JP2023047466A - Positive electrode active material nanoparticle mixture for lithium ion secondary battery, and method of manufacturing lithium ion secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material nanoparticle mixture for lithium ion secondary battery, and method of manufacturing lithium ion secondary battery Download PDF

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Shogo Tanaka
弘樹 山下
Hiroki Yamashita
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Abstract

To provide a positive electrode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery, with which rate characteristics of a lithium ion secondary battery can be effectively enhanced while a high discharge capacity in the lithium ion secondary battery is retained, and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery utilizing the same.SOLUTION: A positive electrode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery is a mixture of nanoparticles A which are represented by the following formula (a): LifMngFehM1xPO4...(a) and have an average particle size of 50-200 nm, and surfaces of which each are covered with carbon with a coverage of 5-70%, and nanoparticles B which are represented by the following formula (b): LiM2aMnbO4...(b) and have an average particle size of 50 -200 nm, a mass ratio (A:B) of the nanoparticles A and the nanoparticles B in the mixture being 95:5 to 70:30.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、高い放電容量を保持しつつレート特性を向上させるリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体、及びそれを活用したリチウムイオン二次電池の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positive electrode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery that improves rate characteristics while maintaining a high discharge capacity, and a method for producing a lithium ion secondary battery using the same.

リチウムイオン二次電池等の二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートPC、ハイブリッド自動車、電気自動車等広い分野に利用されている。こうしたリチウムイオン二次電池の正極材料として、LiMnxFe1-xPO4のような、いわゆるリン酸マンガンリチウムやリン酸鉄リチウム等のオリビン型構造を有する粒子は、その安全性の高さや放電容量の大きさから有望視されてはいるものの、レート特性には課題が残る。一方、LiMnO2等のスピネル構造を有する粒子は、レート特性の向上に寄与し得るものの、充分な放電容量の確保には課題が残る。
こうしたことから、さらなる電池特性の向上を試みるべく、従来よりこれらの粒子を活用した種々の開発がなされている。
Secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are used in a wide range of fields such as mobile phones, digital cameras, notebook PCs, hybrid vehicles, and electric vehicles. As a positive electrode material for such lithium ion secondary batteries, particles having an olivine type structure such as lithium manganese phosphate and lithium iron phosphate, such as LiMn x Fe 1-x PO 4 , are highly safe and dischargeable. Although it is considered promising due to its large capacity, issues remain regarding rate characteristics. On the other hand, particles having a spinel structure such as LiMnO 2 can contribute to the improvement of rate characteristics, but there remains a problem in securing sufficient discharge capacity.
For this reason, various developments using these particles have been conventionally made in order to try to further improve the battery characteristics.

例えば、特許文献1には、LiFePO4等の鉄成分を含むリチウム化合物と、割合を5質量%以下とするLiMn24等の特定のリチウム化合物とを有する正極活物質が開示されており、リチウムイオン電池の劣化の防止を図っている。また、特許文献2には、オリビン型リン酸マンガンリチウムとスピネル型マンガン酸リチウムとが混合され、前者の混合割合を10~90質量%とする非水電解質二次電池用正極が開示されており、高容量、安全性、サイクル特性に優れる非水電解質二次電池の提供を試みている。 For example, Patent Document 1 discloses a positive electrode active material comprising a lithium compound containing an iron component such as LiFePO 4 and a specific lithium compound such as LiMn 2 O 4 in a proportion of 5% by mass or less, It is designed to prevent deterioration of lithium-ion batteries. Further, Patent Document 2 discloses a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which olivine-type lithium manganese phosphate and spinel-type lithium manganate are mixed, and the mixture ratio of the former is 10 to 90% by mass. , attempts to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery with high capacity, safety, and excellent cycle characteristics.

国際公開第2011/096469号WO2011/096469 特開2006―278256号公報JP-A-2006-278256

しかしながら、特許文献1~2に記載の技術であっても、得られるリチウムイオン二次電池において、高い放電容量を維持しながらレート特性を有効に高めるには、依然として改善の余地がある。 However, even with the techniques described in Patent Documents 1 and 2, there is still room for improvement in order to effectively improve the rate characteristics while maintaining a high discharge capacity in the resulting lithium ion secondary battery.

したがって、本発明の課題は、リチウムイオン二次電池における高い放電容量を保持しながらレート特性を効果的に高めることのできるリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体、及びそれを活用したリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is a positive electrode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery that can effectively improve the rate characteristics while maintaining a high discharge capacity in the lithium ion secondary battery, and a mixture that utilizes the same. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.

そこで本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、特定の平均粒径を有し、かつ表面に特定量の炭素が被覆してなるリン酸マンガン鉄リチウムナノ粒子と、LiMnO2等の特定の式で表されるナノ粒子との特定の質量比での混合体であることにより、リチウムイオン二次電池において、高い放電容量を保持しながらレート特性の向上を図ることのできるリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体が得られることを見出した。 Therefore, as a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that lithium manganese iron phosphate nanoparticles having a specific average particle size and having a surface coated with a specific amount of carbon, and LiMnO By being a mixture at a specific mass ratio with nanoparticles represented by a specific formula such as 2 , it is possible to improve the rate characteristics while maintaining a high discharge capacity in a lithium ion secondary battery. It was found that a positive electrode active material nanoparticle mixture for lithium ion secondary batteries can be obtained.

すなわち、本発明は、下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、平均粒径が50nm~200nmであり、かつ表面において炭素が被覆率5%~70%にて被覆してなるナノ粒子Aと、
下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmであるナノ粒子B
との混合体であって、
混合体中におけるナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)が95:5~70:30であるリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体を提供するものである。
That is, the present invention provides the following formula (a):
LifMngFehM1xPO4 ( a ) _ _
(In formula (a), M1 is from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd f, g, h and x represent one or more selected elements, where 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, Indicates a number that satisfies 0 ≤ x ≤ 0.3 and f + (valence of Mn) x g + (valence of Fe) x h + (valence of M1 ) x = 3.)
and having an average particle size of 50 nm to 200 nm, and a nanoparticle A coated with carbon at a coverage rate of 5% to 70% on the surface;
Formula (b) below:
LiM2aMnbO4 ( b )
(In formula (b), M represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represents a number that satisfies 0≤a≤0.1, 0<b≤2, and (valence of M2 ) x a + (valence of Mn) x b = 7.)
Nanoparticles B represented by and having an average particle size of 50 nm to 200 nm
a mixture of
A cathode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery is provided in which the mass ratio (A:B) of nanoparticles A and nanoparticles B in the mixture is 95:5 to 70:30.

また、本発明は、下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、平均粒径が50nm~200nmであり、かつ表面において炭素が被覆率5%~70%にて被覆してなるナノ粒子Aと、
下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmであるナノ粒子B
とをナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)で95:5~70:30となるように配合し、さらに導電助剤及び結着剤を配合して、正極ペーストを調製する工程
を含む、リチウムイオン二次電池の製造方法を提供するものである。
The present invention also provides the following formula (a):
LifMngFehM1xPO4 ( a ) _ _
(In formula (a), M1 is from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd f, g, h and x represent one or more selected elements, where 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, Indicates a number that satisfies 0 ≤ x ≤ 0.3 and f + (valence of Mn) x g + (valence of Fe) x h + (valence of M1 ) x = 3.)
and having an average particle size of 50 nm to 200 nm, and a nanoparticle A coated with carbon at a coverage rate of 5% to 70% on the surface;
Formula (b) below:
LiM2aMnbO4 ( b )
(In formula (b), M represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represents a number that satisfies 0≤a≤0.1, 0<b≤2, and (valence of M2 ) x a + (valence of Mn) x b = 7.)
Nanoparticles B represented by and having an average particle size of 50 nm to 200 nm
are blended so that the mass ratio (A:B) of nanoparticles A and nanoparticles B is 95:5 to 70:30, and a conductive aid and a binder are blended to prepare a positive electrode paste. The present invention provides a method for manufacturing a lithium ion secondary battery, including the step of

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体によれば、優れた放電容量を保持し、レート特性をも有効に高められたリチウムイオン二次電池を実現することができる。 According to the positive electrode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery of the present invention, it is possible to realize a lithium ion secondary battery that maintains excellent discharge capacity and effectively improves rate characteristics.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体(以下、単に「本発明のナノ粒子混合体」とも称する)は、下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、平均粒径が50nm~200nmであり、かつ表面において炭素が被覆率5%~70%にて被覆してなるナノ粒子Aと、
下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmであるナノ粒子B
との混合体であって、
混合体中におけるナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)が95:5~70:30である
The present invention will be described in detail below.
The positive electrode active material nanoparticle mixture for lithium ion secondary batteries of the present invention (hereinafter also simply referred to as "nanoparticle mixture of the present invention") has the following formula (a):
LifMngFehM1xPO4 ( a ) _ _
(In formula (a), M1 is from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd f, g, h and x represent one or more selected elements, where 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, Indicates a number that satisfies 0 ≤ x ≤ 0.3 and f + (valence of Mn) x g + (valence of Fe) x h + (valence of M1 ) x = 3.)
and having an average particle size of 50 nm to 200 nm, and a nanoparticle A coated with carbon at a coverage rate of 5% to 70% on the surface;
Formula (b) below:
LiM2aMnbO4 ( b )
(In formula (b), M represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represents a number that satisfies 0≤a≤0.1, 0<b≤2, and (valence of M2 ) x a + (valence of Mn) x b = 7.)
Nanoparticles B represented by and having an average particle size of 50 nm to 200 nm
a mixture of
The mass ratio (A:B) of nanoparticles A and nanoparticles B in the mixture is 95:5 to 70:30

このように、本発明のナノ粒子混合体は、特定の式で表され、特定の平均粒径を有し、かつ表面に特定量の炭素が被覆されてなる極微細なナノ粒子Aと、特定の式で表され、かつ特定の平均粒径を有する極微細なナノ粒子Bとが、限られた質量比を保持しながら混合してなる混合体である。これらナノ粒子Aとナノ粒子Bが緻密に混在することにより、ナノ粒子Aの表面に特定量で被覆されてなる炭素の寄与も相乗して、電子導電パスの低下を有効に抑制し、高い放電容量の保持に寄与しながらレート特性の改善を有効に図ることを可能とする。 As described above, the nanoparticle mixture of the present invention comprises ultrafine nanoparticles A represented by a specific formula, having a specific average particle size, and having a surface coated with a specific amount of carbon, and a specific It is a mixture obtained by mixing ultrafine nanoparticles B represented by the formula and having a specific average particle size while maintaining a limited mass ratio. When these nanoparticles A and B are densely mixed, the contribution of the carbon coated in a specific amount on the surface of the nanoparticles A is synergistic, effectively suppressing the reduction of the electronic conduction path, and high discharge. To effectively improve rate characteristics while contributing to capacity retention.

本発明のナノ粒子混合体を構成するナノ粒子Aは、下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、平均粒径が50nm~200nmであり、かつ表面において炭素が被覆率5%~70%にて被覆してなる。
The nanoparticles A constituting the nanoparticle mixture of the present invention have the following formula (a):
LifMngFehM1xPO4 ( a ) _ _
(In formula (a), M1 is from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd f, g, h and x represent one or more selected elements, where 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, Indicates a number that satisfies 0 ≤ x ≤ 0.3 and f + (valence of Mn) x g + (valence of Fe) x h + (valence of M1 ) x = 3.)
and has an average particle size of 50 nm to 200 nm, and the surface is coated with carbon at a coverage rate of 5% to 70%.

上記式(a)で表されるナノ粒子Aは、少なくとも遷移金属としてマンガン(Mn)及び鉄(Fe)の双方を含むオリビン型リン酸遷移金属リチウム化合物であって、ナノスケールの極微細な粒子である。本発明のナノ粒子混合体は、かかるナノ粒子Aが後述するナノ粒子Bとの間で特定の質量比を保持しつつ、これらのナノ粒子が緻密に混在して構成されてなる混合体であるため、高い放電容量を有効に保持しながら、レート特性の向上を効果的に図ることができる。 The nanoparticles A represented by the above formula (a) are olivine-type lithium transition metal phosphate compounds containing at least both manganese (Mn) and iron (Fe) as transition metals, and are nanoscale ultrafine particles. is. The nanoparticle mixture of the present invention is a mixture in which these nanoparticles are densely mixed while maintaining a specific mass ratio between the nanoparticles A and the nanoparticles B described later. Therefore, it is possible to effectively improve the rate characteristics while effectively maintaining a high discharge capacity.

上記ナノ粒子Aとしては、平均放電電圧の観点から、fについては、0.6≦f≦1.2が好ましく、0.65≦f≦1.15がより好ましく、0.7≦f≦1.1がさらに好ましい。gについては、0.4≦g≦0.8が好ましく、0.5≦g≦0.8がより好ましく、0.7≦g≦0.8がさらに好ましい。hについては、0.2≦h≦0.6が好ましく、0.2≦h≦0.5がより好ましく、0.2≦h≦0.3がさらに好ましい。xについては、0≦x≦0.2が好ましく、0≦x≦0.15がより好ましく、0≦x≦0.1がさらに好ましい。そして、g/hは、いわゆるナノ粒子Aを構成するMnとFeとのモル比であり、0.5≦g/h≦5.0が好ましく、1.0≦g/h≦5.0がより好ましく、2.0≦g/h≦5.0がさらに好ましい。 As for the nanoparticles A, f is preferably 0.6 ≤ f ≤ 1.2, more preferably 0.65 ≤ f ≤ 1.15, and 0.7 ≤ f ≤ 1 from the viewpoint of the average discharge voltage. .1 is more preferred. As for g, 0.4≦g≦0.8 is preferable, 0.5≦g≦0.8 is more preferable, and 0.7≦g≦0.8 is still more preferable. h is preferably 0.2≦h≦0.6, more preferably 0.2≦h≦0.5, and still more preferably 0.2≦h≦0.3. x is preferably 0≤x≤0.2, more preferably 0≤x≤0.15, and still more preferably 0≤x≤0.1. And g/h is the molar ratio of Mn and Fe constituting so-called nanoparticles A, preferably 0.5 ≤ g/h ≤ 5.0, and 1.0 ≤ g/h ≤ 5.0 More preferably, 2.0≤g/h≤5.0.

具体的には、例えばLiMn0.2Fe0.8PO4、LiMn0.3Fe0.7PO4、LiMn0.4Fe0.6PO4、LiMn0.6Fe0.4PO4、LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.75Fe0.15Mg0.1PO4、LiMn0.75Fe0.19Zr0.03PO4、LiMn0.5Fe0.5PO4、Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4、Li0.6Mn0.84Fe0.36PO4等が挙げられる。なかでも
LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4が好ましい。
Specifically , LiMn0.2Fe0.8PO4 , LiMn0.3Fe0.7PO4 , LiMn0.4Fe0.6PO4 , LiMn0.6Fe0.4PO4 , LiMn0.7Fe0.3PO4 , LiMn0.8Fe0.2PO4 , LiMn0.75 _ _ _ _ Fe0.15Mg0.1PO4 , LiMn0.75Fe0.19Zr0.03PO4 , LiMn0.5Fe0.5PO4 , Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4 , Li0.6Mn0.84Fe0.36PO4 and the like . _ _ _ _ _ Among them, LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 and LiMn 0.8 Fe 0.2 PO 4 are preferable.

上記式(a)で表されるナノ粒子Aの平均粒径は、リチウムイオンの挿入及び脱離を有効に促進する観点、及びハンドリングの観点から、50nm~200nmであって、好ましくは70nm~170nmであり、より好ましくは100nm~150nmであり、さらに好ましくは100nm~130nmである。
ここで、ナノ粒子Aにおける「平均粒径」とは、SEM(JSM-7001F、日本電子社製)において観察される粒子100個の平均粒径を意味する。
The average particle diameter of the nanoparticles A represented by the above formula (a) is 50 nm to 200 nm, preferably 70 nm to 170 nm, from the viewpoint of effectively promoting the insertion and extraction of lithium ions and from the viewpoint of handling. , more preferably 100 nm to 150 nm, still more preferably 100 nm to 130 nm.
Here, the "average particle size" in the nanoparticles A means the average particle size of 100 particles observed in SEM (JSM-7001F, manufactured by JEOL Ltd.).

ナノ粒子Aのタップ密度は、電極密度を向上させて、レート特性を効果的に高める観点から、好ましくは0.2g/cm3~1.0g/cm3であり、より好ましくは0.4g/cm3~1.0g/cm3である。 The tap density of the nanoparticles A is preferably 0.2 g/cm 3 to 1.0 g/cm 3 , more preferably 0.4 g/cm 3 from the viewpoint of improving the electrode density and effectively enhancing the rate characteristics. cm 3 to 1.0 g/cm 3 .

ナノ粒子Aは、優れた放電容量を確保して、レート特性のさらなる向上を図る観点から、その粒子の表面に炭素が被覆率5%~70%にて被覆してなる。これにより、ナノ粒子Aとナノ粒子Bが特定の質量比にて緻密に混在してなるナノ粒子混合体において、ナノ粒子Aの表面に特定量で被覆されてなる炭素がナノ粒子混合体中に適度に散在することとなり、電子導電パスの低下を有効に抑制して、高い放電容量の保持に寄与しながらレート特性の改善を有効に図ることができる。 From the viewpoint of securing an excellent discharge capacity and further improving the rate characteristics, the nanoparticles A are coated with carbon at a coverage rate of 5% to 70% on the surface of the particles. As a result, in a nanoparticle mixture in which nanoparticles A and nanoparticles B are densely mixed at a specific mass ratio, the surface of nanoparticles A is coated with a specific amount of carbon in the nanoparticle mixture. Since they are appropriately dispersed, it is possible to effectively suppress the deterioration of the electron conduction path and effectively improve the rate characteristics while contributing to maintaining a high discharge capacity.

ナノ粒子Aは、その表面に炭素が被覆されてなる。かかる炭素は、糖類から選ばれる1種又は2種以上の炭素材料が炭化されて炭素となり、これがナノ粒子Aの表面に被覆してなるものである。かかる糖類から選ばれる1種又は2種以上の炭素材料(後述するように「炭素被覆剤X」とも称する)は、炭化されて炭素となりつつ、糖類以外のポリオール、アミン、及びアミドから選ばれる1種又は2種以上の炭素材料(後述するように「炭素被覆阻害剤Y」とも称する)が介在することによって、効率的にナノ粒子Aの表面に被覆することとなる。
なお、ナノ粒子Aの表面に被覆されてなる炭素は、糖類から選ばれる1種又は2種以上の炭素材料由来の炭素である一方、糖類以外のポリオール、アミン、及びアミドから選ばれる1種又は2種以上の炭素材料は、ナノ粒子Aに残存しない。
The nanoparticles A are coated with carbon on their surfaces. Such carbon is obtained by carbonizing one or two or more carbon materials selected from sugars to form carbon, and the surfaces of the nanoparticles A are coated with the carbon. One or two or more carbon materials selected from such saccharides (also referred to as "carbon coating agent X" as described later) are carbonized to become carbon, and are selected from polyols other than saccharides, amines, and amides. By interposing a seed or two or more kinds of carbon materials (also referred to as "carbon coating inhibitor Y" as described later), the surfaces of the nanoparticles A are efficiently coated.
The carbon coated on the surface of the nanoparticles A is carbon derived from one or more carbon materials selected from sugars, while one or more selected from polyols other than sugars, amines, and amides. Two or more kinds of carbon materials do not remain in nanoparticles A.

糖類から選ばれる1種又は2種以上の炭素材料としては、具体的には、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類;マルトース、スクロース、セロビオース等の二糖類;デンプン、デキストリン、セルロース等の多糖類;セルロースナノファイバー、リグノセルロースナノファイバー、キチンナノファイバー、キトサンナノファイバー等の多糖類のナノファイバーから選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。
なかでも、電子導電パスの低下を有効に抑制して、レート特性の向上に寄与する観点から、セルロースナノファイバー、リグノセルロースナノファイバー、キチンナノファイバー、又はキトサンナノファイバーが好ましい。
Specific examples of one or more carbon materials selected from saccharides include monosaccharides such as glucose, fructose, galactose and mannose; disaccharides such as maltose, sucrose and cellobiose; Polysaccharides: one or more selected from polysaccharide nanofibers such as cellulose nanofibers, lignocellulose nanofibers, chitin nanofibers and chitosan nanofibers.
Among them, cellulose nanofibers, lignocellulose nanofibers, chitin nanofibers, or chitosan nanofibers are preferable from the viewpoint of effectively suppressing deterioration of electronic conduction paths and contributing to improvement of rate characteristics.

ナノ粒子Aの表面における炭素の被覆率は、かかる値を限られた範囲に制御しつつ、かかる炭素をナノ粒子混合体中に適度に散在させて放電容量を維持し、レート特性を効果的に高める観点から、5%~70%であって、好ましくは10%~48%であり、より好ましくは15%~45%である。 The coverage of carbon on the surface of the nanoparticles A is controlled to a limited range, and the carbon is appropriately dispersed in the nanoparticle mixture to maintain the discharge capacity and effectively improve the rate characteristics. From the viewpoint of increasing, it is 5% to 70%, preferably 10% to 48%, more preferably 15% to 45%.

なお、ナノ粒子Aの表面における「炭素の被覆率(%)」とは、次の方法により求めた値を意味する。具体的には、まずTEMの電子顕微鏡観察により、ナノ粒子Aを撮影した1の視野において表面を観察し、炭素が被覆されていないナノ粒子Aの表面、及び炭素が被覆されてなるナノ粒子Aの表面を特定する。次いで、かかる視野中における、これら「炭素が被覆されていないナノ粒子Aの表面の周長さxn」、及び「炭素が被覆されてなるナノ粒子Aの表面の周長さxc」を測定し、xnとxcを合計して「ナノ粒子Aの表面の全周長さxA」とする。
得られた「ナノ粒子Aの表面の全周長さxA」と「炭素が被覆されてなるナノ粒子Aの表面の周長さxc」の値を下記式(1)に導入して1の視野における炭素の被覆率(%)を算出し、50視野において求めた値を平均して、ナノ粒子Aの表面における炭素の被覆率(%)とする。なお、TEMの電子顕微鏡観察において、ナノ粒子Aの表面に炭素が被覆されているか否かについては、1nmまでを特定の限界とする。
炭素の被覆率(%)=[(炭素が被覆されてなるナノ粒子Aの表面の周長さxc)/
(ナノ粒子Aの表面の全周長さxA)]×100・・・(1)
The “carbon coverage (%)” on the surface of the nanoparticles A means a value obtained by the following method. Specifically, first, by electron microscopic observation of TEM, the surface of the nanoparticle A is observed in one field of view, and the surface of the nanoparticle A not coated with carbon and the nanoparticle A coated with carbon identify the surface of Next, in such a field of view, the "perimeter xn of the surface of the nanoparticle A not coated with carbon" and the "perimeter xc of the surface of the nanoparticle A coated with carbon" are measured, The sum of xn and xc is defined as "the total circumference xA of the surface of nanoparticle A".
The values of the obtained "perimeter xA of the surface of the nanoparticle A" and "perimeter xc of the surface of the nanoparticle A coated with carbon" are introduced into the following formula (1), and one field of view is obtained. Calculate the carbon coverage (%) in , and average the values obtained in 50 fields of view to obtain the carbon coverage (%) on the surface of the nanoparticles A. In addition, in TEM electron microscopic observation, whether or not the surface of the nanoparticles A is coated with carbon is defined as a specific limit of up to 1 nm.
Carbon coverage (%) = [(surface perimeter of nanoparticle A coated with carbon xc)/
(Perimeter length xA of surface of nanoparticle A)]×100 (1)

ナノ粒子Aにおける炭素含有量は、上記炭素材料が炭化されてなる炭素の含有量に相当するものであり、ナノ粒子A中に、好ましくは0.5質量%~5.0質量%であり、より好ましくは0.6質量%~5.0質量%であり、さらに好ましくは0.7質量%~5.0質量%である。 The carbon content in the nanoparticles A corresponds to the content of carbon obtained by carbonizing the carbon material, and is preferably 0.5% by mass to 5.0% by mass in the nanoparticles A, More preferably 0.6 mass % to 5.0 mass %, still more preferably 0.7 mass % to 5.0 mass %.

なお、ナノ粒子A中に含有される炭素は、ナノ粒子A表面に存在する上記炭素材料が炭化されてなる炭素、すなわち上記炭素材料の原子換算量に相当するものであり、炭素・硫黄分析装置を用いた測定により求められる。
また、表面に炭素が被覆されてなるナノ粒子Aの量は、上記炭素材料が炭化されてなる炭素も含めた量とする。
The carbon contained in the nanoparticles A corresponds to the carbon obtained by carbonizing the carbon material present on the surface of the nanoparticles A, that is, the amount of the carbon material in terms of atoms. obtained by measurement using
Also, the amount of the nanoparticles A whose surface is coated with carbon includes the amount of carbon obtained by carbonizing the carbon material.

ナノ粒子Aにおける導電率は、放電容量を高めつつレート特性の向上に寄与する観点から、好ましくは1.0×10-7S/cm以上であり、より好ましくは5.0×10-7S/cm~1.0×10-2S/cmであり、さらに好ましくは1.0×10-6S/cm~1.0×10-2S/cmである。 The conductivity of the nanoparticles A is preferably 1.0×10 −7 S/cm or more, more preferably 5.0×10 −7 S/cm, from the viewpoint of contributing to the improvement of the rate characteristics while increasing the discharge capacity. /cm to 1.0× 10 −2 S/cm, more preferably 1.0×10 −6 S/cm to 1.0×10 −2 S/cm.

ナノ粒子Aは、例えば、以下の製造方法により得ることができる。具体的には、次の工程(Ia)~(IIa):
(Ia)リチウム化合物、少なくともマンガン化合物及び鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、炭素被覆剤X、炭素被覆阻害剤Y、並びに水を添加してスラリー水iを得た後、水熱反応に付し
て、予備粒子aを得る工程
(IIa)得られた予備粒子aを焼成する工程
を備え、
炭素被覆剤Xが、糖類から選ばれる1種又は2種以上の炭素材料であり、かつ
炭素被覆阻害剤Yが、糖類以外のポリオール、アミン、及びアミドから選ばれる1種又は2種以上の炭素材料である製造方法である。
Nanoparticles A can be obtained, for example, by the following production method. Specifically, the following steps (Ia) to (IIa):
(Ia) After adding a lithium compound, a metal compound containing at least a manganese compound and an iron compound, a phosphoric acid compound, a carbon coating agent X, a carbon coating inhibitor Y, and water to obtain a slurry water i, a hydrothermal reaction is performed. a step of obtaining preliminary particles a; (IIa) a step of firing the obtained preliminary particles a;
The carbon coating agent X is one or two or more carbon materials selected from sugars, and the carbon coating inhibitor Y is one or two or more carbons selected from polyols, amines, and amides other than sugars. It is the manufacturing method that is the material.

上記工程(Ia)は、リチウム化合物、少なくともマンガン化合物及び鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、炭素被覆剤X、炭素被覆阻害剤Y、並びに水を添加してスラリー水iを得た後、水熱反応に付して、予備粒子aを得る工程である。
用いるリチウム化合物としては、水酸化物(例えばLiOH・H2O、LiOH)、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩が挙げられる。なかでも、水酸化物が好ましい。
マンガン化合物としては、酢酸マンガン、硝酸マンガン、酸化マンガン等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、電池特性を高める観点から、酸化マンガンが好ましい。
なお、これらリチウム化合物、及びマンガン化合物とともに、金属化合物として、マンガン化合物及び鉄化合物以外の金属(M1)化合物を用いてもよい。
The step (Ia) includes adding a lithium compound, a metal compound containing at least a manganese compound and an iron compound, a phosphoric acid compound, a carbon coating agent X, a carbon coating inhibitor Y, and water to obtain slurry water i, This is a step of obtaining preliminary particles a by hydrothermal reaction.
Lithium compounds to be used include hydroxides (eg, LiOH.H 2 O, LiOH), carbonates, acetates, and nitrates. Among them, hydroxide is preferable.
Manganese compounds include manganese acetate, manganese nitrate, manganese oxide and the like. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types. Among them, manganese oxide is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics.
In addition to these lithium compounds and manganese compounds, metal (M 1 ) compounds other than manganese compounds and iron compounds may be used as metal compounds.

リン酸化合物としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでもリン酸を用いるのが好ましく、70質量%~90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。 Phosphoric acid compounds include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, and ammonium hydrogen phosphate. Among them, it is preferable to use phosphoric acid, and it is preferable to use it as an aqueous solution having a concentration of 70% by mass to 90% by mass.

炭素被覆剤Xとは、上記糖類から選ばれる1種又は2種以上の炭素材料であり、具体的には、上記と同様のものを用いることができる。なかでも、電子導電パスの低下を有効に抑制して、得られる電池におけるレート特性の向上に寄与する観点から、セルロースナノファイバー、リグノセルロースナノファイバー、キチンナノファイバー、又はキトサンナノファイバーを用いるのが好ましい。 The carbon coating agent X is one or two or more carbon materials selected from the above sugars, and specifically, the same materials as those described above can be used. Among them, cellulose nanofibers, lignocellulose nanofibers, chitin nanofibers, or chitosan nanofibers are preferably used from the viewpoint of effectively suppressing the deterioration of the electronic conduction path and contributing to the improvement of the rate characteristics of the resulting battery. preferable.

炭素被覆阻害剤Yとは、糖類以外のポリオール、アミン、及びアミドから選ばれる1種又は2種以上の炭素材料、すなわち炭素被覆剤X以外のポリオール、及びアミン、及びアミドから選ばれる1種又は2種以上の炭素材料である。このように、工程(Ia)において、上記炭素被覆剤Xとともに炭素被覆阻害剤Yを添加することにより、続く工程(IIa)を経ることにより、ナノ粒子Aの表面の一部に炭素被覆阻害剤Yが被覆しながら、炭素被覆剤Xが被覆されるのを適度に阻害し、ナノ粒子Aの表面における炭素の被覆率を上記範囲に制御することが可能となる。
なお、後述する工程(IIa)を経ることにより、炭素被覆剤Xは炭化されてナノ粒子Aの表面に炭素として被覆される一方、炭素被覆阻害剤Yは焼失し、ナノ粒子Aに残存しないこととなる。
The carbon coating inhibitor Y is one or more carbon materials selected from polyols other than sugars, amines, and amides, i.e., one or more selected from polyols other than the carbon coating agent X, amines, and amides. Two or more carbon materials. Thus, in step (Ia), by adding the carbon coating inhibitor Y together with the carbon coating agent X, through the subsequent step (IIa), the carbon coating inhibitor is partially covered on the surface of the nanoparticles A. It is possible to moderately prevent the carbon coating agent X from being coated while Y is coating, and to control the carbon coating rate on the surface of the nanoparticles A within the above range.
By going through the step (IIa) described later, the carbon coating agent X is carbonized and the surface of the nanoparticles A is coated with carbon, while the carbon coating inhibitor Y is burned off and does not remain on the nanoparticles A. becomes.

糖類以外のポリオールとしては、具体的には、質量平均分子量1000以下のポリエチレングリコール、質量平均分子量2000以下のポリプロピレングリコールであるヒドロキシ基を2つ有するポリオール;質量平均分子量3000以下のヒドロキシ基を3つ以上有するポリエーテルポリオールが挙げられる。なかでも、揮発温度が170℃~400℃であるポリオールが好ましく、より具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘキサントリオール、ヘプタンジオール、ヘプタントリオール、オクタンジオール、オクタントリオール、ノナンジオール、ノナントリオール、デカンジオール、デカントリオール、ドデカンジオール等のヒドロキシ基を2つ有するポリオール;
グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等のヒドロキシ基を3つ以上有するポリオールが挙げられる。
Specific examples of polyols other than sugars include polyethylene glycol having a mass average molecular weight of 1000 or less, and polypropylene glycol having a mass average molecular weight of 2000 or less. Polyether polyols having the above are mentioned. Among them, polyols having a volatilization temperature of 170° C. to 400° C. are preferred, and more specifically, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol. , butanediol, pentanediol, hexanediol, hexanetriol, heptanediol, heptanetriol, octanediol, octanetriol, nonanediol, nonanetriol, decanediol, decanetriol, polyols having two hydroxy groups such as dodecanediol;
Examples include polyols having three or more hydroxy groups, such as glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, and dipentaerythritol.

アミン及びアミドとしては、揮発温度が170℃以上のものが好ましく、具体的には、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の脂肪族アミン、イミダゾール等の複素環式アミン;ホルムアミド、アセトアミド等のアミド;ポリアクリルアミド、ポリ-N-ビニルアセトアミド等のポリアミド;オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミドが挙げられる。 As amines and amides, those having a volatilization temperature of 170° C. or higher are preferable. Specifically, aliphatic amines such as diethanolamine and triethanolamine, heterocyclic amines such as imidazole; amides such as formamide and acetamide; polyacrylamides. , poly-N-vinylacetamide and the like; fatty acid amides such as oleic acid amide and stearic acid amide.

かかる炭素被覆阻害剤Yとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリエタノールアミン、又はオレイン酸アミドが好ましい。 Ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, triethanolamine, or oleic acid amide is preferred as the carbon coating inhibitor Y.

リチウム化合物、少なくともマンガン化合物及び鉄化合物を含む金属化合物、リン酸化合物、炭素被覆剤X、炭素被覆阻害剤Y、並びに水の添加順序は、特に制限されず、一括して添加してもよく、金属化合物、リン酸化合物及び水を先に混合した後に、炭素被覆剤Xと炭素被覆阻害剤Yを同時に添加してもよく、また、金属化合物、リン酸化合物及び水と炭素被覆阻害剤Yを先に混合し、その後炭素被覆剤Xを添加してもよいが、一括して添加するのが好ましい。 The order of addition of the lithium compound, the metal compound containing at least the manganese compound and the iron compound, the phosphoric acid compound, the carbon coating agent X, the carbon coating inhibitor Y, and water is not particularly limited, and may be added all at once. After mixing the metal compound, the phosphate compound and water first, the carbon coating agent X and the carbon coating inhibitor Y may be added at the same time. Although it is possible to mix first and then add the carbon coating agent X, it is preferable to add it all at once.

なお、スラリー水iにおけるリチウム化合物、マンガン化合物及び鉄化合物を含む金属化合物、並びにリン酸化合物の使用量は、適宜目的とするナノ粒子Aの組成に応じて決定し、通常の方法にしたがって調製すればよい。 The amounts of the lithium compound, the metal compound containing the manganese compound and the iron compound, and the phosphoric acid compound used in the slurry water i are appropriately determined according to the composition of the target nanoparticles A, and are prepared according to an ordinary method. Just do it.

炭素被覆剤Xの添加量は、ナノ粒子Aの表面における炭素の被覆率を上記範囲に制御する観点から、炭素被覆剤Xの炭素原子換算量を加味しつつ、ナノ粒子A中における炭素含有量が上記範囲となる量に適宜調整すればよい。
また、炭素被覆阻害剤Yの添加量は、ナノ粒子Aの表面における炭素の被覆率を上記範囲に制御する観点から、炭素被覆剤Xの炭素原子換算での添加量と炭素被覆阻害剤Yの炭素原子換算での添加量との質量比(X/Y)で、好ましくは0.05~3.00であり、より好ましくは0.10~2.00であり、さらに好ましくは0.15~1.50である。
From the viewpoint of controlling the carbon coverage on the surface of the nanoparticles A within the above range, the amount of the carbon coating agent X added is the carbon content in the nanoparticles A while taking into consideration the amount of the carbon coating agent X in terms of carbon atoms. may be appropriately adjusted to an amount within the above range.
In addition, from the viewpoint of controlling the carbon coverage on the surface of the nanoparticles A within the above range, the amount of the carbon coating inhibitor Y to be added is the amount of the carbon coating agent X added in terms of carbon atoms and the amount of the carbon coating inhibitor Y The mass ratio (X/Y) to the added amount in terms of carbon atoms is preferably 0.05 to 3.00, more preferably 0.10 to 2.00, and still more preferably 0.15 to 1.50.

スラリー水iの固形分濃度は、好ましくは20質量部~80質量部であり、より好ましくは30質量部~70質量部であり、さらに好ましくは40質量部~60質量部である。 The solid content concentration of the slurry water i is preferably 20 to 80 parts by mass, more preferably 30 to 70 parts by mass, still more preferably 40 to 60 parts by mass.

水を添加した後、工程(IIa)へ移行する前にスラリー水iを予め撹拌するのが好ましい。かかるスラリー水iの撹拌時間は、好ましくは1分~30分であり、より好ましくは5分~20分である。また、スラリー水iiの温度は、好ましくは10℃~50℃であり、より好ましくは15℃~35℃である。 After adding water, it is preferable to stir the slurry water i in advance before proceeding to step (IIa). The stirring time of the slurry water i is preferably 1 minute to 30 minutes, more preferably 5 minutes to 20 minutes. The temperature of the slurry water ii is preferably 10°C to 50°C, more preferably 15°C to 35°C.

次いで、得られたスラリー水iを水熱反応に付して、予備粒子aを得る。
水熱反応に付する際に用いる水の使用量は、金属化合物の溶解性、撹拌の容易性、及び合成の効率等の観点から、スラリー水i中に含有されるリン酸イオン1モルに対し、好ましくは10モル~50モルであり、より好ましくは12.5モル~45モルである。
Next, the resulting slurry water i is subjected to a hydrothermal reaction to obtain preliminary particles a.
The amount of water used in the hydrothermal reaction is determined from the viewpoint of the solubility of the metal compound, the ease of stirring, the efficiency of synthesis, etc., relative to 1 mol of phosphate ions contained in the slurry water i. , preferably 10 to 50 mol, more preferably 12.5 to 45 mol.

水熱反応は、ナノ粒子Aの平均粒径を上記範囲に制御する観点から、100℃~300℃が好ましく、120℃~250℃がより好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、100℃~300℃で反応を行う場合、この時の圧力は0.1MPa~10MPaであるのが好ましく、130℃~250℃で反応を行う場合の圧力は0.2MPa~4.0MPaであるのが好ましい。水熱反応時間は、ナノ粒子Aの平均粒径を上記範囲に制御する観点から、0.2時間~30時間が好ましく、さらに0.5時間~10時間が好ましい。
得られた予備粒子aは、ろ過後、水で洗浄するのがよい。
From the viewpoint of controlling the average particle diameter of the nanoparticles A within the above range, the hydrothermal reaction is preferably carried out at 100°C to 300°C, more preferably 120°C to 250°C. The hydrothermal reaction is preferably carried out in a pressure vessel, and when the reaction is carried out at 100°C to 300°C, the pressure at this time is preferably 0.1 MPa to 10 MPa, and when the reaction is carried out at 130°C to 250°C. is preferably 0.2 MPa to 4.0 MPa. The hydrothermal reaction time is preferably 0.2 hours to 30 hours, more preferably 0.5 hours to 10 hours, from the viewpoint of controlling the average particle size of the nanoparticles A within the above range.
The obtained preliminary particles a are preferably washed with water after filtration.

上記工程(IIa)は、工程(Ia)で得られた予備粒子aを焼成する工程である。これにより、予備粒子aの表面の一部に炭素被覆阻害剤Yが被覆しながら、炭素被覆剤Xが被覆されるのを適度に阻害して、ナノ粒子Aの表面における炭素の被覆率を上記範囲に制御されたナノ粒子Aを形成することが可能となる。
なお、かかる工程(IIa)を経ることにより、炭素被覆剤Xは炭化されてナノ粒子Aの表面に炭素として被覆される一方、炭素被覆阻害剤Yは焼失し、ナノ粒子Aに残存しないこととなる。
The step (IIa) is a step of firing the preliminary particles a obtained in the step (Ia). As a result, while a part of the surface of the preliminary particle a is coated with the carbon coating inhibitor Y, the coating of the carbon coating agent X is appropriately inhibited, and the carbon coating rate on the surface of the nanoparticle A is reduced as described above. It is possible to form nanoparticles A with a controlled range.
It should be noted that by going through the step (IIa), the carbon coating agent X is carbonized and the surface of the nanoparticles A is coated with carbon, while the carbon coating inhibitor Y is burned off and does not remain on the nanoparticles A. Become.

焼成温度は、ナノ粒子Aの平均粒径を上記範囲に制御し、カーボンの炭化を行う観点から、400℃~1100℃であって、500℃~900℃が好ましく、600℃~800℃がより好ましい。焼成時間は、0.5時間~30時間が好ましく、0.5時間~20時間がより好ましく、さらに0.7時間~10時間が好ましい。焼成雰囲気は、不活性雰囲気下、或いは還元雰囲気下とするのが好ましい。 The firing temperature is 400° C. to 1100° C., preferably 500° C. to 900° C., more preferably 600° C. to 800° C., from the viewpoint of controlling the average particle size of the nanoparticles A within the above range and carbonizing the carbon. preferable. The firing time is preferably 0.5 hours to 30 hours, more preferably 0.5 hours to 20 hours, further preferably 0.7 hours to 10 hours. The firing atmosphere is preferably an inert atmosphere or a reducing atmosphere.

本発明のナノ粒子混合体を構成するナノ粒子Bは、下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmである。
The nanoparticles B constituting the nanoparticle mixture of the present invention have the following formula (b):
LiM2aMnbO4 ( b )
(In formula (b), M represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represents a number that satisfies 0≤a≤0.1, 0<b≤2, and (valence of M2 ) x a + (valence of Mn) x b = 7.)
and has an average particle size of 50 nm to 200 nm.

上記式(b)で表されるナノ粒子Bは、スピネル構造を有する粒子である。上記ナノ粒子Aとともに、かかる極微細なナノ粒子Bが特定の質量比を保持しながら本発明のナノ粒子混合体を構成してなることにより、レート特性を向上させることができる。 The nanoparticles B represented by the above formula (b) are particles having a spinel structure. The rate characteristics can be improved by forming the nanoparticle mixture of the present invention together with the nanoparticles A while maintaining a specific mass ratio of the ultrafine nanoparticles B.

上記式(b)で表されるナノ粒子Bとしては、具体的には、LiMn24、LiNi0.5Mn1.54、LiCoMnO4、LiCrMnO4、LiFeMnO4、LiAlMnO4、LiCu0.5Mn1.54を用いることができる。なかでも、LiMn24が好ましい。 Specific examples of the nanoparticles B represented by the formula ( b) include LiMn2O4 , LiNi0.5Mn1.5O4 , LiCoMnO4 , LiCrMnO4 , LiFeMnO4 , LiAlMnO4 , and LiCu0.5Mn1.5O4 . can be used. Among them, LiMn 2 O 4 is preferred.

ナノ粒子Bの平均粒径は、優れたレート特性を確保する観点、及びハンドリングの観点から、50nm~200nmであって、好ましくは70nm~170nmであり、より好ましくは100nm~150nmであり、さらに好ましくは100nm~120nmである。
ここで、ナノ粒子Bにおける「平均粒径」とは、SEM(JSM-7001F、日本電子社製)において観察される粒子100個の平均粒径を意味する。
The average particle size of the nanoparticles B is 50 nm to 200 nm, preferably 70 nm to 170 nm, more preferably 100 nm to 150 nm, more preferably 100 nm to 150 nm, from the viewpoint of ensuring excellent rate characteristics and handling. is between 100 nm and 120 nm.
Here, the "average particle size" in the nanoparticles B means the average particle size of 100 particles observed in SEM (JSM-7001F, manufactured by JEOL Ltd.).

なお、ナノ粒子Bは、例えば、以下の製造方法により得ることができる。具体的には、次の工程(Ib)~(IIIb):
(Ib)リチウム化合物、及びマンガン化合物を混合して、予備粒子bを得る工程
(IIb)得られた予備粒子bを空気雰囲気にて焼成して、予備粒子b'を得る工程
(IIIb)得られた予備粒子b'を粉砕する工程
を備える製造方法である。
In addition, the nanoparticles B can be obtained, for example, by the following manufacturing method. Specifically, the following steps (Ib) to (IIIb):
(Ib) Step of mixing a lithium compound and a manganese compound to obtain preliminary particles b (IIb) Step of firing the obtained preliminary particles b in an air atmosphere to obtain preliminary particles b′ (IIIb) It is a manufacturing method comprising a step of pulverizing the preliminary particles b'.

上記工程(Ib)は、リチウム化合物、及びマンガン化合物を混合して、予備粒子bを得る工程である。
リチウム化合物としては、上記ナノ粒子Aと同様のものを用い得るが、なかでも炭酸塩が好ましい。
マンガン化合物としては、上記ナノ粒子Aと同様のものを用い得る。
なお、これらリチウム化合物、及びマンガン化合物とともに、これらの化合物以外の金属(M2)化合物を用いてもよい。
The step (Ib) is a step of mixing a lithium compound and a manganese compound to obtain preliminary particles b.
As the lithium compound, the same one as the nanoparticles A can be used, but among them, carbonate is preferable.
As the manganese compound, the same one as the nanoparticles A can be used.
In addition to these lithium compounds and manganese compounds, metal (M 2 ) compounds other than these compounds may also be used.

これらリチウム化合物、マンガン化合物等の使用量は、目的とするナノ粒子Bの組成に応じて適宜を決定し、通常の方法にしたがって混合すればよい。
なお、かかる工程(Ib)においてこれらの化合物を混合するにあたり、ボールミル等の装置を用いればよい。
The amount of the lithium compound, manganese compound, etc. used may be appropriately determined according to the desired composition of the nanoparticles B, and mixed according to an ordinary method.
A device such as a ball mill may be used for mixing these compounds in step (Ib).

上記工程(IIb)は、工程(Ib)で得られた予備粒子bを空気雰囲気にて焼成して、予備粒子b'を得る工程である。
焼成温度は、好ましくは300℃~1100℃であり、より好ましくは500℃~900℃である。焼成時間は、3時間~40時間が好ましく、10時間~20時間がより好ましい。
The step (IIb) is a step of firing the preliminary particles b obtained in the step (Ib) in an air atmosphere to obtain the preliminary particles b'.
The firing temperature is preferably 300°C to 1100°C, more preferably 500°C to 900°C. The firing time is preferably 3 hours to 40 hours, more preferably 10 hours to 20 hours.

上記工程(IIIb)は、工程(IIb)で得られた予備粒子b'を粉砕する工程である。予備粒子b'は粗大粒子であるため、かかる工程(IIIb)を経ることにより、平均粒径が上記範囲に制御されたナノ粒子Bを得ることができる。
なお、かかる工程(IIIb)においてこれらの化合物を混合するにあたり、ボールミル等の装置を用いればよい。粉砕時間は、ナノ粒子Bの平均粒径を上記範囲に制御する観点から、1時間~20時間が好ましく、5時間~20時間がより好ましく、さらに10時間~20時間が好ましい。
The step (IIIb) is a step of pulverizing the preliminary particles b' obtained in the step (IIb). Since the preliminary particles b' are coarse particles, nanoparticles B whose average particle diameter is controlled within the above range can be obtained by going through the step (IIIb).
A device such as a ball mill may be used to mix these compounds in step (IIIb). The pulverization time is preferably 1 hour to 20 hours, more preferably 5 hours to 20 hours, further preferably 10 hours to 20 hours, from the viewpoint of controlling the average particle diameter of the nanoparticles B within the above range.

またナノ粒子Bは、その他ゾル・ゲル法や水熱合成法等の製造方法により得ることもできる。 The nanoparticles B can also be obtained by other production methods such as a sol-gel method and a hydrothermal synthesis method.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体は、ナノ粒子A及びナノ粒子Bが混合されてなるナノ粒子混合体である。
本発明のナノ粒子混合体において、ナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)は、ナノ粒子Aとナノ粒子Bとが緻密に絡み合いながら複合化して、効果的にレート特性を向上させる観点から、95:5~70:30であって、好ましくは90:10~75:25であり、より好ましくは90:10~80:20である。
The positive electrode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery of the present invention is a nanoparticle mixture in which nanoparticles A and nanoparticles B are mixed.
In the nanoparticle mixture of the present invention, the mass ratio (A:B) of the nanoparticles A and the nanoparticles B is such that the nanoparticles A and B are closely entangled and composited to effectively improve the rate characteristics. From the viewpoint of improvement, it is 95:5 to 70:30, preferably 90:10 to 75:25, and more preferably 90:10 to 80:20.

なお、ナノ粒子A及びナノ粒子Bを混合するには、通常の混合方法を採用すればよく、例えば乾式ボールミルを用い、上記所定の質量比を満たす量に調整したナノ粒子Aとナノ粒子Bとを添加して混合することができる。
またその他、乾式ボールミル以外の乾式混合装置を用いて混合してもよく、乳棒と乳鉢を用いた手動法により混合してもよい。
In order to mix nanoparticles A and nanoparticles B, a normal mixing method may be adopted. can be added and mixed.
Alternatively, the mixture may be mixed using a dry mixing apparatus other than a dry ball mill, or may be mixed manually using a pestle and mortar.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体は、リチウムイオン二次電池の正極材料として有用性が高く、かかるナノ粒子混合体を活用して製造したリチウムイオン二次電池は、高い放電容量を保持しつつ、優れたレート特性を発現することができる。 The positive electrode active material nanoparticle mixture for lithium ion secondary batteries of the present invention is highly useful as a positive electrode material for lithium ion secondary batteries, and a lithium ion secondary battery manufactured using such a nanoparticle mixture is Excellent rate characteristics can be exhibited while maintaining a high discharge capacity.

例えば、具体的には、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は、下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、平均粒径が50nm~200nmであり、かつ表面において炭素が被覆率5%~70%にて被覆してなるナノ粒子Aと、
下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmであるナノ粒子B
とをナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)で95:5~70:30となるように配合し、さらに導電助剤及び結着剤を配合して、正極ペーストを調製する工程
を含む。
For example, specifically, the method for producing a lithium ion secondary battery of the present invention comprises the following formula (a):
LifMngFehM1xPO4 ( a ) _ _
(In formula (a), M1 is from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd f, g, h and x represent one or more selected elements, where 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, Indicates a number that satisfies 0 ≤ x ≤ 0.3 and f + (valence of Mn) x g + (valence of Fe) x h + (valence of M1 ) x = 3.)
and having an average particle size of 50 nm to 200 nm, and a nanoparticle A coated with carbon at a coverage rate of 5% to 70% on the surface;
Formula (b) below:
LiM2aMnbO4 ( b )
(In formula (b), M represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represents a number that satisfies 0≤a≤0.1, 0<b≤2, and (valence of M2 ) x a + (valence of Mn) x b = 7.)
Nanoparticles B represented by and having an average particle size of 50 nm to 200 nm
are blended so that the mass ratio (A:B) of nanoparticles A and nanoparticles B is 95:5 to 70:30, and a conductive aid and a binder are blended to prepare a positive electrode paste. including the step of

ナノ粒子A及びナノ粒子Bについては、上述の通りである。かかるナノ粒子Aとナノ粒子Bとをナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)で95:5~70:30となるように配合すればよく、好ましくは質量比(A:B)で90:10~75:25となるように配合すればよく、より好ましくは質量比(A:B)で90:10~80:20となるように配合すればよい。
なお、ナノ粒子A及びナノ粒子Bを配合するにあたり、これらを予め上記質量比(A:B)で混合した混合体として配合してもよく、すなわち予め製造した上述のナノ粒子混合体をそのまま配合してもよい。
Nanoparticles A and nanoparticles B are as described above. The nanoparticles A and B may be blended so that the mass ratio (A:B) of the nanoparticles A and B is 95:5 to 70:30, preferably the mass ratio (A: B) should be 90:10 to 75:25, more preferably 90:10 to 80:20 in mass ratio (A:B).
In addition, in blending nanoparticles A and nanoparticles B, they may be blended as a mixture in which they are mixed in advance at the above mass ratio (A:B), that is, the above-mentioned nanoparticle mixture prepared in advance is blended as it is. You may

そして、さらに導電助剤及び結着剤を配合して、正極ペーストを調製する。
導電助剤としては、アセチレンブラックやケッチェンブラック等のカーボンブラックを用いることができる。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデンやスチレンブタジエンゴム(SBR)等を用いることができる。
またさらに、N-メチル-2-ピロリドン等の溶媒を配合してもよい。
これらナノ粒子A及びナノ粒子B、或いはナノ粒子混合体と、導電助剤及び結着剤、さらに溶媒等を添加、混合して正極ペーストを調製する。これらは一括混合してもよく、適宜順次混合して調製することもできる。
Then, a conductive aid and a binder are further blended to prepare a positive electrode paste.
Carbon black such as acetylene black and ketjen black can be used as the conductive aid. As the binder, polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber (SBR), or the like can be used.
Furthermore, a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone may be blended.
A positive electrode paste is prepared by adding and mixing these nanoparticles A and nanoparticles B, or a nanoparticle mixture, a conductive agent, a binder, a solvent, and the like. These may be mixed all at once, or may be prepared by mixing them one by one as appropriate.

次いで、かかる工程を経ることにより得られた正極ペーストをアルミニウム箔等の集電体上に塗布し、次いでローラープレス等によるプレス成形した後、乾燥することにより正極を得ることができる。かかる正極は、極微細なナノ粒子Aと極微細なナノ粒子Bとが限られた質量比を保持しながら緻密に散在してなることから、効果的に放電容量を高めつつ、レート特性をも有効に高め得る有用性の高い正極を得ることができる。 Next, the positive electrode paste obtained through these steps is applied onto a current collector such as an aluminum foil, press-molded by a roller press or the like, and dried to obtain a positive electrode. In such a positive electrode, the ultrafine nanoparticles A and the ultrafine nanoparticles B are densely dispersed while maintaining a limited mass ratio, so that the discharge capacity is effectively increased and the rate characteristics are also improved. A positive electrode with high usefulness that can be effectively enhanced can be obtained.

得られた正極は、さらに負極と電解液とセパレータ、又は負極と固体電解質を必須構成とすることにより、リチウムイオン二次電池を構築することができる。 A lithium ion secondary battery can be constructed from the obtained positive electrode by further comprising a negative electrode, an electrolytic solution and a separator, or a negative electrode and a solid electrolyte as essential components.

ここで、負極については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。たとえば、リチウム金属、グラファイト、シリコン系(Si、SiOx)、チタン酸リチウム又は非晶質炭素等の炭素材料等を用いることができる。そしてリチウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出し得るインターカレート材料で形成された電極、特に炭素材料を用いることが好ましい。さらに、2種以上の上記の負極材料を併用してもよく、たとえばグラファイトとシリコン系の組み合わせを用いることができる。 Here, as for the negative electrode, as long as it can absorb lithium ions during charging and release lithium ions during discharging, the material composition is not particularly limited, and a known material composition can be used. For example, lithium metal, graphite, silicon-based (Si, SiOx), lithium titanate, carbon materials such as amorphous carbon, and the like can be used. It is preferable to use an electrode made of an intercalate material capable of electrochemically intercalating and deintercalating lithium ions, particularly a carbon material. Furthermore, two or more of the above negative electrode materials may be used in combination, for example, a combination of graphite and silicon can be used.

電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池の電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。 The electrolytic solution is obtained by dissolving a supporting salt in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent that is usually used in the electrolyte of a lithium ion secondary battery, and examples thereof include carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones. , oxolane compounds and the like can be used.

支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF32及びLiN(SO3CF32、LiN(SO2252及びLiN(SO2CF3)(SO249)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。 The type of supporting salt is not particularly limited, but inorganic salts selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 , derivatives of the inorganic salts, LiSO 3 CF 3 , LiC(SO 3 CF 3 ) 2 and LiN(SO 3 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN(SO 2 CF 3 )(SO 2 C 4 F 9 ), and derivatives of said organic salts. is preferably at least one of

セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。 The separator serves to electrically insulate the positive electrode and the negative electrode and retain the electrolyte. For example, a porous synthetic resin film, particularly a porous film of polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene) may be used.

固体電解質は、正極及び負極を電気的に絶縁し、高いリチウムイオン電導性を示すものである。たとえば、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43、Li7La3Zr212、50Li4SiO4・50Li3BO3、Li2.9PO3.30.46、Li3.6Si0.60.44、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO43、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO43、Li10GeP212、Li3.25Ge0.250.754、30Li2S・26B23・44LiI、63Li2S・36SiS2・1Li3PO4、57Li2S・38SiS2・5Li4SiO4、70Li2S・30P25、50Li2S・50GeS2、Li7311、Li3.250.954を用いればよい。 The solid electrolyte electrically insulates the positive and negative electrodes and exhibits high lithium ion conductivity. For example , La0.51Li0.34TiO2.94 , Li1.3Al0.3Ti1.7 ( PO4 ) 3 , Li7La3Zr2O12 , 50Li4SiO4.50Li3BO3 , Li2.9PO3.3N0.46 , Li3.6Si _ _ 0.6P0.4O4 , Li1.07Al0.69Ti1.46 ( PO4 ) 3 , Li1.5Al0.5Ge1.5 ( PO4 ) 3 , Li10GeP2S12 , Li3.25Ge0.25P0.75S4 , 30Li2S . _ 26B2S3.44LiI , 63Li2S.36SiS2.1Li3PO4 , 57Li2S.38SiS2.5Li4SiO4 , 70Li2S.30P2S5 , 50Li2S.50GeS2 , Li7P _ _ _ _ _ 3 S 11 and Li 3.25 P 0.95 S 4 may be used.

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型、角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。 The shape of the lithium-ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and may be various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, or an irregular shape enclosed in a laminated outer package. .

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

[製造例1:ナノ粒子A1の製造]
LiOH・H2O 1272g、及び水4Lを混合してスラリー水i1を得た。次いで、得られたスラリー水i1を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液1153gを35mL/分で滴下し、続いて得られるナノ粒子A1中における炭素含有量を考慮しつつ、炭素被覆剤Xとしてのセルロースナノファイバー(Wma-10002、スギノマシン社製、繊維径4~20nm)を4780g、及び炭素被覆阻害剤Yとしてのプロピレングリコールを91g(セルロースナノファイバーの炭素原子換算量/プロピレングリコールの炭素原子換算量(X/Y)=1.0)を一括して添加し、速度400rpmで12時間撹拌して、Li3PO4を含むスラリー水i2を得た。
得られたスラリー水i2に窒素パージして、スラリー水i2の溶存酸素濃度を0.5mg/Lとした後、スラリー水i2全量に対し、MnSO4・5H2O 1688g、FeSO4・7H2O 834gを添加してスラリー水i3を得た。添加したMnSO4とFeSO4のモル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、70:30であった。
次いで、得られたスラリー水i3をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は0.8MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を-50℃で12時間凍結乾燥して予備粒子a1を得た。
得られた予備粒子a1を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)にて700℃で1時間焼成して、ナノ粒子A1(組成:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Production Example 1: Production of nanoparticles A1]
1272 g of LiOH.H 2 O and 4 L of water were mixed to obtain slurry water i1. Next, while stirring the resulting slurry water i1 at a temperature of 25 ° C. for 3 minutes, 1153 g of an 85% phosphoric acid aqueous solution is added dropwise at 35 mL / min, followed by the carbon content in the nanoparticles A1 obtained. , 4780 g of cellulose nanofiber (Wma-10002, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., fiber diameter 4 to 20 nm) as carbon coating agent X, and 91 g of propylene glycol as carbon coating inhibitor Y (cellulose nanofiber Amount in terms of carbon atoms/amount in terms of carbon atoms of propylene glycol (X/Y)=1.0) was added all at once, and the mixture was stirred at a speed of 400 rpm for 12 hours to obtain slurry water i2 containing Li 3 PO 4 . .
The slurry water i2 thus obtained was purged with nitrogen to adjust the dissolved oxygen concentration of the slurry water i2 to 0.5 mg/L . 834 g was added to obtain slurry water i3. The molar ratio of added MnSO 4 and FeSO 4 (manganese compound:iron compound) was 70:30.
Next, the resulting slurry water i3 was put into an autoclave and hydrothermally reacted at 170° C. for 1 hour. The pressure inside the autoclave was 0.8 MPa. After the hydrothermal reaction, the crystals produced were filtered and then washed with 12 parts by mass of water per 1 part by mass of the crystals. The washed crystals were freeze-dried at −50° C. for 12 hours to obtain preliminary particles a 1 .
The obtained preliminary particles a 1 were sintered at 700° C. for 1 hour in an argon-hydrogen atmosphere (hydrogen concentration 3%) to obtain nanoparticles A1 (composition: LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 ).

[製造例2:ナノ粒子A2の製造]
プロピレングリコールの添加量を606g(セルロースナノファイバーの炭素原子換算量/プロピレングリコールの炭素原子換算量=0.15)とした以外、製造例1と同様にしてナノ粒子A2(組成:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Production Example 2: Production of nanoparticles A2]
Nanoparticles A2 (composition: LiMn 0.7 Fe 0.3 ) were prepared in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of propylene glycol added was 606 g (the amount of cellulose nanofibers in terms of carbon atoms/the amount of propylene glycol in terms of carbon atoms = 0.15). PO4 ) was obtained.

[製造例3:ナノ粒子A3の製造]
プロピレングリコールの添加量を114g(セルロースナノファイバーの炭素原子換算量/プロピレングリコールの炭素原子換算量=0.8)とした以外、製造例1と同様にしてナノ粒子A3(組成:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Production Example 3: Production of nanoparticles A3]
Nanoparticles A3 (composition: LiMn 0.7 Fe 0.3 ) were prepared in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of propylene glycol added was 114 g (the amount of cellulose nanofibers in terms of carbon atoms/the amount of propylene glycol in terms of carbon atoms = 0.8). PO4 ) was obtained.

[製造例4:ナノ粒子A4の製造]
プロピレングリコールの添加量を2273g(セルロースナノファイバーの炭素原子換算量/プロピレングリコールの炭素原子換算量=0.04)とした以外、製造例1と同様にしてナノ粒子A4(組成:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Production Example 4: Production of nanoparticles A4]
Nanoparticles A4 (composition: LiMn 0.7 Fe 0.3 ) were prepared in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of propylene glycol added was 2273 g (the amount of cellulose nanofibers in terms of carbon atoms/the amount of propylene glycol in terms of carbon atoms = 0.04). PO4 ) was obtained.

[製造例5:ナノ粒子A5の製造]
プロピレングリコールの添加量を26g(セルロースナノファイバーの炭素原子換算量/プロピレングリコールの炭素原子換算量=3.5)とした以外、製造例1と同様にしてナノ粒子A5(組成:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Production Example 5: Production of nanoparticles A5]
Nanoparticles A5 (composition: LiMn 0.7 Fe 0.3 ) were prepared in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of propylene glycol added was 26 g (the amount of cellulose nanofibers in terms of carbon atoms/the amount of propylene glycol in terms of carbon atoms = 3.5). PO4 ) was obtained.

[製造例6:ナノ粒子A6の製造]
水熱反応の温度を130℃とした以外、製造例1と同様にしてナノ粒子A6(組成:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Production Example 6: Production of nanoparticles A6]
Nanoparticles A6 (composition: LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 ) were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the hydrothermal reaction temperature was 130°C.

[製造例7:ナノ粒子A7の製造]
水熱反応の時間を3時間とした以外、製造例1と同様にしてナノ粒子A7(組成:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Production Example 7: Production of nanoparticles A7]
Nanoparticles A7 (composition: LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 ) were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the hydrothermal reaction time was 3 hours.

[製造例8:ナノ粒子A8の製造]
水熱反応の時間を6時間とした以外、製造例1と同様にしてナノ粒子A8(組成:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Production Example 8: Production of nanoparticles A8]
Nanoparticles A8 (composition: LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 ) were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the hydrothermal reaction time was changed to 6 hours.

[製造例9:ナノ粒子A9の製造]
水熱反応の時間を6時間とし、かつ焼成時間を3時間とした以外、製造例1と同様にしてナノ粒子A8(組成:LiMn0.7Fe0.3PO4)を得た。
[Production Example 9: Production of nanoparticles A9]
Nanoparticles A8 (composition: LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 ) were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the hydrothermal reaction time was 6 hours and the firing time was 3 hours.

[製造例10:ナノ粒子B1の製造]
LiOH・H2O 420g、及びMnO2 1739gを、円筒型の容器に投入し、ボールミルで1時間混合して、予備粒子b1を得た。c1を空気雰囲気下にて910℃で3時間焼成して、予備粒子b1'を得た。予備粒子b1'を円筒型の容器に投入し、ボールミルで2時間粉砕して、ナノ粒子B1(組成:LiMn24)を得た。
[Production Example 10: Production of nanoparticles B1]
420 g of LiOH.H 2 O and 1739 g of MnO 2 were put into a cylindrical container and mixed for 1 hour in a ball mill to obtain preliminary particles b1. Preliminary particles b1′ were obtained by calcining c1 at 910° C. for 3 hours in an air atmosphere. The preliminary particles b1′ were put into a cylindrical container and pulverized with a ball mill for 2 hours to obtain nanoparticles B1 (composition: LiMn 2 O 4 ).

[製造例11:ナノ粒子B2の製造]
粉砕時間を3時間とした以外、製造例10と同様にしてナノ粒子B2(組成:LiMn24)を得た。
[Production Example 11: Production of nanoparticles B2]
Nanoparticles B2 (composition: LiMn 2 O 4 ) were obtained in the same manner as in Production Example 10, except that the pulverization time was 3 hours.

[製造例12:ナノ粒子B3の製造]
粉砕時間を1.5時間とした以外、製造例10と同様にしてナノ粒子B3(組成:LiMn24)を得た。
[Production Example 12: Production of nanoparticles B3]
Nanoparticles B3 (composition: LiMn 2 O 4 ) were obtained in the same manner as in Production Example 10, except that the pulverization time was 1.5 hours.

[製造例13:ナノ粒子B4の製造]
粉砕時間を1時間とした以外、製造例10と同様にしてナノ粒子B4(組成:LiMn24)を得た。
[Production Example 13: Production of nanoparticles B4]
Nanoparticles B4 (composition: LiMn 2 O 4 ) were obtained in the same manner as in Production Example 10, except that the pulverization time was 1 hour.

[製造例14:ナノ粒子B5の製造]
粉砕時間を0.5時間とした以外、製造例10と同様にしてナノ粒子B5(組成:LiMn24)を得た。
[Production Example 14: Production of nanoparticles B5]
Nanoparticles B5 (composition: LiMn 2 O 4 ) were obtained in the same manner as in Production Example 10, except that the pulverization time was 0.5 hours.

得られたナノ粒子A1~A9、及びナノ粒子B1~B5の物性を表1~2に示す。 Tables 1 and 2 show the physical properties of the nanoparticles A1 to A9 and the nanoparticles B1 to B5 obtained.

《ナノ粒子A及びナノ粒子Bの平均粒径の測定》 SEM(JSM-7001F、日本電子社製)において観察される粒子100個の粒径の平均を平均粒径の値とした。 <<Measurement of Average Particle Size of Nanoparticles A and B>> The average particle size of 100 particles observed in SEM (JSM-7001F, manufactured by JEOL Ltd.) was taken as the value of the average particle size.

《ナノ粒子Aの表面における炭素の被覆率》
TEM(JEM-ARM200F、日本電子株式会社製)を用い、上記方法にしたがって、得られた各ナノ粒子Aにおける炭素の被覆率(%)を求めた。
<<Coverage of carbon on the surface of nanoparticles A>>
Using a TEM (JEM-ARM200F, manufactured by JEOL Ltd.), the carbon coverage (%) of each nanoparticle A obtained was determined according to the method described above.

《ナノ粒子Aの炭素含有量》
炭素・硫黄分析装置(EMIA-220V2、堀場製作所社製)を用い、得られたナノ粒子Aの炭素含有量を測定した。
<<Carbon content of nanoparticles A>>
The carbon content of the obtained nanoparticles A was measured using a carbon/sulfur analyzer (EMIA-220V2, manufactured by Horiba Ltd.).

Figure 2023047466000001
Figure 2023047466000001

Figure 2023047466000002
Figure 2023047466000002

[実施例1~14、比較例1~7]
得られたナノ粒子A及びナノ粒子Bを用い、表3に示す質量比(A:B)にしたがってこれらのナノ粒子を乳棒と乳鉢を用いた手動法により混合し、各混合体を得た。
[Examples 1 to 14, Comparative Examples 1 to 7]
Using the obtained nanoparticles A and nanoparticles B, these nanoparticles were mixed by a manual method using a pestle and mortar according to the mass ratio (A:B) shown in Table 3 to obtain each mixture.

《電池特性(レート特性)の評価》
得られた各混合体を正極材料として用い、リチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られた各混合体、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比90:5:5の配合割合で混合し、これにN-メチル-2-ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
《Evaluation of battery characteristics (rate characteristics)》
Using each obtained mixture as a positive electrode material, a positive electrode for a lithium ion secondary battery was produced. Specifically, each of the obtained mixtures, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were mixed at a mass ratio of 90:5:5, and N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto and sufficiently kneaded to obtain a positive electrode. A slurry was prepared. The positive electrode slurry was applied to a current collector made of aluminum foil having a thickness of 20 μm using a coating machine, and vacuum-dried at 80° C. for 12 hours. After that, it was punched into a disk shape of φ14 mm and pressed at 16 MPa for 2 minutes using a hand press to obtain a positive electrode.

次いで、上記正極を用いてコイン型二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比3:7の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、高分子多孔フィルムを用いた。これらの電池部品を露点が-50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型二次電池(CR-2032)を得た。 Next, a coin-type secondary battery was constructed using the above positive electrode. A lithium foil punched into a diameter of φ15 mm was used as the negative electrode. The electrolytic solution used was obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3:7. A polymer porous film was used as the separator. These battery parts were incorporated and housed in an atmosphere with a dew point of -50°C or less by a conventional method to obtain a coin-type secondary battery (CR-2032).

次いで、得られたコイン型二次電池を用い、放電容量測定装置(HJ-1001SD8、北斗電工社製)にて気温30℃環境での、0.2C、及び10Cでの放電容量(mAh/g)を測定し、下記式(x)によるレート特性の値(容量比(%))を求めた。
レート特性
=[(10Cにおける放電容量)/(0.2Cにおける放電容量)]×100・・(x)
結果を表3に示す。
Then, using the obtained coin-type secondary battery, the discharge capacity (mAh / g ) was measured, and the value of the rate characteristic (capacity ratio (%)) was obtained from the following formula (x).
Rate characteristics = [(discharge capacity at 10C)/(discharge capacity at 0.2C)] × 100 (x)
Table 3 shows the results.

なお、コイン型二次電池を構築するにあたり、得られた各混合体を用いて正極を製造する代わりに、表3に示す質量比となるような量で各ナノ粒子A及びナノ粒子Bを配合し、その合計量とアセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比90:5:5の配合割合で混合して、同様に製造した正極を用いた場合についても、表3に示す結果と同様の結果が得られることを確認した。 In constructing a coin-type secondary battery, instead of manufacturing a positive electrode using each mixture obtained, each nanoparticle A and nanoparticle B are blended in an amount such that the mass ratio is shown in Table 3. Then, when the total amount, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were mixed at a mass ratio of 90:5:5, and a positive electrode manufactured in the same manner was used, the same results as those shown in Table 3 were obtained. I made sure I got it.

Figure 2023047466000003
Figure 2023047466000003

Claims (5)

下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、平均粒径が50nm~200nmであり、かつ表面において炭素が被覆率5%~70%にて被覆してなるナノ粒子Aと、
下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmであるナノ粒子B
との混合体であって、
混合体中におけるナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)が95:5~70:30であるリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体。
Formula (a) below:
LifMngFehM1xPO4 ( a ) _ _
(In formula (a), M1 is from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd f, g, h and x represent one or more selected elements, where 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, Indicates a number that satisfies 0 ≤ x ≤ 0.3 and f + (valence of Mn) x g + (valence of Fe) x h + (valence of M1 ) x = 3.)
and having an average particle size of 50 nm to 200 nm, and a nanoparticle A coated with carbon at a coverage rate of 5% to 70% on the surface;
Formula (b) below:
LiM2aMnbO4 ( b )
(In formula (b), M represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represents a number that satisfies 0≤a≤0.1, 0<b≤2, and (valence of M2 ) x a + (valence of Mn) x b = 7.)
Nanoparticles B represented by and having an average particle size of 50 nm to 200 nm
a mixture of
A positive electrode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery, wherein the mass ratio (A:B) of nanoparticles A and nanoparticles B in the mixture is 95:5 to 70:30.
ナノ粒子Aの表面に被覆してなる炭素が、糖類から選ばれる1種又は2種以上の炭素材料が炭化してなる炭素である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体。 The positive electrode active material nano for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the carbon coated on the surface of the nanoparticles A is carbon obtained by carbonizing one or more carbon materials selected from sugars. particle mixture. ナノ粒子A中における炭素含有量が、0.5質量%~5.0質量%である請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体。 3. The positive electrode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the carbon content in the nanoparticles A is 0.5% by mass to 5.0% by mass. 式(a)中におけるg及びhが、0.5≦g/h≦5.0を満たす請求項1~3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質ナノ粒子混合体。 The positive electrode active material nanoparticle mixture for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein g and h in the formula (a) satisfy 0.5 ≤ g / h ≤ 5.0. . 下記式(a):
LifMngFeh1 xPO4・・・(a)
(式(a)中、M1はMg、Al、Ti、Cu、Zn、Nb、Co、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd及びGdから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。f、g、h及びxは、0<f≦1.2、0.3≦g≦1.2、0.2≦h≦1.2、0≦x≦0.3を満たし、かつf+(Mnの価数)×g+(Feの価数)×h+(M1の価数)×x=3を満たす数を示す。)
で表され、平均粒径が50nm~200nmであり、かつ表面において炭素が被覆率5%~70%にて被覆してなるナノ粒子Aと、
下記式(b):
LiM2 aMnb4 ・・・(b)
(式(b)中、M2はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a及びbは、0≦a≦0.1、0<b≦2、及び(M2の価数)×a+(Mnの価数)×b=7を満たす数を示す。)
で表され、かつ平均粒径が50nm~200nmであるナノ粒子B
とをナノ粒子Aとナノ粒子Bとの質量比(A:B)で95:5~70:30となるように配合し、さらに導電助剤及び結着剤を配合して、正極ペーストを調製する工程
を含む、リチウムイオン二次電池の製造方法。
Formula (a) below:
LifMngFehM1xPO4 ( a ) _ _
(In formula (a), M1 is from Mg, Al, Ti, Cu, Zn, Nb, Co, Ni, Ca, Sr, Y, Zr, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd and Gd f, g, h and x represent one or more selected elements, where 0<f≦1.2, 0.3≦g≦1.2, 0.2≦h≦1.2, Indicates a number that satisfies 0 ≤ x ≤ 0.3 and f + (valence of Mn) x g + (valence of Fe) x h + (valence of M1 ) x = 3.)
and having an average particle size of 50 nm to 200 nm, and a nanoparticle A coated with carbon at a coverage rate of 5% to 70% on the surface;
Formula (b) below:
LiM2aMnbO4 ( b )
(In formula (b), M represents one or more elements selected from Ni, Co, Al, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Zr, Ga, Cu, and Si. a and b represents a number that satisfies 0≤a≤0.1, 0<b≤2, and (valence of M2 ) x a + (valence of Mn) x b = 7.)
Nanoparticles B represented by and having an average particle size of 50 nm to 200 nm
are blended so that the mass ratio (A:B) of nanoparticles A and nanoparticles B is 95:5 to 70:30, and a conductive aid and a binder are blended to prepare a positive electrode paste. A method for manufacturing a lithium ion secondary battery, comprising the step of
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