一崇 田中
Kazutaka Tanaka
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Abstract

To provide lithium titanate powder, which is used as an electrode material for an electric storage device and is excellent in maintaining electrode density, volumetric energy density, rate characteristics, initial low-temperature input characteristics, and charge rate characteristics after storage at a high temperature in a balanced manner, and provide an electrode using the same and an electric storage device.SOLUTION: Lithium titanate powder consists mainly of Li4Ti5O12, wherein aluminum (Al) is locally present on the surface of primary particles of the lithium titanate powder, the aluminum content of the lithium titanate powder is 0.2 mass%, and the following formula (I) is satisfied: log10(D90)-log10(D10)<0.8 (I) (D90 denotes a particle size at the point where the cumulative volume distribution of particle size is 90% in the particle size distribution, and D10 denotes a particle size at the point where the cumulative volume distribution of particle size is 10% in the particle size distribution).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、蓄電デバイスの電極材料等として好適なチタン酸リチウム粉末、それを用いた電極、及び、蓄電デバイスに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lithium titanate powder suitable as an electrode material or the like for an electric storage device, an electrode using the same, and an electric storage device.

近年、蓄電デバイスの電極材料として種々の材料が研究されている。その中でもチタン酸リチウムは、活物質材料として用いた場合に入出力特性に優れる点から、HEV、PHEV、BEVといった電気自動車用の蓄電デバイスの活物質材料として注目されている。 In recent years, various materials have been studied as electrode materials for electric storage devices. Among them, lithium titanate is attracting attention as an active material for electric storage devices for electric vehicles such as HEV, PHEV, and BEV because of its excellent input/output characteristics when used as an active material.

電気自動車用の蓄電デバイスには、燃費または電費向上の観点から高いエネルギー密度が求められる。加えて、高温から低温における広い温度領域での安定性も重要である。例えば、冬場の寒冷地では、氷点下-20℃以下での動作性能保証が求められる。チタン酸リチウムは、初期の入出力特性に優れる点からこれらの用途に最適化な電極材料候補となりうる。一方で、夏場において自動車の車内温度が60℃以上になるため、高温下でも安全性に問題がないことや性能が低下しないことが求められる。チタン酸リチウムを含む蓄電デバイスは、60℃以上の高温で長期間使用されると、ガス発生などの保存安定性に課題があることから、電池の抵抗増加を引き起こし、長期での入出力特性に変化を生じることが知られている。したがって、蓄電デバイスのエネルギー密度を高めながら初期の優れた入出力特性を維持し、かつ、長期高温動作後のガス発生や抵抗増加を抑制するチタン酸リチウムの開発が望まれている。 A power storage device for an electric vehicle is required to have a high energy density from the viewpoint of improving fuel efficiency or power consumption. In addition, stability over a wide temperature range from high to low temperatures is also important. For example, in cold regions in winter, it is required to guarantee operation performance at -20°C below freezing. Lithium titanate can be an optimal electrode material candidate for these applications because of its excellent initial input/output characteristics. On the other hand, since the temperature inside the vehicle reaches 60° C. or higher in summer, it is required that there be no safety problems and that the performance does not deteriorate even at high temperatures. Electricity storage devices containing lithium titanate have problems with storage stability such as gas generation when used at high temperatures of 60°C or higher for a long period of time. known to change. Therefore, it is desired to develop a lithium titanate that maintains excellent initial input/output characteristics while increasing the energy density of an electricity storage device, and that suppresses gas generation and resistance increase after long-term high-temperature operation.

特許文献1には、BET法によって求めた比表面積から算出される比表面積相当径DBETや結晶子径Dが一定の範囲に規定され、かつ、M(Mは、Mg、Zn、Al、Ga、またはInから選ばれる少なくとも一種の金属元素である)から選ばれる少なくとも一種の局在化元素を含有し、前記元素がチタン酸リチウム粒子の表面近傍に局在化して存在していることを特徴とするチタン酸リチウム粉末が開示されている。特許文献1によれば、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に、初期充放電容量が大きく、入出力特性に優れることに加えて、-30℃という極低温において極めて高い充放電容量を示すチタン酸リチウム粉末が開示されている。 In Patent Document 1, the specific surface area equivalent diameter DBET calculated from the specific surface area obtained by the BET method and the crystallite diameter DX are specified within a certain range, and M (M is Mg, Zn, Al, Ga , or at least one metal element selected from In), and the element is localized near the surface of the lithium titanate particle. Lithium titanate powder is disclosed. According to Patent Document 1, when applied as an electrode material for an electricity storage device, titanium exhibits a large initial charge/discharge capacity, excellent input/output characteristics, and extremely high charge/discharge capacity at an extremely low temperature of -30°C. A lithium oxide powder is disclosed.

特許文献2には、原料として純度95質量%以上のアナターゼ型二酸化チタンを用いたチタン酸リチウムであって、LiTi12を主成分とし、その平均粒径が0.5~1.5μm、その最大粒径が25μm以下であり、かつ、粒度分布から示されるSD値((D84%-D16%)/2)が0.5μm以下であることを特徴とする電極用チタン酸リチウム粉末が開示されている。特許文献2によれば、粒径及び粒度分布を制御することにより、大電流放電時の放電容量を大きくすることができる蓄電デバイスが開示されている。 Patent Document 2 discloses a lithium titanate using anatase-type titanium dioxide having a purity of 95% by mass or more as a raw material, which contains Li 4 Ti 5 O 12 as a main component and has an average particle size of 0.5 to 1.5%. 5 μm, the maximum particle size is 25 μm or less, and the SD value ((D84%−D16%)/2) indicated by the particle size distribution is 0.5 μm or less. is disclosed. Patent Literature 2 discloses an electricity storage device capable of increasing the discharge capacity during high-current discharge by controlling the particle size and particle size distribution.

特許文献3には、アルミニウムコーティングが施された一次粒子を含むリチウムチタン複合酸化物が開示されている。特許文献3によれば、電解液の分解、残留リチウムによる
ガスの発生を抑制する効果を奏することが開示されている。
Patent Document 3 discloses a lithium-titanium composite oxide containing primary particles coated with aluminum. According to Patent Document 3, it is disclosed that there is an effect of suppressing the decomposition of the electrolytic solution and the generation of gas due to residual lithium.

特許5790894号公報Japanese Patent No. 5790894 特開2003-137547号公報JP-A-2003-137547 特表2021-516208号公報Japanese Patent Publication No. 2021-516208

しかしながら、特許文献1のチタン酸リチウムを負極材料として適用した蓄電デバイスでは、初期に優れた入出力特性を示すものの、電極密度に関する記載はなく、初期の入出力特性と体積エネルギー密度の両立に関する知見も示されていない。なお、電極密度を上げるメリットとして、電池自体をより軽くし、より小さくできるため、電子機器や車載の中で電池が占める割合が低下し電子機器の設計自由度が大幅に向上する点や大型電池用途の場合は電池スペース確保が不要となり、単位体積あたりのエネルギー密度向上に繋がるので電気自動車の走行距離延長や蓄電池の設置スペース確保に繋がる点、また電池内部における電極の接触抵抗低減に繋がる点、などが挙げられる。加えて、高温保存後のガス発生量についても更なる抑制やサイクル試験後の抵抗増加抑制が必要となることが分かった。 However, although the electric storage device in which lithium titanate is applied as a negative electrode material in Patent Document 1 exhibits excellent input/output characteristics in the initial stage, there is no description of electrode density, and knowledge regarding both initial input/output characteristics and volumetric energy density is not provided. is also not shown. The advantage of increasing the electrode density is that the battery itself can be made lighter and smaller, so the proportion of the battery in electronic devices and vehicles will decrease, and the degree of freedom in designing electronic devices will be greatly improved. In the case of applications, there is no need to secure battery space, and it leads to an improvement in energy density per unit volume, which leads to the extension of the driving distance of electric vehicles and the securing of installation space for storage batteries. etc. In addition, it was found that it is necessary to further suppress the amount of gas generated after high-temperature storage and to suppress the increase in resistance after the cycle test.

粒径及び粒度分布が一定範囲に規定された特許文献2のチタン酸リチウム粉末では、高温動作時のガス発生や抵抗増加の抑制、さらに低温での入出力特性に関する記載はなく、また、体積エネルギー密度との両立に課題があることが分かった。 In the lithium titanate powder of Patent Document 2, in which the particle size and particle size distribution are specified within a certain range, there is no description of suppression of gas generation and resistance increase during high-temperature operation, and input/output characteristics at low temperature. It was found that there is a problem in coexistence with density.

さらに、特許文献3には、レート特性や高温保存後のガス発生量に関する記載はあるものの、高温保存後の抵抗増加や低温での電池性能に関する記載はなく、電極密度の向上との両立に関する知見は示されていない。 Furthermore, although Patent Document 3 describes rate characteristics and the amount of gas generated after high-temperature storage, there is no description about resistance increase after high-temperature storage or battery performance at low temperatures, and knowledge about improving electrode density and coexistence. is not shown.

以上の点から、特許文献1から特許文献3の負極活物質や電極を使用した蓄電デバイスでは、エネルギー密度に直結する負極の電極密度向上を高めながら初期の優れた入出力特性を維持し、かつ、高温動作時のガス発生や抵抗増加の抑制を両立することはできない。 From the above points, in the electricity storage devices using the negative electrode active materials and electrodes of Patent Documents 1 to 3, the initial excellent input/output characteristics are maintained while improving the electrode density of the negative electrode, which is directly linked to the energy density. However, it is not possible to simultaneously suppress the generation of gas and the increase in resistance during high-temperature operation.

そこで本発明では、蓄電デバイスの電極材料として用いられ、電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存後の充電レート特性をバランスよく維持することに優れ、例えば、電極密度を1.98g/cm以上、体積エネルギー密度334mAh/g以上、50Cレート特性74%以上、初期の低温入力特性46%以上、及び、高温保存後の充電レート特性93%以上となる電池特性を有するチタン酸リチウム粉末、それを用いた電極、及び、蓄電デバイスを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, it is used as an electrode material for an electricity storage device, and is excellent in maintaining well-balanced electrode density, volumetric energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and charge rate characteristics after high temperature storage. A battery with an electrode density of 1.98 g/cm 3 or more, a volumetric energy density of 334 mAh/g or more, a 50C rate characteristic of 74% or more, an initial low temperature input characteristic of 46% or more, and a charge rate characteristic of 93% or more after high temperature storage. An object of the present invention is to provide a lithium titanate powder having properties, an electrode using the same, and an electric storage device.

本発明者らは、前記の目的を達成すべく種々検討した結果、チタン酸リチウム粉末の焼成温度、焼成後の後処理工程における解砕プロセス、表面処理工程でのアルミニウム(Al)添加量などを制御することで、一次粒子表面にAlが含有量0.2質量%以上で局所的に存在し、かつ、特異的な粒度分布を持つチタン酸リチウム粉末を見出した。そのチタン酸リチウム粉末が電極材料として適用された蓄電デバイスが、電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存後の充電レート特性をバランスよく維持することに優れ、例えば、電極密度を1.98g/cm以上、体積エネルギー密度334mAh/g以上、50Cレート特性74%以上、初期の低温入力特性46%以上、及び、高温保存後の充電レート特性93%以上となる電池特性を有することを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は以下の事項に関する。 As a result of various studies aimed at achieving the above-mentioned object, the present inventors have found that the firing temperature of the lithium titanate powder, the crushing process in the post-treatment step after firing, the amount of aluminum (Al) added in the surface treatment step, etc. By controlling, a lithium titanate powder having a specific particle size distribution and having an Al content of 0.2% by mass or more locally present on the surface of the primary particles was found. The electricity storage device in which the lithium titanate powder is applied as an electrode material is excellent in maintaining electrode density, volumetric energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and charge rate characteristics after high temperature storage in a well-balanced manner. For example, the electrode density is 1.98 g/cm 3 or more, the volume energy density is 334 mAh/g or more, the 50C rate characteristic is 74% or more, the initial low temperature input characteristic is 46% or more, and the charge rate characteristic after high temperature storage is 93% or more. The present invention was completed by discovering that the battery characteristics were different. That is, the present invention relates to the following matters.

(1)LiTi12を主成分とするチタン酸リチウム粉末であって、前記チタン酸リチウム粉末の一次粒子表面にアルミニウム(Al)が局所的に存在し、前記チタン酸リチウム粉末のアルミニウム含有量が0.2質量%以上であり、かつ、次式(I)を満たすことを特徴とするチタン酸リチウム粉末。
log10(D90)-log10(D10) < 0.8 (I)
(なお、D90とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が90%となる点の粒径を示し、D10とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が10%となる点の粒径を示す。)
(1) A lithium titanate powder containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component, wherein aluminum (Al) is locally present on the surface of the primary particles of the lithium titanate powder, and the aluminum of the lithium titanate powder A lithium titanate powder having a content of 0.2% by mass or more and satisfying the following formula (I).
log10 ( D90 ) - log10 ( D10 ) < 0.8 (I)
(D 90 indicates the particle size at which the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles is 90% in the particle size distribution, and D 10 indicates the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles in the particle size distribution of 10%. indicates the particle size at the point where

(2) 次式(II)を満たすことを特徴とする前記(1)に記載のチタン酸リチウム粉末。
log10(D90)-log10(D10) < 0.7 (II)
(なお、D90とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が90%となる点の粒径を示し、D10とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が10%となる点の粒径を示す。)
(2) The lithium titanate powder according to (1) above, which satisfies the following formula (II).
log10 ( D90 ) - log10 ( D10 ) < 0.7 (II)
(D 90 indicates the particle size at which the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles is 90% in the particle size distribution, and D 10 indicates the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles in the particle size distribution of 10%. indicates the particle size at the point where

(3)粒度分布において体積累積が50%に相当する一次粒子の粒径D50が0.5μm以上であることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のチタン酸リチウム粉末。 (3) The lithium titanate powder according to (1) or (2) above, wherein the particle size D50 of the primary particles corresponding to 50% of the cumulative volume in the particle size distribution is 0.5 μm or more.

(4)チタン酸リチウムの一次粒子と二次粒子を含み、かつ、次式(III)を満たすことを特徴とする前記(3)に記載のチタン酸リチウム粉末。
一次粒子のD50 /二次粒子のD50 ≦ 0.05 (III)
(4) The lithium titanate powder according to (3) above, which contains primary particles and secondary particles of lithium titanate and satisfies the following formula (III).
D 50 of primary particles/D 50 of secondary particles ≤ 0.05 (III)

(5)前記チタン酸リチウム粉末において、比表面積が6m/g以上であることを特徴とする前記(4)に記載のチタン酸リチウム粉末。 (5) The lithium titanate powder according to (4) above, wherein the lithium titanate powder has a specific surface area of 6 m 2 /g or more.

(6)前記(1)~(5)のいずれかに記載のチタン酸リチウム粉末を含むことを特徴とする電極。 (6) An electrode comprising the lithium titanate powder according to any one of (1) to (5).

(7)前記(6)に記載の電極を含むことを特徴とする蓄電デバイス。 (7) An electricity storage device comprising the electrode according to (6) above.

本発明によると、電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存後の充電レート特性をバランスよく維持することに優れ、例えば、電極密度を1.98g/cm以上、体積エネルギー密度334mAh/g以上、50Cレート特性74%以上、初期の低温入力特性46%以上、及び、高温保存後の充電レート特性93%以上となる電池特性を有する蓄電デバイスの電極材料として好適なチタン酸リチウム粉末、それを用いた電極、及び、蓄電デバイスを提供することができる。 According to the present invention, the electrode density, volume energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and charge rate characteristics after high temperature storage are excellently maintained in a well-balanced manner . As described above, as an electrode material for an electricity storage device having battery characteristics such as a volume energy density of 334 mAh/g or more, a 50C rate characteristic of 74% or more, an initial low temperature input characteristic of 46% or more, and a charge rate characteristic of 93% or more after high temperature storage. A suitable lithium titanate powder, an electrode using the same, and an electric storage device can be provided.

[本発明のチタン酸リチウム粉末]
本発明のチタン酸リチウム粉末は、LiTi12を主成分とするチタン酸リチウム粉末であって、前記チタン酸リチウム粉末の一次粒子表面にアルミニウム(Al)が局所的に存在し、前記チタン酸リチウム粉末のアルミニウム含有量が0.2質量%以上であり、かつ、次式(I)を満たすことを特徴とするチタン酸リチウム粉末。
log10(D90)-log10(D10) < 0.8 (I)
(なお、D90とは粒度分布において粒径の累積体積分布が90%となる点の粒径を示し、D10とは粒度分布において粒径の累積体積分布が10%となる点の粒径を示す。)
[Lithium titanate powder of the present invention]
The lithium titanate powder of the present invention is a lithium titanate powder containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component, aluminum (Al) is locally present on the surface of the primary particles of the lithium titanate powder, and the A lithium titanate powder having an aluminum content of 0.2% by mass or more and satisfying the following formula (I).
log10 ( D90 ) - log10 ( D10 ) < 0.8 (I)
(In addition, D90 indicates the particle size at the point where the cumulative volume distribution of the particle size is 90% in the particle size distribution, and D10 is the particle size at the point where the cumulative volume distribution of the particle size is 10% in the particle size distribution. indicates.)

<LiTi12を主成分とするチタン酸リチウム粉末>
本発明のチタン酸リチウム粉末はLiTi12を主成分とし、本発明の効果が得られる範囲で、LiTi12以外の結晶質成分及び/または非晶質成分を含むことができる。主成分とは、X線回折法によって測定される回折ピークのうち、LiTi12のメインピークの強度の割合が90%以上であることを言う。本発明のチタン酸リチウム粉末は、X線回折法によって測定される回折ピークのうち、LiTi12のメインピークの強度の割合は92%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。LiTi12以外の成分としては、結晶質成分に起因するメインピークの強度と、非晶質成分に起因するハローパターンの最高強度との総和である。特に本発明のチタン酸リチウム粉末は、その合成時の原料や合成条件に起因して、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、及び、化学式が異なるチタン酸リチウムであるLiTiO3、Li0.6Ti3.48、等を前記結晶質成分として含むことがある。本発明のチタン酸リチウム粉末は、これらのLiTi12以外の結晶質成分、特にLi0.6Ti3.4の発生割合が少ないほど、蓄電デバイスの充電特性、及び、充放電容量を向上させることができる。X線回折法によって測定される回折ピークのうち、LiTi12のメインピークの強度を100としたときに、アナターゼ型二酸化チタンのメインピークの強度と、ルチル型二酸化チタンのメインピーク強度と、LiTiOの(-133)面相当のピーク強度に100/80を乗じて算出したLiTiOのメインピークに相当する強度との総和が5以下であることが特に好ましい。ここで、LiTi12のメインピークとは、ICDD(PDF2010)のPDFカード00-049-0207におけるLiTi12の(111)面(2θ=18.33)に帰属する回折ピークに相当するピークである。アナターゼ型二酸化チタンのメインピークとは、PDFカード01-070-6826における(101)面(2θ=25.42)に帰属する回折ピークに相当するピークである。ルチル型二酸化チタンのメインピークとは、PDFカード01-070-7347における(110)面(2θ=27.44)に帰属する回折ピークに相当するピークである。LiTiOの(-133)面に相当するピークとは、PDFカード00-033-0831におけるLiTiOの(-133)面(2θ=43.58)に帰属する回折ピークに相当するピークである。Li0.6Ti3.4のメインピークとは、PDFカード01-070-2732における(101)面(2θ=19.98)に帰属する回折ピークに相当するピークである。なお、「ICDD」は、International Centre for Diffraction Data(国際回折データセンター)の略であり、「PDF」は、Powder Diffraction File(粉末回折ファイル)の略である。
<Lithium titanate powder containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component>
The lithium titanate powder of the present invention contains Li 4 Ti 5 O 12 as a main component, and contains a crystalline component and/or an amorphous component other than Li 4 Ti 5 O 12 to the extent that the effects of the present invention can be obtained. can be done. The term "main component" means that the main peak of Li 4 Ti 5 O 12 accounts for 90% or more of the diffraction peaks measured by the X-ray diffraction method. In the lithium titanate powder of the present invention, the ratio of the intensity of the main peak of Li 4 Ti 5 O 12 among the diffraction peaks measured by the X-ray diffraction method is more preferably 92% or more, more preferably 95% or more. It is even more preferable to have The component other than Li 4 Ti 5 O 12 is the sum of the intensity of the main peak due to the crystalline component and the maximum intensity of the halo pattern due to the amorphous component. In particular, the lithium titanate powder of the present invention is composed of anatase-type titanium dioxide, rutile-type titanium dioxide, and Li 2 TiO 3 and Li 0 , which are lithium titanates having different chemical formulas, due to raw materials and synthesis conditions at the time of synthesis. .6 Ti 3.4 O 8 , etc. may be included as said crystalline component. In the lithium titanate powder of the present invention, the lower the proportion of crystalline components other than Li 4 Ti 5 O 12 , particularly Li 0.6 Ti 3.4 O 8 , the better the charging characteristics of the electricity storage device and the better the charging performance. Discharge capacity can be improved. Among the diffraction peaks measured by the X-ray diffraction method, when the intensity of the main peak of Li 4 Ti 5 O 12 is 100, the intensity of the main peak of anatase-type titanium dioxide and the main peak intensity of rutile-type titanium dioxide and the intensity corresponding to the main peak of Li 2 TiO 3 calculated by multiplying the peak intensity corresponding to the (−133) plane of Li 2 TiO 3 by 100/80 is particularly preferably 5 or less. Here, the main peak of Li 4 Ti 5 O 12 is diffraction attributed to the (111) plane (2θ=18.33) of Li 4 Ti 5 O 12 in PDF card 00-049-0207 of ICDD (PDF2010). It is the peak corresponding to the peak. The main peak of anatase titanium dioxide is a peak corresponding to the diffraction peak attributed to the (101) plane (2θ=25.42) in PDF card 01-070-6826. The main peak of rutile-type titanium dioxide is a peak corresponding to the diffraction peak attributed to the (110) plane (2θ=27.44) in PDF card 01-070-7347. The peak corresponding to the (−133) plane of Li 2 TiO 3 corresponds to the diffraction peak attributed to the (−133) plane (2θ=43.58) of Li 2 TiO 3 in PDF card 00-033-0831. peak. The main peak of Li 0.6 Ti 3.4 O 8 is a peak corresponding to the diffraction peak attributed to the (101) plane (2θ=19.98) in PDF card 01-070-2732. "ICDD" is an abbreviation for International Center for Diffraction Data, and "PDF" is an abbreviation for Powder Diffraction File.

<アルミニウム(Al)の含有>
本発明のチタン酸リチウム粉末は一次粒子の表面にAlを含有する。前記Alを含有するとは、本発明のニオブ酸化物粉末の誘導結合プラズマ発光分析(ICP-AES)または蛍光X線分析(XRF)において、Alが検出されることをいう。なお、誘導結合プラズマ発光分析による検出量の下限は、通常、0.001質量%であり、蛍光X線分析による検出量の下限は、通常、0.001質量%である。
<Containing aluminum (Al)>
The lithium titanate powder of the present invention contains Al on the surfaces of primary particles. The content of Al means that Al is detected in the inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES) or X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) of the niobium oxide powder of the present invention. The lower limit of the amount detected by inductively coupled plasma emission spectrometry is usually 0.001% by mass, and the lower limit of the amount detected by fluorescent X-ray analysis is usually 0.001% by mass.

<アルミニウム(Al)の含有量>
蛍光X線分析(XRF)から求めた本発明のチタン酸リチウム粉末のAlの含有量は、0.2質量%以上であればよい。なお、上限値は含有量が増えれば増えるほど初期容量の低下につながるため、3質量%以下であることが好ましい。含有量がこの範囲であれば、電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存時のガス発生量抑制に優れた蓄電デバイスが得られる。より好ましくは0.25質量%以上2質量%以下であり、さらに好ましくは0.27質量%以上1質量%以下、特に好ましくは0.27質量%以上0.4質量%以下である。なお、含有量とはチタン酸リチウム粉末全体の質量に占めるAlが含有する質量の割合を表す。
<Content of aluminum (Al)>
The Al content of the lithium titanate powder of the present invention determined by X-ray fluorescence analysis (XRF) may be 0.2% by mass or more. It should be noted that the upper limit value is preferably 3% by mass or less because the larger the content, the lower the initial capacity. When the content is within this range, an electricity storage device having excellent electrode density, volumetric energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and suppression of gas generation during high temperature storage can be obtained. It is more preferably 0.25% by mass or more and 2% by mass or less, still more preferably 0.27% by mass or more and 1% by mass or less, and particularly preferably 0.27% by mass or more and 0.4% by mass or less. In addition, content represents the ratio of the mass which Al contains with respect to the mass of the whole lithium titanate powder.

<さらなる異種元素の含有>
本発明のチタン酸リチウム粉末は、前記のアルミニウム(Al)以外のさらなる異種元素を含んでもよく、特に、B、Mo、W、からなる元素群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有することが好ましい。これらの中で、特にMoがより好ましい。本発明のチタン酸リチウム粉末は、このような異種元素を、アルミニウム(Al)と共に含有することで、アルミニウム(Al)単独含有よりも粉末表面の改質が進むと推測され、高温保存後のガス発生量を抑制される。
<Inclusion of further dissimilar elements>
The lithium titanate powder of the present invention may contain further dissimilar elements other than aluminum (Al), and in particular, may contain at least one element selected from the element group consisting of B, Mo and W. preferable. Among these, Mo is particularly preferred. It is speculated that the lithium titanate powder of the present invention contains such a dissimilar element together with aluminum (Al), so that the modification of the powder surface progresses more than when aluminum (Al) is contained alone. The amount generated is suppressed.

<モリブデン(Mo)とアルミニウム(Al)の質量比(Mo(質量%)/Al(質量%))>
上記のチタン酸リチウム粉末の場合、一次粒子の表面にMoおよびAlを含有し、それぞれの質量比(Mo(質量%)/Al(質量%))は0.01以上80以下であると好ましい。質量比がこの範囲であれば、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存後のガス発生量抑制に優れた蓄電デバイスが得られる。より好ましくは0.2以上6以下であり、さらに好ましくは0.3以上4以下、特に好ましくは0.5以上1.5以下である。
<Mass ratio of molybdenum (Mo) and aluminum (Al) (Mo (mass%)/Al (mass%))>
In the case of the above lithium titanate powder, it is preferable that the surfaces of the primary particles contain Mo and Al, and the respective mass ratio (Mo (mass %)/Al (mass %)) is 0.01 or more and 80 or less. If the mass ratio is within this range, an electricity storage device with excellent rate characteristics, initial low-temperature input characteristics, and suppression of gas generation after high-temperature storage can be obtained. It is more preferably 0.2 or more and 6 or less, still more preferably 0.3 or more and 4 or less, and particularly preferably 0.5 or more and 1.5 or less.

また、本発明のチタン酸リチウム粉末では、粉末に含まれるチタン酸リチウムの一次粒子の内部よりも、表面にAlが多く含有される。走査透過型電子顕微鏡を用いた、チタン酸リチウムの一次粒子の断面分析において、エネルギー分散型X線分光法により測定される、前記チタン酸リチウムの一次粒子の表面から20nm程度の深さまでのいわゆる表面近傍の領域においてAlが多く含有されればよく、100nm程度の深さ位置において、Alが検出されないことが好ましい。Alは一次粒子表面に化学的に結合した状態で定着していることが好ましい。Alがこのような状態で存在する場合、電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存時のガス発生量抑制に優れた蓄電デバイスが得られる。エネルギー分散型X線分光法による測定における検出量の下限は、測定する元素や状態によって値が前後するが、通常、0.5atm%である。よって、100nm程度の深さ位置において、Alがそれぞれ0.5atm%以下の範囲で検出されてもよい。 In addition, in the lithium titanate powder of the present invention, more Al is contained in the surface than in the interior of the primary particles of lithium titanate contained in the powder. In the cross-sectional analysis of the primary particles of lithium titanate using a scanning transmission electron microscope, the so-called surface from the surface of the primary particles of lithium titanate to a depth of about 20 nm measured by energy dispersive X-ray spectroscopy A large amount of Al should be contained in the neighboring region, and it is preferable that Al is not detected at a depth position of about 100 nm. Al is preferably fixed on the surface of the primary particles in a chemically bonded state. When Al is present in such a state, an electricity storage device having excellent electrode density, volumetric energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and suppression of gas generation during high temperature storage can be obtained. The lower limit of the detectable amount in measurement by energy dispersive X-ray spectroscopy varies depending on the element to be measured and the state, but is usually 0.5 atm %. Therefore, at a depth position of about 100 nm, Al may be detected in a range of 0.5 atm % or less.

電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存後のガス発生量抑制に優れる理由としては、定かではないが、チタン酸リチウム粒子表面と非水電解質(固体電解質を含む)との界面に局所的にAlが存在することで、粒子表面で発生した分解物を効率的に他の物質に変換させ、全体のガス発生量や抵抗成分の増加を抑制できると考えられる。 Although it is not clear as to why the electrode density, volume energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and suppression of gas generation after high temperature storage are excellent, the lithium titanate particle surface and the non-aqueous electrolyte (solid electrolyte It is thought that the local presence of Al at the interface with the particles (including .

本発明のチタン酸リチウム粉末は、さらなる異種元素として、Mg、Zn、Ga、硫黄(S)、またはInから選ばれる少なくとも1種の元素を含有してもよい。本発明のチタン酸リチウム粉末は、これらの異種元素をAlと共に(あるいは、MoおよびまたはAlと共に)含有することで、高温充放電での効率やレート特性がさらに高まるからである。このなかで硫黄(S)であることが好ましい。本発明のチタン酸リチウム粉末は、元素SをAlと共に(あるいは、MoおよびまたはAlと共に)含有することで、チタン酸リチウム粉末の一次粒子の表面の電子伝導性が調製され、電気抵抗を抑制できるためだと推測される。 The lithium titanate powder of the present invention may contain at least one element selected from Mg, Zn, Ga, sulfur (S), or In as a further dissimilar element. This is because the lithium titanate powder of the present invention contains these dissimilar elements together with Al (or together with Mo and/or Al) to further increase the efficiency and rate characteristics in high-temperature charging and discharging. Among these, sulfur (S) is preferred. The lithium titanate powder of the present invention contains the element S together with Al (or together with Mo and/or Al) to adjust the electronic conductivity of the surface of the primary particles of the lithium titanate powder and suppress the electrical resistance. presumed to be for

<モリブデン(Mo)の価数>
モリブデン(Mo)の価数については、本発明のチタン酸リチウム粉末に含まれるチタン酸リチウム一次粒子のX線光電子分光分析(XPS)により、Mo(6価、5価および4価)由来のピーク面積の総和に占めるMo(5価および4価)のピーク面積の割合が30%以下であることが好ましく、20%以下がより好ましい。Mo(5価および4価)のピーク面積の割合が30%以下であれば、初回充放電時にMoの副反応が抑制され、初期放電容量、レート特性、及び、高温保存後のガス発生量抑制に優れた蓄電デバイスが得られる。また、Moについても、本発明のチタン酸リチウム粉末において、粉末に含まれるチタン酸リチウムの一次粒子の内部よりも、表面にMoが多く含有される態様であることが好ましい。
<Valence of Molybdenum (Mo)>
Regarding the valence of molybdenum (Mo), by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the lithium titanate primary particles contained in the lithium titanate powder of the present invention, peaks derived from Mo (hexavalent, pentavalent and tetravalent) The ratio of the peak area of Mo (pentavalent and tetravalent) to the total area is preferably 30% or less, more preferably 20% or less. If the peak area ratio of Mo (pentavalent and tetravalent) is 30% or less, the side reaction of Mo is suppressed during the initial charge and discharge, and the initial discharge capacity, rate characteristics, and suppression of gas generation after high temperature storage. It is possible to obtain an electricity storage device excellent in As for Mo, the lithium titanate powder of the present invention preferably contains more Mo in the surface than in the interior of the primary particles of lithium titanate contained in the powder.

<1-メチル-2-ピロリドン吸油量>
本発明のチタン酸リチウム粉末の1-メチル-2-ピロリドン(以下NMPと記すことがある)吸油量は80ml/100g以下であることが望ましい。NMP吸油量がこの範囲であれば、電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、及び、高温保存時のガス発生量抑制に優れた蓄電デバイスを得ることができる。より好ましくは75ml/100g以下、さらに好ましいのは71ml/100g以下である。ここで、ml/100gという単位は本発明のチタン酸リチウム粉末100gあたりのNMPの吸収量(単位は、ml)を表す。上記効果を得ることができる原因は必ずしも明らかではないが、NMPは電極作成に使用される溶剤であり、チタン酸リチウム粉末のNMP吸油量を適切に制御することで、負極活物質、導電助剤、結着剤との効率的な密着性に寄与し、高密度な電極加工性が実現できるためと推定される。
<1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption>
The 1-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP) oil absorption of the lithium titanate powder of the present invention is desirably 80 ml/100 g or less. If the NMP oil absorption is within this range, it is possible to obtain an electricity storage device that is excellent in electrode density, volumetric energy density, rate characteristics, and suppression of gas generation during high-temperature storage. More preferably 75 ml/100 g or less, still more preferably 71 ml/100 g or less. Here, the unit of ml/100 g represents the absorption amount of NMP (unit: ml) per 100 g of the lithium titanate powder of the present invention. Although the reason why the above effect can be obtained is not necessarily clear, NMP is a solvent used for electrode preparation, and by appropriately controlling the NMP oil absorption amount of lithium titanate powder, negative electrode active material, conductive aid , contributes to efficient adhesion with the binder, and it is presumed that high-density electrode workability can be realized.

<比表面積>
本発明のチタン酸リチウム粉末の比表面積とは、窒素を吸着ガスとして用いたときの、単位質量当たりの吸着面積のことである。測定方法については、後述する実施例にて説明する。
<Specific surface area>
The specific surface area of the lithium titanate powder of the present invention is the adsorption area per unit mass when nitrogen is used as the adsorption gas. A measuring method will be described in Examples described later.

本発明のチタン酸リチウム粉末を構成するチタン酸リチウムにおいては、比表面積が4.0m/g以上であればよく、これにより、初期放電容量、及び、レート特性に優れた蓄電デバイスを得ることができ、4.7m/g以上であることが好ましく、6.0m/g以上であることがより好ましい。一方でチタン酸リチウム粉末の比表面積は9.0m/g以下がより好ましく、7.0m/g以下がさらに好ましい。 The lithium titanate constituting the lithium titanate powder of the present invention may have a specific surface area of 4.0 m 2 /g or more, thereby obtaining an electricity storage device excellent in initial discharge capacity and rate characteristics. is preferably 4.7 m 2 /g or more, more preferably 6.0 m 2 /g or more. On the other hand, the specific surface area of the lithium titanate powder is more preferably 9.0 m 2 /g or less, more preferably 7.0 m 2 /g or less.

<D50
本発明のチタン酸リチウム粉末のD50とは体積中位粒径の指標である。レーザー回折・散乱型粒度分布測定によって求めた体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して50%になる粒径を意味する。測定方法については、後述する実施例にて説明する。
<D50>
The D50 of the lithium titanate powder of the present invention is an index of the volume median particle size. It means a particle size at which the cumulative volume frequency calculated from the volume fraction obtained by laser diffraction/scattering particle size distribution measurement is integrated from the smaller particle size to 50%. A measuring method will be described in Examples described later.

<一次粒子と二次粒子>
本発明のチタン酸リチウム粉末は、チタン酸リチウムの一次粒子と前記一次粒子が凝集した二次粒子を含む。一次粒子とは、チタン酸リチウム粉末を構成する、解砕処理によってそれ以上分割できない個々の粒子を表す。
<Primary particles and secondary particles>
The lithium titanate powder of the present invention includes primary particles of lithium titanate and secondary particles obtained by agglomeration of the primary particles. Primary particles represent individual particles that make up the lithium titanate powder and cannot be further divided by the crushing process.

本発明のチタン酸リチウム粉末の二次粒子のD50は、レート特性、及び、初期の低温入力特性の向上の観点から、二次粒子のD50は、11μm以上であり、12μm以上が好ましく、12.4μm以上がより好ましい。また、二次粒子のD50は、20μm以下であり、18μm以下が好ましく、14μm以下がより好ましい。なお、二次粒子のD50は、解砕処理(超音波照射器で超音波をかける)前のD50を表す。 The D50 of the secondary particles of the lithium titanate powder of the present invention is 11 μm or more, preferably 12 μm or more, from the viewpoint of improving rate characteristics and initial low-temperature input characteristics. 12.4 μm or more is more preferable. In addition, D50 of the secondary particles is 20 μm or less, preferably 18 μm or less, more preferably 14 μm or less. In addition, D50 of a secondary particle represents D50 before crushing treatment (applying ultrasonic waves with an ultrasonic wave irradiator).

本発明のチタン酸リチウム粉末の一次粒子のD50は、電極密度、及び、体積エネルギー密度の向上の観点から、一次粒子のD50は、0.5μm以上であり、0.6μm以上がより好ましい。また、一次粒子のD50は、3μm以下であり、2μm以下が好ましく、1.5μm以下がより好ましい。なお、一次粒子のD50は、超音波照射器による解砕処理を行った後のD50を表す。また、該チタン酸リチウム粉末は一次粒子径0.5μm未満の一次粒子の累積体積頻度を10%~50%の範囲で含んでいてもよく、0.6μm未満の一次粒子の累積体積頻度を15%~55%の範囲で含んでいてもよい。さらに、3μmを超える一次粒子の累積体積頻度を50%~90%の範囲で含んでいてもよく、2μmを超える一次粒子の累積体積頻度を50%~90%の範囲で含んでいてもよい。 The D50 of the primary particles of the lithium titanate powder of the present invention is 0.5 μm or more, more preferably 0.6 μm or more, from the viewpoint of improving electrode density and volume energy density. . The D50 of the primary particles is 3 μm or less, preferably 2 μm or less, more preferably 1.5 μm or less. The D50 of the primary particles represents the D50 after the crushing treatment by the ultrasonic irradiation device. In addition, the lithium titanate powder may contain a cumulative volume frequency of primary particles having a primary particle diameter of less than 0.5 μm in the range of 10% to 50%, and a cumulative volume frequency of primary particles having a primary particle diameter of less than 0.6 μm is 15%. % to 55%. Furthermore, the cumulative volume frequency of primary particles exceeding 3 μm may be in the range of 50% to 90%, and the cumulative volume frequency of primary particles exceeding 2 μm may be in the range of 50% to 90%.

本発明のチタン酸リチウム粉末の一次粒子のlog10(D90)-log10(D10)で計算される値は、電極密度、体積エネルギー密度、初期の低温入力特性、及び、高温保存後の充電レート特性の向上の観点から、0.8未満であり、0.7未満が好ましく、0.6未満がより好ましく、0.5未満がさらに好ましい。また、下限値としては0.3より大きい値が好ましく、より好ましくは0.4より大きい値が好ましい。値が小さい場合、電池性能が低下する恐れがあるためである。 The values calculated by log 10 (D 90 ) - log 10 (D 10 ) of the primary particles of the lithium titanate powder of the present invention are the electrode density, volume energy density, initial low temperature input characteristics, and after high temperature storage. From the viewpoint of improving charge rate characteristics, it is less than 0.8, preferably less than 0.7, more preferably less than 0.6, and even more preferably less than 0.5. Also, the lower limit value is preferably larger than 0.3, more preferably larger than 0.4. This is because when the value is small, the battery performance may deteriorate.

90とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が90%となる点の粒径を示し、D10とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が10%となる点の粒径を示し、より具体的には、チタン酸リチウム粉末の一次粒子について、レーザー回折・散乱型粒度分布測定によって求めた体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して10%になる粒径がD10であり、粒径の小さい方から積算して90%になる粒径がD90である。なお、ここにおいて、D90は、一次粒子のD90であり、超音波照射器による解砕処理を行った後のD90を表し、D10は、一次粒子のD10であり、超音波照射器による解砕処理を行った後のD10を表す。 D90 indicates the particle size at the point where the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles is 90% in the particle size distribution, and D10 is the point at which the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles is 10% in the particle size distribution. More specifically, for the primary particles of lithium titanate powder, the cumulative volume frequency calculated by the volume fraction obtained by laser diffraction/scattering particle size distribution measurement is integrated from the smaller particle size. D10 is the particle size that becomes 10% of the total, and D90 is the particle size that becomes 90% of the total from the smaller particle size. Here, D 90 is the D 90 of the primary particles, and represents the D 90 after performing the crushing treatment with the ultrasonic irradiation device, D 10 is the D 10 of the primary particles, ultrasonic irradiation It represents D10 after the crushing treatment by the instrument.

また、log10(D90)は、一次粒子のD90でのlog値であり、10を底とするlog値であり、その単位はμmとする。そのため、たとえば、D90=10μmである場合には、log10(D90)の値は、1となり、D90=1μmである場合には、log10(D90)の値は、0となる。同様に、log10(D10)は、一次粒子のD10でのlog値であり、10を底とするlog値であり、その単位はμmとする。 Further, log 10 (D 90 ) is the log value at D 90 of the primary particles, which is a log value with the base of 10, and its unit is μm. So, for example, when D 90 =10 μm, the value of log 10 (D 90 ) is 1, and when D 90 =1 μm, the value of log 10 (D 90 ) is 0. Similarly, log 10 (D 10 ) is the log value at D 10 of the primary particles, which is a base 10 log value, and its unit is μm.

上記記載のチタン酸リチウム粉末の一次粒子のD10は、D10は、0.3μm以上であり、0.4μm以上がより好ましい。また、一次粒子のD90は、4μm以下であり、3μm以下がより好ましい。 The D10 of the primary particles of the lithium titanate powder described above is 0.3 μm or more, more preferably 0.4 μm or more. Also, the D90 of the primary particles is 4 μm or less, more preferably 3 μm or less.

上記記載の点から、チタン酸リチウム粉末の一次粒子と二次粒子のD50の比( 一次粒子のD50 /二次粒子のD50)は 0.06以下が好ましく、0.05以下であることがより好ましい。0.06を超える場合、電極密度、初期の低温入力特性、体積エネルギー密度のいずれか性能が低下する恐れがあるためである。 In view of the above description, the ratio of the D50 of the primary particles to the secondary particles of the lithium titanate powder ( D50 of the primary particles/ D50 of the secondary particles) is preferably 0.06 or less, and is 0.05 or less. is more preferable. This is because if it exceeds 0.06, any of the electrode density, the initial low temperature input characteristics, and the volumetric energy density may deteriorate.

<水分量>
本発明のチタン酸リチウム粉末のカールフィッシャー法により測定される水分量(25℃~350℃)(以下、25℃~350℃の水分量と記すことがある)は、5000ppm以下であることが好ましい。ここで、本発明の、チタン酸リチウム粉末のカールフィッシャー法により測定される水分量(25℃~350℃)とは、本発明のチタン酸リチウム粉末を、窒素流通下、25℃から200℃まで加熱し200℃で1時間保持完了までの間に得られる水分量と、続けて、窒素流通下、200℃から350℃まで加熱し350℃で1時間保持完了までの間に得られる水分量と、を合計して得られる水分量のことである。5000ppm以下であれば、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に、電極塗工時のハンドリング性が良好であるため好ましい。カールフィッシャー法により測定される水分量(25℃~350℃)は、本発明のチタン酸リチウム粉末に物理的に吸着している水分、及び、化学的に吸着している水分の両方を含むものである。通常、チタン酸リチウム粉末においては、350℃を越える領域ではカールフィッシャー法では測定が困難で、他の方法(例えば、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析)では水分はほとんど検出されない。蓄電デバイスの高温動作時のガス発生量をさらに抑制する観点から、カールフィッシャー法により測定される水分量(25℃~350℃)は、1000ppm以下がさらに好ましく、600ppm以下が特に好ましい。
<Water content>
The water content (25° C. to 350° C.) of the lithium titanate powder of the present invention measured by the Karl Fischer method (hereinafter sometimes referred to as the water content at 25° C. to 350° C.) is preferably 5000 ppm or less. . Here, the water content (25° C. to 350° C.) of the lithium titanate powder measured by the Karl Fischer method of the present invention means that the lithium titanate powder of the present invention is heated from 25° C. to 200° C. under nitrogen flow. The amount of water obtained by heating to 200° C. for 1 hour, and the water content by heating from 200° C. to 350° C. under nitrogen flow until 350° C. for 1 hour. is the amount of water obtained by summing If it is 5000 ppm or less, it is preferable because the handleability at the time of electrode coating is good when it is applied as an electrode material for an electricity storage device. The water content (25° C. to 350° C.) measured by the Karl Fischer method includes both physically adsorbed water and chemically adsorbed water on the lithium titanate powder of the present invention. . Generally, in lithium titanate powder, it is difficult to measure by the Karl Fischer method in the region exceeding 350° C., and moisture is hardly detected by other methods (for example, pyrolysis gas chromatography mass spectrometry). From the viewpoint of further suppressing the amount of gas generated during high-temperature operation of the electricity storage device, the moisture content (25° C. to 350° C.) measured by the Karl Fischer method is more preferably 1000 ppm or less, particularly preferably 600 ppm or less.

ここで、本発明の、チタン酸リチウム粉末のカールフィッシャー法により測定される水分量(200℃~350℃)とは、前記水分量(25℃~350℃)のうち、200℃における加熱開始から350℃での保持完了までの間に、得られる水分量のことである。チタン酸リチウムが含む水分としては、上記のように物理的に吸着している水分、及び、化学的に吸着している水分があるが、双方とも表面に存在している水分については200℃までにおそらくそのほとんどが脱離し、カールフィッシャー法により測定される水分量(25℃~200℃)に含まれると推測する。ここで、本発明の、チタン酸リチウム粉末のカールフィッシャー法により測定される水分量(25℃~200℃)とは、本発明のチタン酸リチウム粉末を、窒素流通下、25℃から200℃まで加熱し200℃で1時間保持した際に、加熱開始から200℃での保持完了までの間に本発明のチタン酸リチウム粉末から放出される水分をカールフィッシャー法によって測定して得られる水分量のことである。また、通常の蓄電デバイスの作製では電極を乾燥する工程があるため、カールフィッシャー法により測定される水分量(25℃~200℃)は、このような乾燥する工程においてほぼ放出されることとなる。そのため、蓄電デバイスに影響を与える水分はチタン酸リチウムの粒子表面でなく、このような乾燥する工程において除去され難い粒子内部に存在する水分が主であると考える。よって、上記の粒子内部に存在し、蓄電デバイスに実質的に影響を与える水分は、大部分がカールフィッシャー法により測定される水分量(200℃~350℃)に含まれると考える。上記の観点から、カールフィッシャー法により測定される水分量(200℃~350℃)は300ppm以下がさらに好ましく、150ppm以下が特に好ましい。なお、カールフィッシャー法により測定される水分量(200℃~350℃)の下限は、特に限定されず、場合によっては、測定装置の検出限界以下となる場合(実質的に0ppmであると判断できる場合)もある。 Here, the moisture content (200° C. to 350° C.) of the lithium titanate powder measured by the Karl Fischer method of the present invention means the moisture content (25° C. to 350° C.) from the start of heating at 200° C. It is the amount of moisture obtained until the completion of holding at 350°C. The moisture contained in lithium titanate includes physically adsorbed moisture and chemically adsorbed moisture as described above. It is presumed that most of it is probably desorbed and is included in the water content (25° C. to 200° C.) measured by the Karl Fischer method. Here, the moisture content (25° C. to 200° C.) of the lithium titanate powder measured by the Karl Fischer method of the present invention means that the lithium titanate powder of the present invention is heated from 25° C. to 200° C. under nitrogen flow. When heated and held at 200°C for 1 hour, the amount of water released from the lithium titanate powder of the present invention from the start of heating to the completion of holding at 200°C is measured by the Karl Fischer method. That is. In addition, since there is a step of drying the electrodes in the production of a normal electricity storage device, the water content (25° C. to 200° C.) measured by the Karl Fischer method is almost released in such a drying step. . Therefore, it is considered that the moisture that affects the electric storage device is not the surface of the lithium titanate particles but the moisture present inside the particles that is difficult to remove in such a drying process. Therefore, it is considered that most of the moisture that exists inside the particles and that substantially affects the electricity storage device is included in the moisture content (200° C. to 350° C.) measured by the Karl Fischer method. From the above viewpoint, the water content (200° C. to 350° C.) measured by the Karl Fischer method is more preferably 300 ppm or less, particularly preferably 150 ppm or less. In addition, the lower limit of the water content (200 ° C. to 350 ° C.) measured by the Karl Fischer method is not particularly limited, and in some cases, when it is below the detection limit of the measuring device (substantially 0 ppm In some cases.

[本発明のチタン酸リチウム粉末の製造方法]
以下に、本発明のチタン酸リチウム粉末の製造方法の一例を、原料の調製工程、焼成工程、及び、表面処理工程に分けて説明するが、本発明のチタン酸リチウム粉末の製造方法はこれに限定されない。
[Method for producing lithium titanate powder of the present invention]
An example of the method for producing the lithium titanate powder of the present invention will be described below by dividing it into a raw material preparation step, a firing step, and a surface treatment step. Not limited.

<原料の調製工程>
本発明のチタン酸リチウム粉末の原料は、チタン原料及びリチウム原料からなる。チタン原料としては、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン等のチタン化合物が用いられる。
<Raw material preparation process>
The raw material of the lithium titanate powder of the present invention consists of a titanium raw material and a lithium raw material. Titanium compounds such as anatase-type titanium dioxide and rutile-type titanium dioxide are used as titanium raw materials.

リチウム原料としては、水酸化リチウム一水和物、酸化リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸リチウム等のリチウム化合物が用いられる。 Lithium compounds such as lithium hydroxide monohydrate, lithium oxide, lithium hydrogen carbonate, and lithium carbonate are used as lithium raw materials.

調製工程においては、以上の原料を混合することで、混合物を得る。混合物の調製方法としては、原料を調合後、混合と同時に粉砕を行う方法が挙げられる。 In the preparation step, a mixture is obtained by mixing the above raw materials. As a method for preparing the mixture, there is a method in which raw materials are blended and then pulverized at the same time as mixing.

<焼成工程>
次いで、得られた混合物を焼成する。焼成により得られる粉末の比表面積を大きく、かつ結晶子径や粉末の一次粒子径を大きくする、炉材などからの不純物量を少なくする観点からは、高温かつ短時間で焼成することが好ましい。このような観点から、焼成時の最高温度は、好ましくは1100℃以下であり、より好ましくは1000℃以下であり、更に好ましくは960℃以下である。不純物量の割合を少なく、かつチタン酸リチウムの結晶性を高くする観点から、焼成時の最高温度は、好ましくは800℃以上であり、より好ましくは840℃以上、さらに好ましくは860℃以上である。同様に前記観点から、焼成時の最高温度での保持時間は、好ましくは2分~60分であり、より好ましくは5分~45分であり、更に好ましくは5分~30分である。焼成時の最高温度が高い時には、より短い保持時間を選択することが好ましい。同様に、焼成により得られる結晶子径を大きくする観点から、焼成時の昇温過程においては、700℃~800℃の滞留時間を特に短くすることが好ましく、例えば15分以内が好ましい。
<Baking process>
The resulting mixture is then fired. From the viewpoint of increasing the specific surface area of the powder obtained by firing, increasing the crystallite size and the primary particle size of the powder, and reducing the amount of impurities from the furnace material, firing at a high temperature for a short time is preferable. From this point of view, the maximum temperature during firing is preferably 1100° C. or lower, more preferably 1000° C. or lower, and even more preferably 960° C. or lower. From the viewpoint of reducing the proportion of impurities and increasing the crystallinity of lithium titanate, the maximum temperature during firing is preferably 800° C. or higher, more preferably 840° C. or higher, and still more preferably 860° C. or higher. . Similarly, from the above point of view, the retention time at the highest temperature during firing is preferably 2 minutes to 60 minutes, more preferably 5 minutes to 45 minutes, and even more preferably 5 minutes to 30 minutes. When the maximum temperature during firing is high, it is preferable to choose a shorter holding time. Similarly, from the viewpoint of increasing the crystallite size obtained by firing, it is preferable to shorten the residence time at 700° C. to 800° C. in the heating process during firing, preferably within 15 minutes.

前記条件で焼成できる方法であれば、焼成方法は特に限定されるものではない。利用できる焼成方法としては、固定床式焼成炉、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、流動床式焼成炉、ロータリーキルン式焼成炉が挙げられる。ただし、短時間で効率的な焼成をする場合は、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、ロータリーキルン式焼成炉が好ましい。匣鉢に混合物を収容して焼成するローラーハース式焼成炉、またはメッシュベルト式焼成炉を用いる場合は、焼成時の混合物の温度分布の均一性を確保して得られるチタン酸リチウムの品質を一定にするためには、匣鉢への混合物の収容量を少量にすることが好ましい。 The firing method is not particularly limited as long as it can be fired under the above conditions. Available firing methods include a fixed bed firing furnace, a roller hearth firing furnace, a mesh belt firing furnace, a fluidized bed firing furnace, and a rotary kiln firing furnace. However, for efficient firing in a short time, a roller hearth type firing furnace, a mesh belt type firing furnace, and a rotary kiln type firing furnace are preferable. When using a roller hearth type firing furnace in which the mixture is placed in a sagger and fired, or a mesh belt type firing furnace, the quality of the lithium titanate obtained is kept constant by ensuring the uniformity of the temperature distribution of the mixture during firing. In order to achieve this, it is preferable that the amount of the mixture contained in the sagger is small.

<解砕工程>
焼成後のチタン酸リチウム粉末は、解砕を行う必要がある。焼成物回収側から回収した焼成物を解砕する方法としては、ハンマーミル、ボールミル、ジェットミル、振動ミル、ビーズミルなどがあり、特にビーズミルが好ましい。ビーズミルを使用した場合の解砕方法としては、湿式解砕の循環式処理、湿式解砕のバッチ式処理または乾式解砕の循環処理、乾式解砕のバッチ式処理のいずれの方法も採用することができるが、解砕を均一に行うことが好ましく、その点においては湿式解砕の循環式処理が好ましい。循環条件は、焼成工程における焼成温度等と考慮して決定すればよいが、たとえば、循環条件を調整することで、チタン酸リチウム粉末の一次粒子のlog10(D90)-log10(D10)の値を好適に制御することができる。湿式解砕としては、水またはアルコール溶媒中に焼成後のチタン酸リチウム粉末を投入し、スラリー状態で混合させる。アルコール溶媒としてはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなど沸点が100℃以下のものが溶媒除去しやすい点で好ましい。また、回収、廃棄のしやすさから、工業的には水溶媒が好ましい。
<Crushing process>
Lithium titanate powder after sintering needs to be pulverized. Methods for pulverizing the fired material recovered from the fired material recovery side include hammer mills, ball mills, jet mills, vibration mills, bead mills, and the like, and bead mills are particularly preferred. When a bead mill is used, any of wet crushing circulation processing, wet crushing batch processing, dry crushing circulation processing, and dry crushing batch processing shall be adopted. However, it is preferable to perform uniform crushing, and in that respect, wet crushing circulating treatment is preferable. The circulation conditions may be determined in consideration of the sintering temperature in the sintering step. ) can be suitably controlled. For wet pulverization, the lithium titanate powder after calcining is put into water or an alcohol solvent and mixed in a slurry state. As the alcohol solvent, an alcohol solvent having a boiling point of 100° C. or less such as methanol, ethanol, or isopropyl alcohol is preferable because the solvent can be easily removed. Moreover, from the standpoint of ease of recovery and disposal, an aqueous solvent is industrially preferred.

溶媒量としては、焼成後のチタン酸リチウム粉末が、溶媒中で均一に分散していることが好ましく、そのためにはスラリー粘度として8000cP以下が好ましく、より好ましくは5000cP以下であり、さらに好ましくは3000cP以下である。 As for the amount of the solvent, it is preferable that the lithium titanate powder after firing is uniformly dispersed in the solvent. For this purpose, the slurry viscosity is preferably 8000 cP or less, more preferably 5000 cP or less, and still more preferably 3000 cP. It is below.

湿式解砕の循環処理時間(循環処理による解砕パス回数)は、チタン酸リチウムの結晶性が低下し、電池性能に悪影響を及ぼさない限りは、特に限定されないが、チタン酸リチウム粉末の一次粒子のlog10(D90)-log10(D10)の値に応じて決定することが望ましい。 The circulation treatment time of wet pulverization (the number of pulverization passes by the circulation treatment) is not particularly limited as long as the crystallinity of the lithium titanate does not deteriorate and the battery performance is not adversely affected, but the primary particles of the lithium titanate powder is preferably determined according to the value of log 10 (D 90 )−log 10 (D 10 ).

<表面処理工程>
本発明のチタン酸リチウム粉末は、アルミニウムを含有するチタン酸リチウム粉末であり、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存時のガス発生量抑制に優れた効果を付与することができる。前記焼成工程で、アルミニウムなどの異種元素を含有する化合物(以下、処理剤と記すことがある)を加えて、本発明のチタン酸リチウム粉末を製造することができるが、より好ましくは、次のような表面処理工程などで、本発明のチタン酸リチウム粉末を製造することができる。
<Surface treatment process>
The lithium titanate powder of the present invention is an aluminum-containing lithium titanate powder, and when applied as an electrode material for an electricity storage device, it exhibits electrode density, volume energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and high temperature storage. It is possible to impart an excellent effect in suppressing the amount of gas generated at the time. In the firing step, the lithium titanate powder of the present invention can be produced by adding a compound containing a dissimilar element such as aluminum (hereinafter sometimes referred to as a treating agent). The lithium titanate powder of the present invention can be produced by such a surface treatment step as described above.

以上の工程により得られた、表面処理前のチタン酸リチウム粉末(以下、基材のチタン酸リチウム粉末と記すことがある。また、以下、基材のチタン酸リチウム粉末を構成するチタン酸リチウム粒子を基材のチタン酸リチウム粒子と記すことがある)を、処理剤を混合して、好ましくは熱処理する。 Lithium titanate powder before surface treatment obtained by the above steps (hereinafter sometimes referred to as base material lithium titanate powder. Also, hereinafter, lithium titanate particles constituting the base material lithium titanate powder may be referred to as base material lithium titanate particles) are mixed with a treating agent and preferably heat-treated.

アルミニウムを含有する化合物(処理剤)としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウムの酸化物、水酸化物、硫酸化合物、硝酸化合物、フッ化物、有機化合物、及び、アルミニウムを含有する金属塩化合物が挙げられる。具体的にはAlを含有する化合物として、例えば、酢酸アルミニウム、フッ化アルミニウムあるいは硫酸アルミニウムなどが挙げられる。なかでも、硫酸アルミニウム、その水和物、及び、フッ化アルミニウムが好ましい。 The aluminum-containing compound (treatment agent) is not particularly limited, but examples include aluminum oxides, hydroxides, sulfate compounds, nitrate compounds, fluorides, organic compounds, and aluminum-containing metal salt compounds. mentioned. Specific examples of Al-containing compounds include aluminum acetate, aluminum fluoride, and aluminum sulfate. Among them, aluminum sulfate, its hydrates, and aluminum fluoride are preferred.

アルミニウムを含有する化合物(処理剤)の添加量は、チタン酸リチウム粉末中のアルミニウムの含有量が本発明の範囲内に収まれば、どのような添加量でも良いが、例えば硫酸アルミニウム・14~18水和物(Al(SO・14~18HO)を用いた場合は、蓄電デバイスの電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存時のガス発生量抑制に優れた特性を有する観点からは、基材のチタン酸リチウム粉末に対して処理剤を0.16mmol/LTO100g以上63.5mmol/LTO100g以下の割合で添加すればよく、より好ましくは3.2mmol/LTO100g以上31.7mmol/LTO100g以下の割合であり、特に好ましいのは4.0mmol/LTO100g以上15.9mmol/LTO100g以下の割合である。なお、硫酸アルミニウム・14~18水和物の1.0mmolは、水和物の比にも依存するが、0.34gに相当する。ここで、「mmol/LTO100g」は、基材のチタン酸リチウム粉末100g当たりの、処理剤の量(mmol)である(以下においても同様。)。 The amount of the aluminum-containing compound (treatment agent) to be added may be any amount as long as the content of aluminum in the lithium titanate powder falls within the range of the present invention. When the hydrate (Al 2 (SO 4 ) 3.14-18H 2 O) is used, the electrode density, volumetric energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and gas during high temperature storage of the electricity storage device From the viewpoint of having an excellent property of suppressing the amount generated, the treatment agent may be added to the lithium titanate powder of the base material at a ratio of 0.16 mmol/LTO 100 g or more and 63.5 mmol/LTO 100 g or less, more preferably 3. 2 mmol/100 g of LTO to 31.7 mmol/100 g of LTO, and particularly preferably 4.0 mmol/100 g of LTO to 15.9 mmol/100 g of LTO. 1.0 mmol of aluminum sulfate 14-18 hydrate corresponds to 0.34 g, although it depends on the ratio of hydrates. Here, "mmol/100 g of LTO" is the amount (mmol) of the treating agent per 100 g of the base material lithium titanate powder (the same applies hereinafter).

また、Alに加えて、Moについても、チタン酸リチウム粉末の一次粒子の表面に局在化させる場合には、表面処理工程において、アルミニウムを含有する化合物に加えて、モリブデンを含有する化合物をも使用することが望ましい。
モリブデンを含有する化合物(Mo含有処理剤)としては、特に限定されないが、例えば、モリブデンの酸化物、水酸化物、硫酸化合物、硝酸化合物、フッ化物、有機化合物、及び、モリブデンを含有する金属塩化合物が挙げられる。具体的には、酸化モリブデン、三酸化モリブデン、三酸化モリブデン水和物、ほう化モリブデン、りんモリブデン酸、二けい化モリブデン、塩化モリブデン、硫化モリブデン、けいモリブデン酸水和物、酸化ナトリウムモリブデン、炭化モリブデン、酢酸モリブデン二量体、モリブデン酸リチウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸マグネシウム、モリブデン酸マンガン、モリブデン酸アンモニウム、などが挙げられる。モリブデンをチタン酸リチウム粉末の粒子表面に均一に拡散させるためには、後述の湿式法を用いるのが適しており、その場合は、溶媒に可溶な、モリブデンを含有する化合物を、その溶媒に溶解させて、基材のチタン酸リチウム粉末と混合することが好ましい。ガス発生量を抑制する点で、モリブデンを含有するモリブデン酸リチウムが好ましい。なお、モリブデンの価数について、原料として6価の状態で加えても、LTO表面または結晶内部で化学的に結合を形成する際に、ダングリングボンドが存在し部分的に4~5価をとるものと想定される。
In addition to Al, when Mo is also localized on the surface of the primary particles of the lithium titanate powder, in the surface treatment step, in addition to the aluminum-containing compound, a molybdenum-containing compound is also added. It is preferable to use
The molybdenum-containing compound (Mo-containing treatment agent) is not particularly limited, but examples include molybdenum oxides, hydroxides, sulfate compounds, nitrate compounds, fluorides, organic compounds, and molybdenum-containing metal salts. compound. Specifically, molybdenum oxide, molybdenum trioxide, molybdenum trioxide hydrate, molybdenum boride, phosphomolybdic acid, molybdenum disilicide, molybdenum chloride, molybdenum sulfide, silicomolybdic acid hydrate, sodium molybdenum oxide, carbonization Molybdenum, molybdenum acetate dimer, lithium molybdate, sodium molybdate, potassium molybdate, calcium molybdate, magnesium molybdate, manganese molybdate, ammonium molybdate, and the like. In order to uniformly diffuse molybdenum on the particle surface of the lithium titanate powder, it is suitable to use the wet method described later. In that case, a molybdenum-containing compound soluble in a solvent is added to the solvent. It is preferably dissolved and mixed with the substrate lithium titanate powder. Lithium molybdate containing molybdenum is preferable from the viewpoint of suppressing the amount of gas generated. Regarding the valence of molybdenum, even if it is added in a hexavalent state as a raw material, dangling bonds exist when forming chemical bonds on the LTO surface or inside the crystal, and it partially takes a valence of 4 to 5. assumed to be

モリブデンを含有する化合物(Mo含有処理剤)の添加量は、チタン酸リチウム粉末中のモリブデンの含有量が本発明の範囲内に収まれば、どのような添加量でも良いが、例えばMo含有処理剤にモリブデン酸リチウム(LiMoO)を用いた場合、蓄電デバイスのレート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存後のガス発生量抑制に優れた特性を有する観点からは、基材のチタン酸リチウム粉末に対してMo含有処理剤を0.12mmol/LTO100g以上28.8mmol/LTO100g以下の割合で添加すればよく、より好ましくは0.5mmol/LTO100g以上15.5mmol/LTO100g以下の割合であり、特に好ましいのは1.0mmol/LTO100g以上10.0mmol/LTO100g以下の割合である。なお、モリブデン酸リチウムの1.0mmolは0.17gに相当する。 The amount of the molybdenum-containing compound (Mo-containing treatment agent) may be any amount as long as the content of molybdenum in the lithium titanate powder falls within the scope of the present invention. When lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ) is used for the base material, the rate characteristics of the electric storage device, the initial low temperature input characteristics, and the characteristics excellent in suppressing the amount of gas generated after high temperature storage are used. The Mo-containing treatment agent may be added to the lithium titanate powder at a ratio of 0.12 mmol/LTO100 g or more and 28.8 mmol/LTO100 g or less, more preferably 0.5 mmol/LTO100 g or more and 15.5 mmol/LTO100 g or less. A particularly preferable ratio is 1.0 mmol/100 g of LTO or more and 10.0 mmol/100 g or less of LTO. 1.0 mmol of lithium molybdate corresponds to 0.17 g.

また、表面処理工程においては、必要に応じて、Bを含有する化合物や、Wを含有する化合物を用いてもよい。
基材のチタン酸リチウム粉末とアルミニウムを含有する化合物、必要に応じて用いられる、モリブデンを含有する化合物、さらにはBを含有する化合物やWを含有する化合物との混合方法に特に制限はなく、湿式混合または乾式混合のいずれの方法も採用することができるが、基材のチタン酸リチウム粒子の表面にアルミニウムを含有する化合物、さらには、モリブデンを含有する化合物を均一に分散させることが好ましく、その点においては湿式混合が好ましい。
In addition, in the surface treatment step, a B-containing compound or a W-containing compound may be used as necessary.
There is no particular limitation on the method of mixing the substrate lithium titanate powder with the compound containing aluminum, the compound containing molybdenum used as necessary, the compound containing B, and the compound containing W. Either a wet mixing method or a dry mixing method can be employed, but it is preferable to uniformly disperse the aluminum-containing compound and the molybdenum-containing compound on the surface of the lithium titanate particles of the base material. In that respect, wet mixing is preferred.

基材のチタン酸リチウム粉末と処理剤と混合後には熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度としては、アルミニウムあるいはさらに他の元素が、基材のチタン酸リチウム粒子の、少なくとも表面領域に拡散する温度であって、基材のチタン酸リチウムが焼結することによる、比表面積の大幅な減少が発生しない温度が良い。熱処理温度の上限値としては700℃以下が好ましく、より好ましくは600℃以下である。熱処理温度の下限値としては、300℃以上が好ましく、より好ましくは400℃以上である。熱処理時間としては、好ましくは0.1時間~8時間であり、より好ましくは1時間~5時間である。元素Mが、基材のチタン酸リチウム粒子の、少なくとも表面領域に拡散する温度、及び、時間は、元素Mを含有する化合物によって反応性が異なるため、適宜設定するのが良い。 It is preferable to perform heat treatment after mixing the lithium titanate powder of the substrate and the treating agent. The heat treatment temperature is a temperature at which aluminum or other elements diffuse into at least the surface region of the lithium titanate particles of the substrate, and the lithium titanate of the substrate is sintered to significantly increase the specific surface area. A temperature at which no significant reduction occurs is good. The upper limit of the heat treatment temperature is preferably 700° C. or less, more preferably 600° C. or less. The lower limit of the heat treatment temperature is preferably 300° C. or higher, more preferably 400° C. or higher. The heat treatment time is preferably 0.1 hour to 8 hours, more preferably 1 hour to 5 hours. The temperature and time at which the element M diffuses into at least the surface region of the lithium titanate particles of the base material are preferably set as appropriate, since the reactivity varies depending on the compound containing the element M.

熱処理における加熱方法は特に限定されるものではない。利用できる熱処理炉としては、固定床式焼成炉、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、流動床式焼成炉、ロータリーキルン式焼成炉などが挙げられる。熱処理時の雰囲気としては、大気雰囲気でも、窒素雰囲気などの不活性雰囲気のどちらでも良い。アルミニウムあるいは他元素を含有する化合物(処理剤)としてモリブデンあるいは他元素を含有する金属塩化合物を用いた場合は、粒子表面からアニオン種が除去されやすい大気雰囲気が好ましい。 A heating method in the heat treatment is not particularly limited. Usable heat treatment furnaces include a fixed bed furnace, a roller hearth furnace, a mesh belt furnace, a fluidized bed furnace, and a rotary kiln furnace. The atmosphere during heat treatment may be either an air atmosphere or an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere. When molybdenum or a metal salt compound containing other elements is used as the compound (treatment agent) containing aluminum or other elements, an atmospheric atmosphere is preferred in which anion species are easily removed from the particle surfaces.

本発明のチタン酸リチウム粉末は、表面処理工程で処理剤と混合した後に造粒して熱処理を行い、一次粒子が凝集した二次粒子を含む粉末にしても良い。造粒は二次粒子ができるのであれば、どのような方法でも良いが、スプレードライヤーが大量に処理できるため好ましい。 The lithium titanate powder of the present invention may be mixed with a treating agent in the surface treatment step, then granulated and heat-treated to obtain a powder containing secondary particles in which primary particles are agglomerated. Any method may be used for granulation as long as secondary particles can be produced, but a spray dryer is preferable because it can process a large amount.

本発明のチタン酸リチウム粉末に含まれる水分量を低減させるために、熱処理工程で露点管理を行っても良い。熱処理後の粉末は、そのまま大気に晒すと粉末に含まれる水分量が増加するため、熱処理炉内での冷却時と熱処理後は、露点管理された環境下で粉末を扱うことが好ましい。熱処理後の粉末は、粒子を所望の最大粒径の範囲にするために必要に応じて分級を行っても良い。熱処理工程で露点管理をする場合は、発明のチタン酸リチウム粉末をアルミラミネート袋などで密閉した後に露点管理外の環境下に出すことが好ましい。露点管理下においても、熱処理後のチタン酸リチウム粉末の粉砕を行うと破砕面から水分を取り込みやすくなり、粉末に含まれる水分量が増加するため、熱処理を行った場合には粉砕を行わないことが好ましい。熱処理条件としては、温度と保持時間が特定の範囲にあることで二次粒子形態や表面処理工程に大きく影響する。熱処理温度としては、450℃以上が好ましく、550℃未満が好ましい。熱処理温度が550℃を超えると比表面積が大きく低下し、電池性能、特にレート特性が大幅に低下するためである。また保持時間は11時間以上が好ましい、熱時間が短い場合、粉末に含まれる水分量が増加に加え、粒子表面状態や電解液または固体電解質との界面反応にも影響を与えると推測されるためである。 In order to reduce the amount of water contained in the lithium titanate powder of the present invention, the dew point may be controlled in the heat treatment step. If the heat-treated powder is exposed to the atmosphere as it is, the amount of moisture contained in the powder increases. Therefore, it is preferable to handle the powder in an environment where the dew point is controlled during cooling in the heat treatment furnace and after the heat treatment. The heat-treated powder may be classified as necessary to bring the particles into the desired maximum particle size range. When the dew point is controlled in the heat treatment step, it is preferable to seal the lithium titanate powder of the invention in an aluminum laminate bag or the like and then put it in an environment outside the dew point control. Even under dew point control, when lithium titanate powder is pulverized after heat treatment, moisture is easily absorbed from the crushed surface, and the amount of water contained in the powder increases. is preferred. As heat treatment conditions, the temperature and holding time within specific ranges greatly affect the secondary particle morphology and the surface treatment process. The heat treatment temperature is preferably 450°C or higher, and preferably lower than 550°C. This is because if the heat treatment temperature exceeds 550° C., the specific surface area is greatly reduced, and the battery performance, particularly the rate characteristics, is greatly deteriorated. The retention time is preferably 11 hours or more. If the heating time is short, the amount of water contained in the powder increases, and it is presumed that the surface state of the particles and the interfacial reaction with the electrolyte or solid electrolyte are also affected. is.

[活物質材料]
本発明の電極に用いる活物質材料は、本発明のチタン酸リチウム粉末を含むものである。本発明のチタン酸リチウム粉末以外の物質を1種又は2種以上含んでいてもよい。他の物質としては、例えば、炭素材料〔熱分解炭素類、コークス類、グラファイト類(人造黒鉛、天然黒鉛等)、有機高分子化合物燃焼体、炭素繊維〕、スズやスズ化合物、ケイ素やケイ素化合物が使用される。
[Active material]
The active material used for the electrode of the present invention contains the lithium titanate powder of the present invention. It may contain one or more substances other than the lithium titanate powder of the present invention. Other substances include, for example, carbon materials [pyrolytic carbons, cokes, graphites (artificial graphite, natural graphite, etc.), organic polymer compound combustion bodies, carbon fibers], tin and tin compounds, silicon and silicon compounds. is used.

[蓄電デバイス]
本発明の蓄電デバイスは、本発明の活物質材料を含む電極を備え、このような電極へのリチウムイオンのインターカレーション、脱インターカレーションを利用してエネルギーを貯蔵、放出するデバイスであって、例えば、ハイブリッドキャパシタやリチウム電池などが挙げられる。
[Power storage device]
The electric storage device of the present invention comprises an electrode containing the active material of the present invention, and is a device that stores and releases energy by utilizing intercalation and de-intercalation of lithium ions in such an electrode. , for example, hybrid capacitors and lithium batteries.

前記リチウム電池は、正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液、または固体電解質等により構成されているが、本発明の活物質材料は電極材料として用いることができる。本発明の活物質材料は、通常、前記リチウム電池の電極の形態にて用いられる。この活物質材料は、正極活物質、及び、負極活物質のいずれとして用いてもよいが、以下には負極活物質として用いた場合を説明する。 The lithium battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent, a solid electrolyte, or the like, and the active material of the present invention can be used as an electrode material. . The active material of the present invention is usually used in the form of the electrode of the lithium battery. Although this active material may be used as either a positive electrode active material or a negative electrode active material, the case where it is used as a negative electrode active material will be described below.

<負極>
負極は、負極集電体の片面または両面に、負極活物質(本発明の活物質材料)、導電剤、及び、結着剤を含む合剤層を有する。この合剤層は、通常、電極の形態とされる。多孔質体などで空孔を有する負極集電体の場合は、空孔中に負極活物質(本発明の活物質材料)、導電剤、結着剤を含む合剤層を有する。この合剤層が全固体電池に用いられる場合は、合剤層中にさらに固体電解質材料を含んでいてもよい。
<Negative Electrode>
The negative electrode has a mixture layer containing a negative electrode active material (the active material of the present invention), a conductive agent, and a binder on one or both sides of the negative electrode current collector. This mixture layer is usually in the form of an electrode. In the case of a negative electrode current collector having pores such as a porous body, the pores have a mixture layer containing a negative electrode active material (the active material of the present invention), a conductive agent, and a binder. When this mixture layer is used in an all-solid battery, the mixture layer may further contain a solid electrolyte material.

<正極>
正極は、正極集電体の片面または両面に、正極活物質、導電剤、及び、結着剤を含む合剤層を有する。
<Positive electrode>
The positive electrode has a mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder on one or both sides of a positive electrode current collector.

前記正極活物質としては、リチウムを吸蔵及び放出可能な材料が使用され、例えば、活物質としては、コバルト、マンガン、ニッケルを含有するリチウムとの複合金属酸化物やリチウム含有オリビン型リン酸塩などが挙げられ、これらの正極活物質は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。このような複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiCo1-xNi(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi1/2Mn3/2等が挙げられ、これらのリチウム複合酸化物の一部は他元素で置換してもよく、コバルト、マンガン、ニッケルの一部をB、Nb、Sn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、Cu、Bi、Mo、La等の少なくとも1種以上の元素で置換したり、Oの一部をSやFで置換したり、あるいは、これらの他元素を含有する化合物を被覆することができる。リチウム含有オリビン型リン酸塩としては、例えば、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、LiMnPO、LiFe1-xMxPO(MはCo、Ni、Mn、Cu、Zn、及び、Cdから選ばれる少なくとも1種であり、xは、0≦x≦0.5である。)等が挙げられる。 As the positive electrode active material, a material capable of intercalating and deintercalating lithium is used. For example, the active material may be a composite metal oxide with lithium containing cobalt, manganese or nickel, or a lithium-containing olivine-type phosphate. These positive electrode active materials can be used singly or in combination of two or more. Examples of such composite metal oxides include LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiCo 1-x Ni x O 2 (0.01<x<1), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 and the like, and a portion of these lithium composite oxides may be substituted with other elements, and cobalt, manganese, and nickel may be partially replaced with B , Nb, Sn, Mg, Fe, Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga, Zn, Cu, Bi, Mo, La, etc., or substitute a part of O with S or It can be substituted with F or coated with a compound containing these other elements. Lithium-containing olivine-type phosphates include, for example, LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , LiMnPO 4 , LiFe 1-x MxPO 4 (M is at least one selected from Co, Ni, Mn, Cu, Zn, and Cd). 1 type, and x is 0≦x≦0.5.) and the like.

前記正極用の導電剤、及び、結着剤としては、負極と同様のものが挙げられる。前記正極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、焼成炭素、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの等が挙げられる。これらの材料の表面を酸化してもよく、表面処理により正極集電体表面に凹凸を付けてもよい。また、集電体の形態としては、例えば、シート、ネット、フォイル、フィルム、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。 Examples of the positive electrode conductive agent and the binder include those similar to those for the negative electrode. Examples of the positive electrode current collector include aluminum, stainless steel, nickel, titanium, calcined carbon, and aluminum or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver. The surface of these materials may be oxidized, or the surface of the positive electrode current collector may be roughened by surface treatment. Examples of forms of current collectors include sheets, nets, foils, films, punched materials, laths, porous bodies, foams, fibers, nonwoven fabrics, and the like.

<非水電解液>
非水電解液は、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものである。この非水電解液には特に制限は無く、種々のものを用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent. The non-aqueous electrolyte is not particularly limited, and various types can be used.

前記電解質塩としては、非水電解質に溶解するものが用いられ、例えば、LiPF、LiBF、LiPO、LiN(SOF)、LiClO等の無機リチウム塩、LiN(SOCF、LiN(SO、LiCFSO、LiC(SOCF、LiPF(CF、LiPF(C、LiPF(CF、LiPF(iso-C、LiPF(iso-C)等の鎖状のフッ化アルキル基を含有するリチウム塩や、(CF(SONLi、(CF(SONLi等の環状のフッ化アルキレン鎖を含有するリチウム塩、ビス[オキサレート-O,O’]ホウ酸リチウムやジフルオロ[オキサレート-O,O’]ホウ酸リチウム等のオキサレート錯体をアニオンとするリチウム塩が挙げられる。これらの中でも、特に好ましい電解質塩は、LiPF、LiBF、LiPO、及び、LiN(SOF)であり、最も好ましい電解質塩はLiPFである。これらの電解質塩は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。また、これらの電解質塩の好適な組み合わせとしては、LiPFを含み、更にLiBF、LiPO、及び、LiN(SOF)から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が非水電解液中に含まれている場合が好ましい。 As the electrolyte salt , one that dissolves in a non - aqueous electrolyte is used . CF3 ) 2 , LiN( SO2C2F5 ) 2 , LiCF3SO3 , LiC ( SO2CF3 ) 3 , LiPF4 ( CF3 ) 2 , LiPF3 ( C2F5 ) 3 , LiPF3 (CF 3 ) 3 , LiPF 3 (iso-C 3 F 7 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ) and other lithium salts containing chain-like fluorinated alkyl groups, and (CF 2 ) 2 ( Lithium salts containing cyclic alkylene fluoride chains such as SO 2 ) 2 NLi, (CF 2 ) 3 (SO 2 ) 2 NLi, lithium bis[oxalate-O,O′]borate and difluoro[oxalate-O, Lithium salts having an anion of an oxalate complex such as lithium O'] borate are exemplified. Among these, particularly preferred electrolyte salts are LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 and LiN(SO 2 F) 2 , and the most preferred electrolyte salt is LiPF 6 . These electrolyte salts can be used singly or in combination of two or more. A suitable combination of these electrolyte salts includes LiPF 6 and at least one lithium salt selected from LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN(SO 2 F) 2 in the non-aqueous electrolyte. It is preferable if it is contained in

一方、前記非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エステル、エーテル、アミド、リン酸エステル、スルホン、ラクトン、ニトリル、S=O結合含有化合物等が挙げられ、環状カーボネートを含むことが好ましい。なお、「鎖状エステル」なる用語は、鎖状カーボネート及び鎖状カルボン酸エステルを含む概念として用いる。 On the other hand, examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, chain esters, ethers, amides, phosphoric acid esters, sulfones, lactones, nitriles, S=O bond-containing compounds, etc., and include cyclic carbonates. is preferred. The term "chain ester" is used as a concept including chain carbonates and chain carboxylic acid esters.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、1,2-ブチレンカーボネート、2,3-ブチレンカーボネート、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(FEC)、トランスもしくはシス-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(以下、両者を総称して「DFEC」という)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、及び、4-エチニル-1,3-ジオキソラン-2-オン(EEC)から選ばれる一種又は二種以上が挙げられ、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、2,3-ブチレンカーボネート、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン及び4-エチニル-1,3-ジオキソラン-2-オン(EEC)から選ばれる一種以上が、蓄電デバイスの充電レート特性の向上や高温動作時のガス発生量を抑制する観点からより好適であり、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、及び、2,3-ブチレンカーボネートから選ばれるアルキレン鎖を有する環状カーボネートの一種以上が更に好適である。全環状カーボネート中のアルキレン鎖を有する環状カーボネートの割合が55体積%~100体積%であることが好ましく、60体積%~90体積%であることが更に好ましい。 Cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), trans or cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one (hereinafter collectively referred to as "DFEC"), vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC), and 4-ethynyl- One or more selected from 1,3-dioxolan-2-one (EEC), ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 4-fluoro-1, One or more selected from 3-dioxolan-2-one and 4-ethynyl-1,3-dioxolan-2-one (EEC) improves the charge rate characteristics of the power storage device and suppresses the amount of gas generated during high-temperature operation. From this point of view, one or more cyclic carbonates having an alkylene chain selected from propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate are more preferable. The ratio of the cyclic carbonate having an alkylene chain in the total cyclic carbonate is preferably 55% by volume to 100% by volume, more preferably 60% by volume to 90% by volume.

鎖状エステルとしては、メチルエチルカーボネート(MEC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、メチルイソプロピルカーボネート(MIPC)、メチルブチルカーボネート、及び、エチルプロピルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の非対称鎖状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート、及びジブチルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の対称鎖状カーボネート、ピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、ピバリン酸プロピル等のピバリン酸エステル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酢酸メチル、及び、酢酸エチル(EA)から選ばれる1種又は2種以上の鎖状カルボン酸エステルが好適に挙げられる。 Chain esters include one or more asymmetric chain carbonates selected from methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propyl carbonate (MPC), methyl isopropyl carbonate (MIPC), methyl butyl carbonate, and ethyl propyl carbonate. , dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate, one or more symmetric chain carbonates selected from dibutyl carbonate, methyl pivalate, ethyl pivalate, pivalic acid such as propyl pivalate One or more chain carboxylic acid esters selected from esters, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl acetate, and ethyl acetate (EA) are suitable.

<リチウム電池の構造>
本発明のリチウム電池の構造は特に限定されるものではなく、正極、負極、及び、単層又は複層のセパレータを有するコイン電池、さらに、正極、負極、及び、ロール状のセパレータを有する円筒型電池や角型電池等が一例として挙げられる。
<Structure of Lithium Battery>
The structure of the lithium battery of the present invention is not particularly limited, and includes a coin battery having a positive electrode, a negative electrode, and a single-layer or multi-layer separator, and a cylindrical battery having a positive electrode, a negative electrode, and a rolled separator. A battery, a rectangular battery, etc. are mentioned as an example.

前記セパレータとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持った絶縁性の薄膜が用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース紙、ガラス繊維紙、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド微多孔膜などが挙げられ、2種以上を組み合わせて構成された多層膜としたものも用いることができる。またこれらのセパレータ表面にPVDF、シリコン樹脂、ゴム系樹脂などの樹脂や、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸化マグネシウムなどの金属酸化物の粒子などをコーティングすることもできる。前記セパレータの孔径としては、一般的に電池用として有用な範囲であればよく、例えば、0.01μm~10μmである。前記セパレータの厚みとしては、一般的な電池用の範囲であればよく、例えば5μm~300μmである。 As the separator, an insulating thin film having a high ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. For example, polyethylene, polypropylene, cellulose paper, glass fiber paper, polyethylene terephthalate, polyimide microporous membrane, etc., can be used. Moreover, the surfaces of these separators can be coated with resins such as PVDF, silicone resins and rubber resins, and particles of metal oxides such as aluminum oxide, silicon dioxide and magnesium oxide. The pore size of the separator may generally be in a range useful for batteries, and is, for example, 0.01 μm to 10 μm. The thickness of the separator may be within the range for general batteries, for example, 5 μm to 300 μm.

<固体電解質>
固体電解質とは、その内部においてイオンを移動させることができる固体状の電解質のことである。特に、無機固体電解質は定常状態では固体であるため、通常カチオンおよびアニオンに解離または遊離していない。無機固体電解質は周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有するものであれば特に限定されず電子伝導性をほとんど有さないものが一般的である。無機固体電解質は硫化物無機固体電解質と酸化物無機固体電解質が代表例として挙げられる。特に、高いイオン伝導性を有し、室温での加圧のみで、粒界の少ない緻密な成形体が形成できる点で、硫化物固体電解質が好ましく用いられる。なお、本発明の周期律表とは、IUPAC(国際純正応用化学連合)の規定に基づく長周期型の元素の周期律表をいう。
<Solid electrolyte>
A solid electrolyte is a solid electrolyte in which ions can move. In particular, since inorganic solid electrolytes are solid in the steady state, they are usually not dissociated or released into cations and anions. The inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it has conductivity of metal ions belonging to Group 1 of the periodic table, and generally has almost no electronic conductivity. Typical examples of inorganic solid electrolytes include sulfide inorganic solid electrolytes and oxide inorganic solid electrolytes. In particular, a sulfide solid electrolyte is preferably used because it has high ion conductivity and can form a dense compact with few grain boundaries only by applying pressure at room temperature. In addition, the periodic table of the present invention refers to the periodic table of long period type elements based on the regulations of IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry).

硫化物無機固体電解質は非晶質ガラスであっても良く、結晶化ガラスであっても良く、結晶性材料であっても良い。硫化物無機固体電解質として、具体的に以下の組み合わせが好適に挙げられるが特に限定されない。
LiS-P、LiS-P-Al、LiS-GeS、LiS-Ga、LiS-GeS-Ga、LiS-GeS-P、LiS-GeS-Sb、LiS-GeS-Al、LiS-SiS、LiS-Al、LiS-SiS-Al、LiS-SiS-P、Li10GeP12
The sulfide inorganic solid electrolyte may be amorphous glass, crystallized glass, or a crystalline material. Specific examples of the sulfide inorganic solid electrolyte include the following combinations, but are not particularly limited.
Li2SP2S5 , Li2SP2S5 - Al2S3 , Li2S - GeS2 , Li2S - Ga2S3 , Li2S - GeS2 - Ga2S3 , Li 2 S—GeS 2 —P 2 S 5 , Li 2 S—GeS 2 —Sb 2 S 5 , Li 2 S—GeS 2 —Al 2 S 3 , Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—Al 2 S 3 , Li 2 S—SiS 2 —Al 2 S 3 , Li 2 S—SiS 2 —P 2 S 5 , Li 10 GeP 2 S 12 .

前記組み合わせの中でも、LiS-Pを組み合わせて製造されるLPSガラ
スおよびLPSガラスセラミックスが好ましい。また上記以外の硫化物無機固体電解質として、LiPSClやLiPSBrなどのアルジェロダイト型固体電解質も好適に挙げられる。
Among the above combinations, LPS glasses and LPS glass-ceramics produced by combining Li 2 SP 2 S 5 are preferred. Algerodite-type solid electrolytes such as Li 6 PS 5 Cl and Li 6 PS 5 Br are also suitable examples of sulfide inorganic solid electrolytes other than those described above.

酸化物系無機固体電解質は、酸素原子を含有し、かつ、周期律表第1族に属する金属イ
オン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。
The oxide-based inorganic solid electrolyte preferably contains oxygen atoms, has metal ion conductivity belonging to Group 1 of the periodic table, and has electronic insulation.

酸化物無機固体電解質としては、例えば、LISICON(Lithium super ionic conductor)型結晶構造を有するLi3.5Zn0.25GeO、ペロブスカイト型結晶構造を有するLa0.55Li0.35TiO、NASICON(Natrium super ionic conductor)型結晶構造を有するLiTi12、ガーネット型結晶構造を有するLiLaZr12(LLZ)、リン酸リチウム(LiPO)、リン酸リチウムの酸素の一部を窒素で置換したLiPON、LiBO-LiSO、LiO-B-P、LiO-SiO、またはLiBaLaTa12等が好適に挙げられる。 Examples of oxide inorganic solid electrolytes include Li3.5Zn0.25GeO4 having a LISICON (lithium superionic conductor ) type crystal structure, La0.55Li0.35TiO3 having a perovskite type crystal structure, LiTi 2 P 3 O 12 having a NASICON (Natrium superionic conductor) type crystal structure, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) having a garnet type crystal structure, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium phosphate LiPON in which part of the oxygen in the _ _ _ _ _ O 12 and the like are preferably exemplified.

無機固体電解質の体積平均粒径は特に限定されないが、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。上限としては、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。 Although the volume average particle diameter of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, it is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more. The upper limit is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less.

次に、実施例、比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から容易に類推可能な様々な組み合わせを包含する。 Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples, and includes various combinations that can be easily analogized from the spirit of the invention.

[実施例1-1]
<原料調製工程>
Tiに対するLiの原子比Li/Tiが0.83になるように、LiCO(平均粒径 4.6μm)とアナターゼ型TiO(比表面積10m/g)を秤量して得た原料粉末に、スラリーの固形分濃度が41質量%となるようにイオン交換水を加えて撹拌し原料混合スラリーを作製した。この原料混合スラリーを、ビーズミル(ウィリー・エ・バッコーフェン社製、形式:ダイノーミル KD-20BC型、アジテーター材質:ポリウレタン、ベッセル内面材質:ジルコニア)を使用して、ジルコニア製のビーズ(外径:0.65mm)をベッセルに80体積%充填し、アジテーター周速13m/s、スラリーフィード速度55kg/hrで、ベッセル内圧が0.02~0.03MPaになるように制御しながら処理して、原料粉末を湿式混合・粉砕した。
[Example 1-1]
<Raw material preparation process>
A raw material obtained by weighing Li 2 CO 3 (average particle diameter 4.6 μm) and anatase-type TiO 2 (specific surface area 10 m 2 /g) so that the atomic ratio Li/Ti of Li to Ti is 0.83. Ion-exchanged water was added to the powder and the mixture was agitated so that the solid content concentration of the slurry was 41% by mass to prepare a raw material mixture slurry. This raw material mixture slurry is processed into zirconia beads (outer diameter: 0.5 mm) using a bead mill (manufactured by Willie & Bakkofen, model: Dyno Mill KD-20BC, agitator material: polyurethane, vessel inner surface material: zirconia). 65 mm) is filled into the vessel at 80% by volume, and the raw material powder is processed at an agitator peripheral speed of 13 m / s and a slurry feed rate of 55 kg / hr while controlling the vessel internal pressure to be 0.02 to 0.03 MPa. Wet-mixed and pulverized.

<焼成工程>
得られた混合スラリーを、付着防止機構を備えたロータリーキルン式焼成炉(炉芯管長さ:4m、炉芯管直径:30cm、外部加熱式)を用い、焼成炉の原料供給側から炉心管内に導入し、窒素雰囲気中で乾燥し、焼成した。このときの、炉心管の水平方向からの傾斜角度を2.5度、炉心管の回転速度を20rpm、焼成物回収側から炉心管内に導入する窒素の流速を20L/分として、炉心管の加熱温度を、原料供給側:600℃、中央部:900℃、焼成物回収側:900℃とし、焼成物の900℃での保持時間を30分とした。
<Baking process>
The obtained mixed slurry is introduced into the furnace core tube from the raw material supply side of the firing furnace using a rotary kiln type firing furnace (furnace core tube length: 4 m, furnace core tube diameter: 30 cm, external heating type) equipped with an adhesion prevention mechanism. , dried in a nitrogen atmosphere and calcined. At this time, the inclination angle of the furnace core tube from the horizontal direction is 2.5 degrees, the rotation speed of the furnace core tube is 20 rpm, and the flow rate of nitrogen introduced into the furnace core tube from the fired material recovery side is 20 L / min. The temperature was set to 600° C. on the raw material supply side, 900° C. on the central portion, and 900° C. on the fired product recovery side, and the time for holding the fired product at 900° C. was 30 minutes.

<後処理工程>
炉心管の焼成物回収側から回収した焼成物を、ビーズミル(アイメックス製、NVM-1.5型)を使用して、流量:5L/min、回転数2143rpmの条件で解砕した。スラリー全量を流量で割り付けた処理時間を1パスの単位時間とし、焼成物の解砕を強化するためパス回数を9回とした。
<Post-treatment process>
The fired product recovered from the fired product recovery side of the furnace tube was pulverized using a bead mill (manufactured by Imex, NVM-1.5 type) under the conditions of a flow rate of 5 L/min and a rotation speed of 2143 rpm. The processing time for allocating the total amount of slurry by the flow rate was set as a unit time for one pass, and the number of passes was set to 9 in order to enhance the pulverization of the fired material.

<表面処理工程>
解砕した焼成粉末に、スラリーの固形分濃度が40質量%となるようにイオン交換水を加え撹拌し、解砕した焼成粉末100gに対して、処理剤として硫酸アルミニウム16水和物(Al(SO・16HO)を3.2質量%加え、混合スラリーを作製した。この混合スラリーを、スプレードライヤー(大河原化工機株式会社製L-8i)を使用して、アトマイザ回転数25000rpm、乾燥温度235℃で、噴霧・乾燥し、造粒した。次に篩を通過した粉末をアルミナ製の匣鉢に入れ、温度25℃で露点が-20℃以下に管理された回収ボックスを出口側に備えたメッシュベルト搬送式連続炉で、500℃で1時間熱処理した。回収ボックス内で熱処理後の粉末を冷却して、篩で分級(スクリーン目開き:53μm)し、篩を通過した粉末をアルミラミネート袋に収集して密閉した後、回収ボックスから取り出し、チタン酸リチウム粉末を製造した。
<Surface treatment process>
Ion-exchanged water is added to the pulverized calcined powder and stirred so that the solid content concentration of the slurry is 40% by mass, and aluminum sulfate 16 hydrate (Al 2 (SO 4 ) 3.16H 2 O) was added in an amount of 3.2% by mass to prepare a mixed slurry. This mixed slurry was sprayed and dried using a spray dryer (L-8i manufactured by Okawara Kakoki Co., Ltd.) at an atomizer rotation speed of 25000 rpm and a drying temperature of 235° C., and granulated. Next, the powder passed through the sieve is placed in an alumina sagger, and a mesh belt conveying continuous furnace equipped with a collection box on the outlet side with a temperature of 25 ° C and a dew point controlled at -20 ° C or less, 1 at 500 ° C. heat treated for hours. The powder after heat treatment is cooled in the recovery box, classified with a sieve (screen opening: 53 μm), and the powder that has passed through the sieve is collected in an aluminum laminate bag and sealed, then taken out from the recovery box and lithium titanate. A powder was produced.

[実施例1-2]
表面処理工程において、処理剤としてモリブデン酸リチウム(LiMoO)を0.48質量%と硫酸アルミニウム16水和物(Al(SO・16HO)を3.2質量%加えた以外は実施例1-1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。詳細は、表1に記載のとおりである。
[Example 1-2]
In the surface treatment step, 0.48% by mass of lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ) and 3.2% by mass of aluminum sulfate hexahydrate (Al 2 (SO 4 ) 3.16H 2 O) are added as treatment agents. Lithium titanate powder was produced in the same manner as in Example 1-1 except for the above. Details are as described in Table 1.

[実施例1-3]
焼成工程において、炉心管の加熱温度を、原料供給側:600℃、中央部:920℃、焼成物回収側:920℃、焼成物の920℃での保持時間を30分とし、後処理工程での解砕パス回数を3回とした以外は実施例1-1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。詳細は、表1に記載のとおりである。
[Example 1-3]
In the firing process, the heating temperature of the furnace tube is set to 600 ° C. on the raw material supply side, 920 ° C. in the center, 920 ° C. on the recovery side of the fired product, and 30 minutes of holding time at 920 ° C. in the post-treatment step. A lithium titanate powder was produced in the same manner as in Example 1-1, except that the number of pulverization passes was changed to 3. Details are as described in Table 1.

[比較例1-1]
焼成工程において、炉心管の加熱温度を、中央部:840℃、焼成物回収側:840℃とし、焼成物の840℃での保持時間を30分とし、後処理工程での解砕パス回数を3回とし、表面処理工程において、処理剤として硫酸アルミニウム16水和物(Al(SO・16HO)の添加量を表1に示すように添加したこと以外は実施例1-1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。
[Comparative Example 1-1]
In the firing process, the heating temperature of the furnace core tube is set to 840 ° C. in the central part, the fired product recovery side is set to 840 ° C., the time to hold the fired product at 840 ° C. is 30 minutes, and the number of crushing passes in the post-treatment process is set. Example 1- except that the amount of aluminum sulfate hexahydrate (Al 2 (SO 4 ) 3 16H 2 O) as shown in Table 1 was added as a treatment agent in the surface treatment step. Lithium titanate powder was produced in the same manner as in 1.

[比較例1-2]
表面処理工程において、処理剤としてモリブデン酸リチウム(LiMoO)0.48質量%をさらに添加するとともに、硫酸アルミニウム16水和物(Al(SO・16HO)の添加量を表1に示すように添加した以外は、比較例1-1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。
[Comparative Example 1-2]
In the surface treatment step, 0.48% by mass of lithium molybdate (Li 2 MoO 4 ) is further added as a treatment agent, and the amount of aluminum sulfate hexahydrate (Al 2 (SO 4 ) 3.16H 2 O) is added. Lithium titanate powder was produced in the same manner as in Comparative Example 1-1, except that was added as shown in Table 1.

[比較例1-3]
焼成工程において、炉心管の加熱温度を、中央部:920℃、焼成物回収側:920℃とし、焼成物の920℃での保持時間を30分としたこと、および、処理剤としてモリブデン酸リチウム(LiMoO)0.48質量%をさらに添加したこと以外は、比較例1-1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。
[Comparative Example 1-3]
In the firing process, the heating temperature of the furnace core tube was set to 920 ° C. in the central part, the fired product recovery side: 920 ° C., and the time to hold the fired product at 920 ° C. for 30 minutes, and lithium molybdate as a treatment agent. Lithium titanate powder was produced in the same manner as in Comparative Example 1-1, except that 0.48% by mass of (Li 2 MoO 4 ) was further added.

[比較例1-4]
焼成工程において、炉心管の加熱温度を、中央部:920℃、焼成物回収側:920℃とし、焼成物の920℃での保持時間を30分とし、表面処理工程において、処理剤を添加しなかったこと以外は、比較例1-1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。
[Comparative Example 1-4]
In the firing process, the heating temperature of the furnace core tube is set to 920°C in the central part, the fired product recovery side is set to 920°C, and the time to hold the fired product at 920°C is 30 minutes. Lithium titanate powder was produced in the same manner as in Comparative Example 1-1, except that there was no

[比較例1-5]
表面処理工程において、処理剤を添加しなかったこと以外は、比較例1-1と同様にチタン酸リチウム粉末を製造した。
[Comparative Example 1-5]
A lithium titanate powder was produced in the same manner as in Comparative Example 1-1, except that no treatment agent was added in the surface treatment step.

[金属元素の含有量の測定]
実施例1-1~1-3、比較例1-1~1-5のチタン酸リチウム粉末(以下、各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末と記すことがある)に含まれる金属元素の含有量を以下のようにして測定した。
[Measurement of metal element content]
Metal elements contained in the lithium titanate powders of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 to 1-5 (hereinafter sometimes referred to as lithium titanate powders of Examples and Comparative Examples) Content was measured as follows.

<蛍光X線分析(XRF):モリブデン、アルミニウム、不純物含有量の同定>
蛍光X線誘分析装置(エスアイアイ・テクノロジー株式会社製、商品名「SPS5100」)を用いて、各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末に含まれる元素を定量分析した。チタン酸リチウム粉末そのものを測定サンプルとして用いて、元素の含有量の質量割合から算出した。なお、金属不純物量は、鉄(Fe)、クロム(Cr),ニッケル(Ni)の含有量の合計とする。
<X-ray fluorescence analysis (XRF): molybdenum, aluminum, identification of impurity content>
Elements contained in the lithium titanate powder of each example and comparative example were quantitatively analyzed using a fluorescent X-ray induction spectrometer (manufactured by SII Technology Co., Ltd., trade name "SPS5100"). Using the lithium titanate powder itself as a measurement sample, it was calculated from the mass ratio of the element content. The amount of metal impurities is the sum of the contents of iron (Fe), chromium (Cr), and nickel (Ni).

[粉末物性の測定]
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末の各種物性を以下のようにして測定した。
[Measurement of powder properties]
Various physical properties of the lithium titanate powder of each example and comparative example were measured as follows.

<比表面積の測定>
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末の比表面積(m/g)は、全自動BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、商品名「Macsorb HM model-1208」)を使用して、吸着ガスは窒素ガスを使用した。測定サンプル粉末を0.5g秤量し、φ12標準セル(HM1201-031)に入れ、100℃真空下で0.5時間脱気した後、BET一点法で測定した。また、BET法によって求めた比表面積から算出される比表面積相当径DBETについては、特許文献1に記載の方法にて測定した。
<Measurement of specific surface area>
The specific surface area (m 2 /g) of the lithium titanate powder of each example and comparative example was measured using a fully automatic BET specific surface area measuring device (manufactured by Mountec Co., Ltd., trade name "Macsorb HM model-1208"). Nitrogen gas was used as the adsorption gas. 0.5 g of the measurement sample powder was weighed, placed in a φ12 standard cell (HM1201-031), degassed at 100° C. under vacuum for 0.5 hours, and then measured by the BET single-point method. Further, the diameter equivalent to the specific surface area DBET calculated from the specific surface area determined by the BET method was measured by the method described in Patent Document 1.

<一次粒子、及び、二次粒子のD50の算出:乾式レーザー回折散乱法>
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末のD50は、レーザー回折・散乱型粒度分布測定機(日機装株式会社製、マイクロトラックMT3300EXII)を使用して測定した粒度分布曲線より算出した。50mlのイオン交換水を測定溶媒として収容した容器に50mgの試料を投入し、目視で粉が測定溶媒中に均一に分散したと分かるくらいまで容器を手で振り、容器を測定セルに収容して測定した。解砕処理は、装置内の超音波器で超音波(30W、3s)をかけた。さらに測定溶媒をスラリーの透過率が適正範囲(装置の緑のバーで表示される範囲)になるまで加えて粒度分布測定を行った。得られた粒度分布曲線から、解砕前後の混合粉末のD50を算出した。なお、解砕前D50が二次粒子のD50、解砕後D50が一次粒子のD50に相当する。
<Calculation of D50 of primary particles and secondary particles: dry laser diffraction scattering method>
The D50 of the lithium titanate powder of each example and comparative example was calculated from a particle size distribution curve measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac MT3300EXII). Put 50 mg of sample into a container containing 50 ml of ion-exchanged water as a measurement solvent, shake the container by hand until the powder is evenly dispersed in the measurement solvent by visual inspection, and place the container in the measurement cell. It was measured. The crushing treatment applied ultrasonic waves (30 W, 3 s) with an ultrasonic device in the apparatus. Further, a measurement solvent was added until the transmittance of the slurry fell within the appropriate range (the range indicated by the green bar on the device), and the particle size distribution was measured. D50 of the mixed powder before and after pulverization was calculated from the obtained particle size distribution curve. The D50 before pulverization corresponds to the D50 of secondary particles, and the D50 after pulverization corresponds to the D50 of primary particles.

<一次粒子のD90、D10、log10(D90)-log10(D10)の算出:乾式レーザー回折散乱法>
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末のD90、D10は、レーザー回折・散乱型粒度分布測定機(日機装株式会社製、マイクロトラックMT3300EXII)を使用して測定した粒度分布曲線より算出した。50mlのイオン交換水を測定溶媒として収容した容器に50mgの試料を投入し、目視で粉が測定溶媒中に均一に分散したと分かるくらいまで容器を手で振り、容器を測定セルに収容して測定した。解砕処理は、装置内の超音波器で超音波(30W、3s)をかけた。さらに測定溶媒をスラリーの透過率が適正範囲(装置の緑のバーで表示される範囲)になるまで加えて粒度分布測定を行った。得られた粒度分布曲線から、累積体積分布が90%となる点の粒径、および、累積体積分布が10%となる点の粒径を求め、解砕後の混合粉末のD90、D10を、一次粒子のD90、D10として算出した。また、得られた一次粒子のD90、D10から、log10(D90)-log10(D10)の値を算出した。
<Calculation of D 90 , D 10 , log 10 (D 90 )-log 10 (D 10 ) of primary particles: dry laser diffraction scattering method>
D 90 and D 10 of the lithium titanate powder of each example and comparative example were calculated from a particle size distribution curve measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac MT3300EXII). . Put 50 mg of sample into a container containing 50 ml of ion-exchanged water as a measurement solvent, shake the container by hand until the powder is evenly dispersed in the measurement solvent by visual inspection, and place the container in the measurement cell. It was measured. The crushing treatment applied ultrasonic waves (30 W, 3 s) with an ultrasonic device in the device. Further, a measurement solvent was added until the transmittance of the slurry fell within the appropriate range (the range indicated by the green bar on the device), and the particle size distribution was measured. From the obtained particle size distribution curve, the particle size at the point where the cumulative volume distribution is 90% and the particle size at the point where the cumulative volume distribution is 10% are obtained, and the D 90 and D 10 of the mixed powder after pulverization are obtained. was calculated as the D 90 and D 10 of the primary particles. Also, the value of log 10 (D 90 )−log 10 (D 10 ) was calculated from D 90 and D 10 of the obtained primary particles.

[電池特性の評価]
各実施例、比較例のチタン酸リチウム粉末を用いてコイン型電池を作製し、それらの電池特性を評価した。評価結果を表1、2に示す。
[Evaluation of battery characteristics]
Using the lithium titanate powder of each example and comparative example, coin-type batteries were produced and their battery characteristics were evaluated. Evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

<負極シートの作製>
負極シートは、室温25℃、露点-20℃以下に管理された部屋で次のようにして作製した。各実施例のチタン酸リチウム粉末を、温度25℃、露点-20℃以下に管理された部屋でアルミラミネート袋から取り出した。取り出した各実施例のチタン酸リチウム粉末を活物質として90質量%、アセチレンブラックを導電剤として5質量%、ポリフッ化ビニリデンを結着剤として5質量%の割合で、次のように混合して塗料を作製した。あらかじめ1-メチル-2-ピロリドンに溶解させたポリフッ化ビニリデンとアセチレンブラックと1-メチル-2-ピロリドンを遊星式撹拌脱泡装置にて混合した後、チタン酸リチウム粉末を加え、全固形分濃度が64質量%となるように調製して、遊星式撹拌脱泡装置にて混合した。その後、1-メチル-2-ピロリドンを加え全固形分濃度が50質量%となるように調製し遊星式撹拌脱泡装置にて混合して塗料を調製した。得られた塗料をアルミニウム箔上に塗布し乾燥させて、後述のコイン電池に用いる負極片面シート、及び、後述のラミネート電池に用いる負極両面シートを作製した。なお、塗工時の目標目付けは7.5mg/cmとした。
<Production of negative electrode sheet>
The negative electrode sheet was prepared as follows in a room controlled to a room temperature of 25° C. and a dew point of −20° C. or lower. The lithium titanate powder of each example was taken out from the aluminum laminate bag in a room controlled at a temperature of 25°C and a dew point of -20°C or less. The lithium titanate powder of each example taken out was mixed as follows at a ratio of 90% by mass as an active material, 5% by mass of acetylene black as a conductive agent, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder. A paint was prepared. After mixing polyvinylidene fluoride, acetylene black and 1-methyl-2-pyrrolidone dissolved in 1-methyl-2-pyrrolidone in advance in a planetary stirring and defoaming device, lithium titanate powder is added and the total solid concentration is was adjusted to 64% by mass and mixed with a planetary stirring deaerator. Thereafter, 1-methyl-2-pyrrolidone was added to adjust the total solid content concentration to 50% by mass, and mixed with a planetary stirring deaerator to prepare a paint. The obtained paint was applied onto an aluminum foil and dried to prepare a negative electrode single-sided sheet for use in coin batteries described later and a negative electrode double-sided sheet for use in laminated batteries described later. The target basis weight for coating was 7.5 mg/cm 2 .

<電極密度の測定>
上記の要領で塗工した負極片面シートをロールプレス機(ロールφ60×150mm、プレス圧40MPa相当)でプレスした後、活物質層の密度を“電極密度”とし測定した。評価結果を表1に示す。電極密度が高いと、一定体積当たりに、より多くの活物質を詰めることができ、結果、電池として利用できる容量が増えるため好ましい。
<Measurement of electrode density>
After pressing the single-sided negative electrode sheet coated in the manner described above with a roll press machine (roll diameter 60×150 mm, press pressure equivalent to 40 MPa), the density of the active material layer was measured as "electrode density". Table 1 shows the evaluation results. When the electrode density is high, more active material can be packed per fixed volume, and as a result, the capacity that can be used as a battery increases, which is preferable.

<正極シートの作製>
活物質としてニッケルコバルトマンガン酸リチウム粉末を用いたこと以外は、活物質、導電剤、及び、結着剤の比率を含めて、前述の<負極シートの作製>にて説明した方法と同じ方法で、正極片面シートを作製した。
<Preparation of positive electrode sheet>
Except for using nickel-cobalt lithium manganate powder as the active material, the same method as described in <Preparation of Negative Electrode Sheet> was used, including the ratios of the active material, the conductive agent, and the binder. , a positive electrode single-sided sheet was produced.

<電解液の調製>
特性評価用の電池に用いる電解液は、次のように調製した。温度25℃で露点-70℃以下に管理されたアルゴングローブボックス内で、エチレンカーボネート(EC):ジメチルカーボネート(DMC)=1:2(体積比)の非水溶媒を調製し、これに電解質塩としてLiPFを1Mの濃度になるように溶解して後述のコイン電池用電解液を調製した。同様にプロピレンカーボネート(PC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:2(体積比)の非水溶媒を調製し、これに電解質塩としてLiPFを1.3Mの濃度になるように溶解して後述のラミネート電池用電解液を調製した。
<Preparation of electrolytic solution>
The electrolytic solution used for the battery for characteristic evaluation was prepared as follows. In an argon glove box controlled at a temperature of 25 ° C. and a dew point of −70 ° C. or less, a non-aqueous solvent of ethylene carbonate (EC): dimethyl carbonate (DMC) = 1: 2 (volume ratio) was prepared, and an electrolyte salt was added thereto. LiPF 6 was dissolved so as to have a concentration of 1M to prepare an electrolyte solution for a coin battery, which will be described later. Similarly, a non-aqueous solvent of propylene carbonate (PC): diethyl carbonate (DEC) = 1:2 (volume ratio) was prepared, and LiPF 6 was dissolved as an electrolyte salt in this to a concentration of 1.3M. was prepared.

<コイン電池の作製>
前述の方法で作製した負極片面シートを直径14mmの円形に打ち抜き、2t/cmの圧力でプレス加工した後、120℃で5時間真空乾燥することによって評価電極を作製した。作製した評価電極と金属リチウム(厚み0.5mm、直径16mmの円形に成形したもの)をグラスフィルター(ADVANTEC製GA-100とワットマン製GF/Cを各1枚ずつ)を介して対向させ、前述の<電解液の調製>にて説明した方法で調製した非水電解液を加えて封止することによって、2032型コイン型電池を作製した。
<Production of coin battery>
A circle having a diameter of 14 mm was punched out from the negative electrode single-sided sheet prepared by the method described above, pressed at a pressure of 2 t/cm 2 , and vacuum-dried at 120° C. for 5 hours to prepare an evaluation electrode. The prepared evaluation electrode and metal lithium (thickness 0.5 mm, diameter 16 mm circular shape) are opposed to each other via a glass filter (ADVANTEC GA-100 and Wattman GF / C). A 2032-type coin-type battery was fabricated by adding a non-aqueous electrolyte prepared by the method described in <Preparation of electrolyte solution> and sealing.

<ラミネート電池の作製>
ラミネート電池は、室温25℃、露点-40℃以下に管理された部屋で次のようにして作製した。前記負極両面シートを2t/cmの圧力でプレス加工した後、リード線接続部分を有する負極を作製した。前記正極両面シートを2t/cmの圧力でプレス加工した後、リード線接続部分を有する正極を作製した。作製した負極と正極は、150℃で12時間真空乾燥した。真空乾燥後の正極と負極を、セパレータ(宇部興産製、UPZ210)を介して対向させ、積層し、アルミ箔のリード線を正極、負極それぞれに接続し、前述の<電解液の調製>にて説明した方法で調製した、ラミネート電池用電解液を加えてアルミラミネートで真空封止することで、評価用のラミネート電池を作製した。このとき電池の容量は30mAhで負極と正極の容量の比(負極容量/正極容量)は1.2であった。次に、エージング工程として、25℃の恒温槽内にて、前述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池に、0.2Cの電流で2.75Vまで充電させ、さらに2.75Vで充電電流が0.05Cの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、0.2Cの電流で1.4Vまで放電させる定電流放電を3サイクル繰り返した。その後、ラミネート電池の体積をアルキメデス法によって測定し、ラミネート電池の初期体積(以下、初期体積と記すことがある)とした。
<Production of laminated battery>
A laminate battery was produced in a room controlled to a room temperature of 25° C. and a dew point of −40° C. or less as follows. After pressing the negative electrode double-sided sheet at a pressure of 2 t/cm 2 , a negative electrode having a lead wire connection portion was produced. After pressing the positive electrode double-sided sheet with a pressure of 2 t/cm 2 , a positive electrode having a lead wire connection portion was produced. The produced negative electrode and positive electrode were vacuum-dried at 150° C. for 12 hours. The positive electrode and the negative electrode after vacuum drying are opposed to each other with a separator (UPZ210 manufactured by Ube Industries, Ltd.) interposed therebetween. A laminated battery for evaluation was produced by adding the electrolytic solution for a laminated battery prepared by the described method and vacuum-sealing with an aluminum laminate. At this time, the capacity of the battery was 30 mAh, and the ratio of the capacities of the negative electrode and the positive electrode (negative electrode capacity/positive electrode capacity) was 1.2. Next, as an aging step, the laminate battery produced by the method described in <Preparation of Laminate Battery> was charged to 2.75 V at a current of 0.2 C in a constant temperature bath at 25 ° C. After performing constant-current constant-voltage charging at 0.75 V until the charging current reaches 0.05 C, constant-current discharging at 0.2 C to 1.4 V was repeated three cycles. After that, the volume of the laminate battery was measured by the Archimedes method to determine the initial volume of the laminate battery (hereinafter sometimes referred to as initial volume).

<コイン電池:初期放電容量、体積エネルギー密度、50レート特性の測定>
25℃の恒温槽内にて、上述の<コイン電池の作製>で説明した方法で作製したコイン型電池に、評価電極にLiが吸蔵される方向を充電として、0.2mA/cmの電流密度で1Vまで充電を行い、さらに1Vで充電電流が0.05mA/cmの電流密度になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、0.2mA/cmの電流密度で2Vまで放電させる定電流放電を3サイクル行った。3サイクル目の放電容量(mAh)をチタン酸リチウムの質量で割ることで、初期放電容量(mAh/g)として求めた。この初期放電容量に、前記で求めた電極密度をかけて、体積エネルギー密度を求めた。体積エネルギー密度が高いと、電池として一定体積あたりに利用できる容量が増えるため、電池の小型化に繋がり好ましい。次に、初期放電容量の1Cに相当する電流で1Vまで充電した後、50Cの電流で2Vまで放電させて、5C放電容量を求めた。その50C放電容量を初期放電容量で除することでレート特性(%)を算出した。チタン酸リチウム粉末の50Cレート容量率が高いと、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に、蓄電デバイスの充電レート特性の向上が期待できる。評価結果を表1に示す。なお1CのCとは充放電するときの電流値を表す。例えば、1Cは理論容量を1/1時間で完全放電(もしくは完全充電)できる電流値を指し、0.1Cなら理論容量を1/0.1時間で完全放電(もしくは完全充電)できる電流値を指す。
<Coin battery: initial discharge capacity, volumetric energy density, measurement of 50 rate characteristics>
A current of 0.2 mA/cm 2 was applied to the coin-type battery produced by the method described in <Production of coin battery> above in a constant temperature bath at 25 ° C., with the direction in which Li is occluded in the evaluation electrode as charging. After charging to 1 V at a density of 1 V and then constant-current constant-voltage charging at 1 V until the charging current reaches a current density of 0.05 mA/cm 2 , the battery is charged to 2 V at a current density of 0.2 mA/cm 2 . Three cycles of constant current discharge were performed. The initial discharge capacity (mAh/g) was obtained by dividing the discharge capacity (mAh) at the third cycle by the mass of lithium titanate. The volume energy density was obtained by multiplying the initial discharge capacity by the electrode density obtained above. If the volume energy density is high, the capacity that can be used as a battery per fixed volume increases, which is preferable because it leads to the miniaturization of the battery. Next, after charging to 1 V with a current corresponding to 1 C of the initial discharge capacity, the battery was discharged to 2 V with a current of 50 C to obtain the 5 C discharge capacity. The rate characteristic (%) was calculated by dividing the 50C discharge capacity by the initial discharge capacity. When the lithium titanate powder has a high 50C rate capacity ratio, it can be expected to improve the charge rate characteristics of an electricity storage device when applied as an electrode material for the electricity storage device. Table 1 shows the evaluation results. Note that C in 1C represents a current value when charging and discharging. For example, 1C refers to the current value that can fully discharge (or fully charge) the theoretical capacity in 1/1 hour, and 0.1C means the current value that can fully discharge (or fully charge) the theoretical capacity in 1/0.1 hour. Point.

<ラミネート電池:初期IMP(インピーダンス)の測定>
前述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池から負極シートを取り出して、両極が負極のシンメトリーセルを作成した。このセルを用いて、-20℃、0.01~10MHzでのIMP(インピーダンス)測定を行い、特定の周波数(1Hz)から-20℃のIMP値(Ω)を求めた。
<Laminate battery: measurement of initial IMP (impedance)>
A negative electrode sheet was taken out from the laminated battery produced by the method described in <Preparation of Laminate Battery> above to prepare a symmetric cell in which both electrodes were negative electrodes. Using this cell, IMP (impedance) measurement was performed at −20° C. and 0.01 to 10 MHz, and the IMP value (Ω) at −20° C. from a specific frequency (1 Hz) was obtained.

<ラミネート電池:初期の-30℃低温入力特性の測定>
前述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池を用いて、25℃ならびに-30℃において、CC(定電流)かつ1C相当の電流値で2.75Vまで充電させた際の充電容量を測定した。この値を、下記の式に導入することで、-30℃での低温入力特性を計算した。

Figure 2023035188000001
<Laminate battery: measurement of initial −30° C. low temperature input characteristics>
Using the laminate battery produced by the method described in <Preparation of laminate battery> above, at 25 ° C. and −30 ° C., CC (constant current) and a current value equivalent to 1 C were charged to 2.75 V. Charge capacity was measured. By introducing this value into the following equation, the low temperature input characteristics at -30°C were calculated.
Figure 2023035188000001

<ラミネート電池:55℃ 400サイクル後の-30℃低温入力特性の測定>
前述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池を用いて、55℃の恒温槽内にて、1Cの電流で2.75Vまで充電させ、さらに2.75Vで充電電流が0.05Cの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、1Cの電流で1.4Vまで放電させる定電流放電を、400サイクル繰り返した。
<Laminate battery: Measurement of -30°C low temperature input characteristics after 400 cycles at 55°C>
Using the laminate battery produced by the method described in <Preparation of Laminate Battery> above, in a constant temperature chamber at 55 ° C., it was charged with a current of 1 C to 2.75 V, and further the charging current was 0 at 2.75 V. After performing constant-current and constant-voltage charging until a current of 0.05 C was performed, constant-current discharging was performed by discharging to 1.4 V at a current of 1 C, which was repeated 400 cycles.

400サイクル後、-30℃において、CC(定電流)かつ1C相当の電流値で2.75Vまで充電させた際の充電容量を測定した。この値を、上記の(式1)に導入することで、-30℃での低温入力特性を計算した。 After 400 cycles, the charge capacity was measured when charging to 2.75 V at −30° C. with CC (constant current) and a current value corresponding to 1C. By introducing this value into the above (Equation 1), the low temperature input characteristics at -30°C were calculated.

<ラミネート電池:60℃ 高温保存後のガス発生量、及び、充電レート特性>
25℃の恒温槽内にて、前述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池に、0.2Cの電流で2.75Vまで充電させた状態で、60℃の恒温槽にて30日間の保存試験を行った。保存試験が終了したラミネート電池の体積をアルキメデス法によって測定し、保存後体積(以下、保存後体積と記すことがある)を測定した。保存後体積から初期体積を差し引いて、ガス発生量(ml)を求め、比較例1-1でのガス発生量を100%とした際の相対値を表1に示す。また、保存試験後の電池を用いて、0.5Cならびに0.2Cの電流値で充電した際の充電容量を求め、比率から充電レート特性を計算した。結果を表1に示す。
<Laminate battery: Amount of gas generated after high temperature storage at 60°C and charge rate characteristics>
In a constant temperature bath at 25 ° C., the laminate battery produced by the method described in <Preparation of Laminate Battery> above was charged to 2.75 V at a current of 0.2 C, and then placed in a constant temperature bath at 60 ° C. A storage test for 30 days was performed. After the storage test, the volume of the laminated battery was measured by the Archimedes method, and the post-storage volume (hereinafter sometimes referred to as the post-storage volume) was measured. By subtracting the initial volume from the post-storage volume, the amount of gas generated (ml) was obtained. Also, using the battery after the storage test, the charge capacity when charged at current values of 0.5 C and 0.2 C was obtained, and the charge rate characteristics were calculated from the ratio. Table 1 shows the results.

Figure 2023035188000002
Figure 2023035188000002

<評価結果>
実施例1-1~1-3のチタン酸リチウム粉末を用いた電極は、電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存後の充電レート特性をバランスよく維持することに優れる結果となった。一方、実施例1-1~1-3と異なる焼成温度や後処理工程または表面処理工程で試作したチタン酸リチウム粉末を用いた場合(比較例1-1~1-5)には、電極密度低下による体積エネルギー密度の減少または低温特性低下や高温作動時のガス発生量や抵抗値が増える結果となった。特に、表面にアルミニウムを含むが実施例1-1と異なる焼成温度や後処理工程で試作した一次粒子のlog10(D90)-log10(D10)の値が0.8より大きいチタン酸リチウム粉末を用いた場合(比較例1-1)には、BET法によって求めた比表面積から算出される比表面積相当径DBETの値が実施例1-1とほぼ同等にも関わらず、電極密度が小さくなった結果、体積エネルギー密度が低くなり、さらに保存後のガス発生量が増加する結果となった。また、実施例1-1と実施例1-3を比べると、焼成温度や後処理工程での解砕パス回数を調整することで、レート特性や低温入力特性をより改善できることが分かった。
<Evaluation results>
The electrodes using the lithium titanate powders of Examples 1-1 to 1-3 maintain well-balanced electrode density, volumetric energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and charge rate characteristics after high temperature storage. Excellent result. On the other hand, when lithium titanate powders were experimentally prepared in different firing temperatures, post-treatment steps, or surface treatment steps from Examples 1-1 to 1-3 (Comparative Examples 1-1 to 1-5), the electrode density This resulted in a decrease in volumetric energy density, a decrease in low-temperature characteristics, and an increase in gas generation and resistance during high-temperature operation. In particular, titanic acid with a log 10 (D 90 )-log 10 (D 10 ) value of greater than 0.8 for primary particles that contain aluminum on the surface but are trial-produced at different firing temperatures and post-treatment steps than in Example 1-1. When lithium powder was used (Comparative Example 1-1), although the value of the equivalent specific surface area DBET calculated from the specific surface area obtained by the BET method was almost the same as in Example 1-1, the electrode density As a result, the volumetric energy density decreased and the amount of gas generated after storage increased. Further, when comparing Example 1-1 and Example 1-3, it was found that rate characteristics and low-temperature input characteristics could be further improved by adjusting the firing temperature and the number of crushing passes in the post-treatment process.

[チタン酸リチウム粉末の製造プロセス条件の影響]
[実施例2-1~2-3]
焼成工程と後処理工程を表2に記載の条件で示すようにしたこと以外は実施例1-2と同様にチタン酸リチウム粉末を製造し、コイン電池ならびにラミネート電池による評価を行った。
[Influence of manufacturing process conditions of lithium titanate powder]
[Examples 2-1 to 2-3]
Lithium titanate powder was produced in the same manner as in Example 1-2 except that the firing process and post-treatment process were performed under the conditions shown in Table 2, and evaluation was performed using coin batteries and laminate batteries.

Figure 2023035188000003
Figure 2023035188000003

<評価結果>
実施例2-1~2-3のチタン酸リチウム粉末を用いた電極は、電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、及び、初期の低温入力特性をバランスよく維持することに優れる傾向にあることが分かった。特に、後処理工程での解砕パス回数を調整することで、電極密度や初期の低温入力特性をより改善できることが分かった。
<Evaluation results>
The electrodes using the lithium titanate powders of Examples 2-1 to 2-3 tended to be excellent in maintaining well-balanced electrode density, volume energy density, rate characteristics, and initial low-temperature input characteristics. Do you get it. In particular, it was found that the electrode density and initial low temperature input characteristics can be further improved by adjusting the number of crushing passes in the post-treatment process.

(全固体二次電池)
[実施例3-1]
アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、上記実施例1-2のチタン酸リチウム粉末、及び、硫化物固体電解質であるLiPSCl粉末(レーザー回折・散乱型粒度分布測定機を使用して得られる体積平均粒径:6μm)をチタン酸リチウム粉末:LiPSCl=60:40の質量比になるように秤量し、メノウ乳鉢で混合した。次に80mLのジルコニアポットにジルコニアボール(直径3mm、20g)を投入し、混合した粉末を投入した。その後、このポットを遊星型ボールミル機にセットし、回転数200rpmで15分間撹拌を続け、実施例2-1の負極活物質組成物を得た。得られた負極活物質組成物を 室温で10分プレス(360MPa)することで直径10mm、厚さ約0.7mmのペレット(成形体)を作製した。この負極活物質組成物を含むペレット状電極、セパレータ層としてペレット状の固体電解質層(LiS:P=75:25のモル比であるLPSガラス)、及び、対極としてのリチウムインジウム合金箔をこの順で積層し、積層体をステンレススチール製の集電体で挟むことで全固体二次電池を作製し、0.05C、0.5-2.0Vの充放電を行い、電池特性を評価した。結果、初回に133mAh/gの放電容量を確認し、全固体二次電池の活物質としても有効に作動することを確認した。
(all-solid secondary battery)
[Example 3-1]
In a glove box under an argon atmosphere, the lithium titanate powder of Example 1-2 and the Li 6 PS 5 Cl powder, which is a sulfide solid electrolyte (obtained using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer). The volume average particle diameter obtained: 6 μm) was weighed so that the mass ratio of lithium titanate powder: Li 6 PS 5 Cl=60:40, and mixed in an agate mortar. Next, zirconia balls (diameter 3 mm, 20 g) were put into an 80 mL zirconia pot, and the mixed powder was put thereinto. After that, this pot was set in a planetary ball mill, and stirring was continued for 15 minutes at a rotation speed of 200 rpm to obtain a negative electrode active material composition of Example 2-1. The obtained negative electrode active material composition was pressed (360 MPa) for 10 minutes at room temperature to prepare a pellet (molded body) having a diameter of 10 mm and a thickness of about 0.7 mm. A pellet-shaped electrode containing this negative electrode active material composition, a pellet-shaped solid electrolyte layer (LPS glass having a molar ratio of Li 2 S:P 2 S 5 =75:25) as a separator layer, and lithium indium as a counter electrode The alloy foils are laminated in this order, and the laminate is sandwiched between stainless steel current collectors to produce an all-solid secondary battery. properties were evaluated. As a result, a discharge capacity of 133 mAh/g was confirmed for the first time, and it was confirmed that the material works effectively as an active material for an all-solid secondary battery.

[比較例3-1]
チタン酸リチウム粉末を、比較例1-5のチタン酸リチウム粉末に変更した以外は、上記実施例3-1と同様にして、全固体二次電池を作製し、電池特性を評価した。結果、初回に118mAh/gの放電容量を確認し、実施例3-1よりも放電容量が劣る結果となった。
[Comparative Example 3-1]
An all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 3-1 above, except that the lithium titanate powder of Comparative Example 1-5 was used, and battery characteristics were evaluated. As a result, a discharge capacity of 118 mAh/g was confirmed for the first time, resulting in a discharge capacity inferior to that of Example 3-1.

本発明で得られるチタン酸リチウム粉末は、電極密度、体積エネルギー密度、レート特性、初期の低温入力特性、及び、高温保存後の充電レート特性をバランスよく維持することに優れ、例えば、電極密度を1.98g/cm以上、体積エネルギー密度334mAh/g以上、50Cレート特性74%以上、初期の低温入力特性46%以上、及び、高温保存後の充電レート特性93%以上となる電池特性を有するので、リチウムイオン二次電池の電極活物質として有用であり、また、このチタン酸リチウムを電極活物質として用いるリチウムイオン二次電池は、安定した高速充放電ができるため、自動車や電子機器等、各種機器の駆動用またはバックアップ用、家庭や事務所等での夜間電力貯蔵用の二次電池などの蓄電デバイスとして有用である。 The lithium titanate powder obtained in the present invention is excellent in maintaining well-balanced electrode density, volumetric energy density, rate characteristics, initial low temperature input characteristics, and charge rate characteristics after high temperature storage. It has battery characteristics of 1.98 g/cm 3 or more, volume energy density of 334 mAh/g or more, 50C rate characteristics of 74% or more, initial low temperature input characteristics of 46% or more, and charge rate characteristics after high temperature storage of 93% or more. Therefore, it is useful as an electrode active material for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary batteries using this lithium titanate as an electrode active material can charge and discharge stably at high speed. It is useful as a power storage device such as a secondary battery for driving or backing up various devices and for storing power at night in homes and offices.

Claims (7)

LiTi12を主成分とするチタン酸リチウム粉末であって、前記チタン酸リチウム粉末の一次粒子表面にアルミニウム(Al)が局所的に存在し、前記チタン酸リチウム粉末のアルミニウム含有量が0.2質量%以上であり、かつ、次式(I)を満たすことを特徴とするチタン酸リチウム粉末。
log10(D90)-log10(D10) < 0.8 (I)
(なお、D90とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が90%となる点の粒径を示し、D10とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が10%となる点の粒径を示す。)
A lithium titanate powder containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component, wherein aluminum (Al) is locally present on the surface of primary particles of the lithium titanate powder, and the aluminum content of the lithium titanate powder is A lithium titanate powder having a content of 0.2% by mass or more and satisfying the following formula (I).
log10 ( D90 ) - log10 ( D10 ) < 0.8 (I)
(D 90 indicates the particle size at which the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles is 90% in the particle size distribution, and D 10 indicates the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles in the particle size distribution of 10%. indicates the particle size at the point where
前記チタン酸リチウム粉末において、次式(II)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のチタン酸リチウム粉末。
log10(D90)-log10(D10) < 0.7 (II)
(なお、D90とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が90%となる点の粒径を示し、D10とは粒度分布において一次粒子の粒径の累積体積分布が10%となる点の粒径を示す。)
2. The lithium titanate powder according to claim 1, wherein the lithium titanate powder satisfies the following formula (II).
log10 ( D90 ) - log10 ( D10 ) < 0.7 (II)
(D 90 indicates the particle size at which the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles is 90% in the particle size distribution, and D 10 indicates the cumulative volume distribution of the particle size of the primary particles in the particle size distribution of 10%. indicates the particle size at the point where
粒度分布において体積累積が50%に相当する一次粒子の粒径D50が0.5μm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のチタン酸リチウム粉末。 3. The lithium titanate powder according to claim 1 or 2, wherein the particle size D50 of the primary particles corresponding to 50% volume accumulation in the particle size distribution is 0.5 µm or more. 前記チタン酸リチウム粉末において、チタン酸リチウムの一次粒子と二次粒子を含み、かつ、次式(III)を満たすことを特徴とする請求項3に記載のチタン酸リチウム粉末。
一次粒子のD50 /二次粒子のD50 ≦ 0.05 (III)
4. The lithium titanate powder according to claim 3, wherein the lithium titanate powder contains primary particles and secondary particles of lithium titanate and satisfies the following formula (III).
D 50 of primary particles/D 50 of secondary particles ≤ 0.05 (III)
前記チタン酸リチウム粉末において、比表面積が6m/g以上であることを特徴とする請求項4に記載のチタン酸リチウム粉末。 The lithium titanate powder according to claim 4, wherein the lithium titanate powder has a specific surface area of 6 m2 /g or more. 請求項1~5のいずれかに記載のチタン酸リチウム粉末を含むことを特徴とする電極。 An electrode comprising the lithium titanate powder according to any one of claims 1 to 5. 請求項6に記載の電極を含むことを特徴とする蓄電デバイス。 An electricity storage device comprising the electrode according to claim 6 .
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