JP2023142148A - Positive electrode active material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery, and method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用正極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a positive electrode for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, and a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
リチウム二次電池用正極活物質として、リチウム金属複合酸化物が用いられている。リチウム二次電池の充放電を行うと、リチウム二次電池用正極活物質からのリチウムイオンの脱離及びリチウム二次電池用正極活物質へのリチウムイオンの挿入が起こる。リチウム二次電池の充放電を繰り返し行うと、リチウム二次電池用正極活物質が膨張及び収縮を繰り返し、リチウム二次電池用正極活物質にひび割れが生じることがある。このひび割れによりリチウム二次電池のサイクル維持率が低下するため、リチウム二次電池用正極活物質の強度を制御する試みがなされている。 Lithium metal composite oxide is used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries. When a lithium secondary battery is charged and discharged, lithium ions are desorbed from the positive electrode active material for a lithium secondary battery and lithium ions are inserted into the positive electrode active material for a lithium secondary battery. When a lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, the positive electrode active material for a lithium secondary battery repeatedly expands and contracts, and cracks may occur in the positive electrode active material for a lithium secondary battery. Since this cracking reduces the cycle maintenance rate of lithium secondary batteries, attempts have been made to control the strength of positive electrode active materials for lithium secondary batteries.
特許文献1は、Co、Ni及びMnの群から選ばれる1種の元素と、Liとを主成分とする単分散の一次粒子からなるリチウム複合酸化物を開示している。特許文献1に記載のリチウム複合酸化物は、特定の平均粒子径、比表面積及び嵩密度を有し、粒界がない。そのため、正極成型時の正極活物質のプレスや、リチウム二次電池の充放電時正極活物質が膨張及び収縮することで生じる正極活物質のひび割れが起りにくいという特性を有している。
特許文献1に記載のように、単分散の一次粒子からなるリチウム複合酸化物は、ひび割れや破壊が生じにくいが、リチウム二次電池の放電レート特性とサイクル維持率の双方を向上させる観点から、更なる改善の余地がある。
As described in
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、リチウム二次電池の充放電を繰り返し行ってもリチウム二次電池用正極活物質にひび割れが生じ難く、二次電池のサイクル維持率及び放電レート特性を向上することができるリチウム二次電池用正極活物質、これを用いたリチウム二次電池用正極、これを用いたリチウム二次電池及びリチウム二次電池用正極活物質の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is designed to prevent cracks from occurring in the positive electrode active material for a lithium secondary battery even if the lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, thereby improving the cycle maintenance rate and discharge of the secondary battery. Provides a positive electrode active material for lithium secondary batteries that can improve rate characteristics, a positive electrode for lithium secondary batteries using the same, a lithium secondary battery using the same, and a method for producing a positive electrode active material for lithium secondary batteries. The purpose is to
本発明は、以下の態様を有する。
[1]細孔を有し、Liと元素Mを含むリチウム金属複合酸化物の粒子と、前記細孔内に位置し、Siを含む化合物と、を含むリチウム二次電池用正極活物質であって、前記元素MとSiの物質量の総和に対するSiの物質量の割合が、0mol%より大きく、5.0mol%以下であり、圧粉処理前の前記リチウム二次電池用正極活物質の50%累積体積粒度A50に対する35MPaでの圧粉処理後の前記リチウム二次電池用正極活物質の50%累積体積粒度B50の比率であるB50/A50が0.92-1.00である、リチウム二次電池用正極活物質。
[2]前記圧粉処理前の前記リチウム二次電池用正極活物質の10%累積体積粒度A10に対する前記圧粉処理後の前記リチウム二次電池用正極活物質の10%累積体積粒度B10の比率であるB10/A10が0.92-1.00である、[1]に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[3]前記圧粉処理前の前記リチウム二次電池用正極活物質の90%累積体積粒度A90に対する前記圧粉処理後の前記リチウム二次電池用正極活物質の90%累積体積粒度B90の比率であるB90/A90が0.94-1.00である、[1]又は[2]に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[4]前記リチウム金属複合酸化物は、前記元素MとしてNi及び元素Xを含み、前記元素Xは、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、S及びPからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、前記リチウム二次電池用正極活物質に含まれるLiと、前記Niと、前記元素Xの物質量比は、下記式(I)を満たす[1]から[3]のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(ただし、0.9≦b≦1.2及び0<a≦0.2)
[5]前記リチウム二次電池用正極活物質のBET比表面積が2.0m2/g以下である、[1]~[4]の何れか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[6][1]~[5]のいずれか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用正極。
[7][6]に記載のリチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池。
[8]元素Mを含む金属複合化合物とSiを含む溶液とを混合して混合物を得る工程と、前記混合物を乾燥させてSi含有金属複合化合物を得る工程と、前記Si含有金属複合化合物とリチウム化合物を混合して焼成する工程と、を含むリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
[9]前記混合物を得る工程において、前記元素MとSiの物質量の総和に対するSiの物質量の割合が、0mol%より大きく、5.0mol%以下となるよう前記金属複合化合物と前記Siを含む溶液とを混合する、[8]に記載のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
[10]前記リチウム二次電池用正極活物質は、Liと、前記元素MとしてNi及び元素Xを含むリチウム金属複合酸化物を含み、前記元素Xは、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、S及びPからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、前記リチウム二次電池用正極活物質に含まれるLiと、前記Niと、前記元素Xの物質量比は、下記式(I)を満たす[8]又は[9]に記載のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(ただし、0.9≦b≦1.2及び0<a≦0.2)
The present invention has the following aspects.
[1] A positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising particles of a lithium metal composite oxide having pores and containing Li and element M, and a compound containing Si and located in the pores. The ratio of the amount of Si to the total amount of the elements M and Si is greater than 0 mol% and 5.0 mol% or less, B 50 /A 50 , which is the ratio of 50% cumulative volume particle size B 50 of the positive electrode active material for lithium secondary battery after compaction treatment at 35 MPa to % cumulative volume particle size A 50 , is 0.92-1.00. A positive electrode active material for lithium secondary batteries.
[2] The 10% cumulative volume particle size B of the positive electrode active material for a lithium secondary battery after the powder compaction process relative to the 10% cumulative volume particle size A 10 of the positive electrode active material for a lithium secondary battery before the powder compaction process The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [1], wherein the ratio B 10 /A 10 is 0.92-1.00.
[3] The 90% cumulative volume particle size B of the positive electrode active material for lithium secondary batteries after the powder compacting process is 90 relative to the 90% cumulative volume particle size A 90 of the positive electrode active material for a lithium secondary battery before the compacting process. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [1] or [2], wherein the ratio B 90 /A 90 is 0.94-1.00.
[4] The lithium metal composite oxide contains Ni and element X as the element M, and the element X is Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, Mo, Nb, Zn, Sn. , Zr, Ga, B, S, and P, and the material amount ratio of Li, the Ni, and the element X contained in the positive electrode active material for lithium secondary batteries. is the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of [1] to [3], which satisfies the following formula (I).
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(However, 0.9≦b≦1.2 and 0<a≦0.2)
[5] The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of [1] to [4], wherein the positive electrode active material for a lithium secondary battery has a BET specific surface area of 2.0 m 2 /g or less. .
[6] A positive electrode for a lithium secondary battery, comprising the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of [1] to [5].
[7] A lithium secondary battery having the positive electrode for a lithium secondary battery according to [6].
[8] A step of mixing a metal composite compound containing element M and a solution containing Si to obtain a mixture, a step of drying the mixture to obtain a Si-containing metal composite compound, and a step of mixing the Si-containing metal composite compound and lithium. A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising a step of mixing and firing a compound.
[9] In the step of obtaining the mixture, the metal composite compound and the Si are mixed so that the ratio of the amount of Si to the total amount of the elements M and Si is greater than 0 mol% and less than or equal to 5.0 mol%. The method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [8], which comprises mixing the positive electrode active material with a solution containing the lithium secondary battery.
[10] The positive electrode active material for a lithium secondary battery includes Li and a lithium metal composite oxide containing Ni and element X as the element M, where the element X is Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Li is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, B, S, and P, and is contained in the positive electrode active material for lithium secondary batteries. The method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [8] or [9], wherein the material ratio of the Ni, and the element X satisfies the following formula (I).
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(However, 0.9≦b≦1.2 and 0<a≦0.2)
本発明によれば、リチウム二次電池の充放電を繰り返し行ってもリチウム二次電池用正極活物質にひび割れが生じ難く、二次電池のサイクル維持率及び放電レート特性を向上することができるリチウム二次電池用正極活物質、これを用いたリチウム二次電池用正極、これを用いたリチウム二次電池及びリチウム二次電池用正極活物質の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, even if a lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, cracks do not easily occur in the positive electrode active material for a lithium secondary battery, and the lithium lithium battery can improve the cycle retention rate and discharge rate characteristics of the secondary battery. It is possible to provide a positive electrode active material for a secondary battery, a positive electrode for a lithium secondary battery using the same, a lithium secondary battery using the same, and a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
以下、本発明の一態様におけるリチウム二次電池用正極活物質について説明する。以下の複数の実施形態では、好ましい例や条件を共有してもよい。また、本明細書において、各用語を以下に定義する。 Hereinafter, a positive electrode active material for a lithium secondary battery in one embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, preferred examples and conditions may be shared. Moreover, in this specification, each term is defined below.
本願明細書において、金属複合化合物(Metal Composite Compound)を以下「MCC」と称し、リチウム金属複合酸化物(Lithium Metal composite Oxide)を以下「LiMO」と称し、リチウム二次電池用正極活物質(Cathode Active Material for lithium secondary batteries)を以下「CAM」と称す。 In the present specification, a metal composite compound (Metal Composite Compound) is hereinafter referred to as "MCC", a lithium metal composite oxide (Lithium Metal composite Oxide) is hereinafter referred to as "LiMO", and a positive electrode active material for lithium secondary batteries (Cathode Active Material for lithium secondary batteries) is hereinafter referred to as "CAM".
「Ni」とは、ニッケル金属ではなく、ニッケル原子を指す。「Co」及び「Li」等も同様に、それぞれコバルト原子及びリチウム原子等を指す。 "Ni" refers to a nickel atom, not nickel metal. Similarly, "Co" and "Li" etc. refer to a cobalt atom, a lithium atom, etc., respectively.
数値範囲を例えば「1-10μm」又は「1~10μm」と記載した場合、1μmから10μmまでの範囲を意味し、下限値である1μmと上限値である10μmを含む数値範囲を意味する。 For example, when a numerical range is described as "1-10 μm" or "1-10 μm", it means a range from 1 μm to 10 μm, and a numerical range including a lower limit of 1 μm and an upper limit of 10 μm.
[BET比表面積]
BET比表面積は、BET(Brunauer,Emmett,Teller)法によって測定される値である。BET比表面積の測定では、吸着ガスとして窒素ガスを用いる。例えば、測定対象粉末1gを窒素雰囲気中、150℃で30分間乾燥させた後、BET比表面積計(例えば、マウンテック社製、Macsorb(登録商標))を用いて測定することができる(単位:m2/g)。
[BET specific surface area]
The BET specific surface area is a value measured by the BET (Brunauer, Emmett, Teller) method. In the measurement of the BET specific surface area, nitrogen gas is used as the adsorption gas. For example, after drying 1 g of powder to be measured at 150°C for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, measurement can be performed using a BET specific surface area meter (for example, Macsorb (registered trademark) manufactured by Mountech) (unit: m 2 /g).
[累積体積粒度]
累積体積粒度は、レーザー回折散乱法によって測定される値である。具体的には、測定対象、例えばCAMの粉末0.1gを、0.2質量%ヘキサメタりん酸ナトリウム水溶液50mlに投入し、前記粉末を分散させた分散液を得る。次に、得られた分散液についてレーザー回折散乱粒度分布測定装置(例えば、マイクロトラック・ベル株式会社製、マイクロトラックMT3300EXII)を用いて、粒度分布を測定し、体積基準の累積粒度分布曲線を得る。得られた累積粒度分布曲線において、微小粒子側から10%累積時の粒子径の値が10%累積体積粒度(μm)、微小粒子側から50%累積時の粒子径の値が50%累積体積粒度、微小粒子側から90%累積時の粒子径の値が90%累積体積粒度である。
[Cumulative volume particle size]
Cumulative volume particle size is a value measured by laser diffraction scattering method. Specifically, 0.1 g of a powder to be measured, for example, CAM, is added to 50 ml of a 0.2% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution to obtain a dispersion in which the powder is dispersed. Next, the particle size distribution of the obtained dispersion liquid is measured using a laser diffraction scattering particle size distribution measuring device (for example, Microtrac MT3300EXII manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.) to obtain a volume-based cumulative particle size distribution curve. . In the obtained cumulative particle size distribution curve, the particle diameter value when 10% cumulative from the microparticle side is the 10% cumulative volume particle size (μm), and the particle diameter value when 50% cumulative from the microparticle side is the 50% cumulative volume. Particle size: The value of the particle size when 90% cumulative from the fine particle side is the 90% cumulative volume particle size.
[組成分析]
CAMの組成は、測定元素に応じて各粉末を酸又はアルカリに溶解させる処理により溶解した後、ICP発光分光分析装置を用いて測定する。ICP発光分光分析装置としては、例えばOptima7300(株式会社パーキンエルマー製)を使用できる。
[Composition analysis]
The composition of CAM is measured using an ICP emission spectrometer after each powder is dissolved in acid or alkali depending on the element to be measured. As the ICP emission spectrometer, for example, Optima 7300 (manufactured by PerkinElmer Co., Ltd.) can be used.
「サイクル維持率」とは、特定の条件下でリチウム二次電池の充放電を所定の回数繰り返すサイクル試験を行った後の、リチウム二次電池の初期放電容量に対する、充放電を繰り返した後のリチウム二次電池の放電容量の割合を意味する。
本明細書においては、「サイクル維持率」を以下に示す条件で測定する。
"Cycle maintenance rate" refers to the initial discharge capacity of a lithium secondary battery after a cycle test in which the lithium secondary battery is charged and discharged a predetermined number of times under specific conditions. It means the percentage of discharge capacity of a lithium secondary battery.
In this specification, "cycle maintenance rate" is measured under the conditions shown below.
[サイクル試験]
上述の初回充放電試験の後、以下の条件で充放電を行うことを一回のサイクルとし、このサイクルを50回繰り返す試験を行う。
試験温度:25℃
充電最大電圧4.3V、充電電流0.5CA、定電流定電圧充電、0.05CA電流値にて終了
放電最小電圧2.5V、放電電流1CA、定電流放電
[Cycle test]
After the above-mentioned initial charging/discharging test, one cycle is charging/discharging under the following conditions, and a test is performed in which this cycle is repeated 50 times.
Test temperature: 25℃
Maximum charging voltage 4.3V, charging current 0.5CA, constant current constant voltage charging, ends at 0.05CA current value Minimum discharge voltage 2.5V, discharge current 1CA, constant current discharge
50サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で割った値を算出し、この値をサイクル維持率(%)とする。 The value obtained by dividing the discharge capacity at the 50th cycle by the discharge capacity at the 1st cycle is calculated, and this value is taken as the cycle maintenance rate (%).
「放電レート特性」とは、0.2CAでの放電容量を100%とした場合の3CAでの放電容量の比率をいう。この比率が高ければ高いほど電池は高出力を示し、電池性能として好ましい。本明細書では、以下の条件で放電レート試験を行って得られた値を放電レート特性の指標とする。 "Discharge rate characteristic" refers to the ratio of discharge capacity at 3CA when discharge capacity at 0.2CA is taken as 100%. The higher this ratio, the higher the output of the battery, which is preferable in terms of battery performance. In this specification, the value obtained by conducting a discharge rate test under the following conditions is used as an index of discharge rate characteristics.
[放電レート試験]
試験温度:25℃
充電最大電圧4.3V、充電電流0.2CA、定電流定電圧充電
放電最小電圧2.5V、放電電流0.2CAまたは3CA、定電流放電
[Discharge rate test]
Test temperature: 25℃
Maximum charge voltage 4.3V, charging current 0.2CA, constant current constant voltage charging Minimum discharge voltage 2.5V, discharge current 0.2CA or 3CA, constant current discharge
0.2CAで定電流放電させたときの放電容量と3CAで定電流放電させたときの放電容量とを用い、以下の式で求められる3CA/0.2CA放電容量比率を求め、放電レート特性の指標とする。
(3CA/0.2CA放電容量比率)
3CA/0.2CA放電容量比率(%)
=3CAにおける放電容量/0.2CAにおける放電容量×100
Using the discharge capacity when discharging at a constant current of 0.2CA and the discharge capacity when discharging at a constant current of 3CA, calculate the 3CA/0.2CA discharge capacity ratio obtained by the following formula, and calculate the discharge rate characteristic. Use it as an indicator.
(3CA/0.2CA discharge capacity ratio)
3CA/0.2CA discharge capacity ratio (%)
=Discharge capacity at 3CA/Discharge capacity at 0.2CA×100
<リチウム二次電池用正極活物質>
本実施形態のCAMは、細孔を有し、Liと元素Mを含むリチウム金属複合酸化物の粒子と、前記細孔内に位置し、Siを含む化合物と、を含むリチウム二次電池用正極活物質であって、前記元素MとSiの物質量の総和に対するSiの物質量の割合が、0mol%より大きく、5.0mol%以下であり、圧粉処理前の前記リチウム二次電池用正極活物質の50%累積体積粒度A50に対する35MPaでの圧粉処理後の前記リチウム二次電池用正極活物質の50%累積体積粒度B50の比率であるB50/A50が0.92-1.00である。
<Cathode active material for lithium secondary batteries>
The CAM of this embodiment is a positive electrode for a lithium secondary battery, which has pores and includes particles of a lithium metal composite oxide containing Li and element M, and a compound located in the pores and containing Si. The positive electrode for a lithium secondary battery is an active material, and the ratio of the amount of Si to the total amount of the elements M and Si is greater than 0 mol% and not more than 5.0 mol%, and the positive electrode for a lithium secondary battery is not subjected to powder compaction treatment. B 50 /A 50 , which is the ratio of the 50% cumulative volume particle size B 50 of the positive electrode active material for lithium secondary batteries after the powder compaction treatment at 35 MPa to the 50% cumulative volume particle size A 50 of the active material, is 0.92- It is 1.00.
本実施形態におけるCAMは、複数の粒子の集合体である。言い換えれば、本実施形態におけるCAMは、粉末状である。本実施形態において、複数の粒子の集合体は、二次粒子のみを含んでいてもよく、一次粒子と二次粒子の混合物であってもよい。 The CAM in this embodiment is an aggregate of a plurality of particles. In other words, the CAM in this embodiment is in powder form. In this embodiment, the aggregate of a plurality of particles may include only secondary particles, or may be a mixture of primary particles and secondary particles.
本実施形態において、「一次粒子」とは、走査型電子顕微鏡などを用いて5000倍以上30000倍以下の視野にて観察した際に、外観上に粒界が存在しない粒子を意味する。 In the present embodiment, "primary particles" refer to particles that do not have grain boundaries in appearance when observed using a scanning electron microscope or the like at a field of view of 5,000 times or more and 30,000 times or less.
本実施形態において、「二次粒子」とは、前記一次粒子が凝集している粒子である。即ち、二次粒子は一次粒子の凝集体である。二次粒子は、複数の細孔を有する。 In this embodiment, "secondary particles" are particles in which the primary particles are aggregated. That is, the secondary particles are aggregates of primary particles. The secondary particles have multiple pores.
CAMは、細孔を有するLiMOの粒子と、細孔内に位置しSiを含む化合物と、を含む。Siを含む化合物が細孔内に存在すると、Siを含む化合物が細孔表面間のLiMOの結晶の結合を強化する。その結果、リチウム二次電池の充放電を繰り返してもひび割れが生じ難く、サイクル維持率を向上することができる。また、一次粒子間及び前記細孔内にSiを含む化合物が存在することで、充放電の過程で導電性を有するLi含有Si化合物が形成されやすくなり、リチウム二次電池の放電レート特性を向上することができる。 The CAM includes LiMO particles having pores and a compound containing Si located within the pores. When the Si-containing compound is present in the pores, the Si-containing compound strengthens the bond between the LiMO crystals between the pore surfaces. As a result, even if the lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, cracks are less likely to occur, and the cycle retention rate can be improved. In addition, the presence of Si-containing compounds between the primary particles and within the pores facilitates the formation of conductive Li-containing Si compounds during the charging and discharging process, improving the discharge rate characteristics of lithium secondary batteries. can do.
図1は、CAMのSEM断面画像であり、図2は、CAMのSEM断面画像にSi元素のマッピング画像を重ねた画像である。図2では、Si元素の存在する部分が明瞭となるよう、マッピング画像においてSi元素が確認された部分をハッチングで示している。図2からわかるように、Siを含む化合物が細孔内に存在する。 FIG. 1 is a SEM cross-sectional image of CAM, and FIG. 2 is an image in which a mapping image of Si element is superimposed on the SEM cross-sectional image of CAM. In FIG. 2, the portions where the Si element is confirmed in the mapping image are indicated by hatching so that the portions where the Si element is present are clearly shown. As can be seen from FIG. 2, compounds containing Si exist within the pores.
Siを含む化合物は、SiO、SiO2、H4SiO4、H6Si2O7、H2SiO3、H2Si2O5、Li2Si5O11、Li4SiO4、Li2SiO3の少なくとも1つを含んでいてもよい。Li含有Si化合物は、リチウムイオン伝導性を有するため、リチウム二次電池の放電レート特性が向上する。 Compounds containing Si include SiO, SiO 2 , H 4 SiO 4 , H 6 Si 2 O 7 , H 2 SiO 3 , H 2 Si 2 O 5 , Li 2 Si 5 O 11 , Li 4 SiO 4 , Li 2 SiO 3 may be included. Since the Li-containing Si compound has lithium ion conductivity, the discharge rate characteristics of the lithium secondary battery are improved.
SiとLiMOに含まれる元素Mの物質量の総和に対するSiの物質量の割合は、0mol%より大きく、5.0mol%以下であり、0.1-3.0mol%以下であることが好ましく、0.1-2.0mol%以下であることがより好ましい。Siと元素Mの物質量の総和に対するSiの物質量の割合が0mol%より大きいと、LiMOの結晶の結合を強化することができる。Siと元素Mの物質量の総和に対するSi物質量の割合が5mol%以下であると、Li拡散性に優れるため高い容量を得やすい。Siと元素Mの物質量の総和に対するSi物質量の割合が5mol%を超えると、Li拡散性が低下するため、容量低下を招きやすくなる。 The ratio of the amount of Si to the total amount of the element M contained in Si and LiMO is greater than 0 mol% and less than 5.0 mol%, preferably less than 0.1-3.0 mol%, More preferably, it is 0.1-2.0 mol% or less. If the ratio of the amount of Si to the total amount of Si and element M is greater than 0 mol %, the bond between the LiMO crystals can be strengthened. When the ratio of the amount of Si to the total amount of materials of Si and element M is 5 mol % or less, Li diffusivity is excellent and high capacity can be easily obtained. If the ratio of the amount of Si material to the total amount of materials of Si and element M exceeds 5 mol %, Li diffusivity decreases, which tends to cause a decrease in capacity.
本実施形態において、CAMの粒子強度は、圧粉処理前と圧粉処理後の50%累積体積粒度の比率で表される。具体的には、CAMの粒子強度は、圧粉処理前のCAMの50%累積体積粒度A50に対する35MPaでの圧粉処理後のCAMの50%累積体積粒度B50の比率であるB50/A50で表される。 In this embodiment, the particle strength of the CAM is expressed as the ratio of the 50% cumulative volume particle size before and after the powder compaction process. Specifically, the particle strength of the CAM is defined as B 50 / which is the ratio of the 50% cumulative volume particle size B 50 of the CAM after compaction at 35 MPa to the 50% cumulative volume particle size A 50 of the CAM before compaction. It is expressed as A50 .
B50/A50は、0.92-1.00である。B50/A50は、0.93以上が好ましく、0.94以上がより好ましい。B50/A50の上限値は、1.00であることが好ましいが、0.99であってもよく、0.98であってもよい。B50/A50の上限と下限値は、任意に組み合わせることができ、例えば0.93-0.99であってもよく、0.94-0.98であってもよい。B50/A50が0.92-1.00であると、リチウム二次電池の充放電を繰り返してもひび割れが生じ難く、サイクル維持率を向上することができる。 B 50 /A 50 is 0.92-1.00. B 50 /A 50 is preferably 0.93 or more, more preferably 0.94 or more. The upper limit of B 50 /A 50 is preferably 1.00, but may be 0.99 or 0.98. The upper and lower limits of B 50 /A 50 can be arbitrarily combined, and may be, for example, 0.93-0.99 or 0.94-0.98. When B 50 /A 50 is 0.92-1.00, cracks are less likely to occur even when the lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, and the cycle retention rate can be improved.
圧粉処理前のCAMの10%累積体積粒度A10に対する35MPaでの圧粉処理後のCAMの10%累積体積粒度B10の比率であるB10/A10は、0.93以上であることが好ましく、0.94以上であることがより好ましい。B10/A10の上限値は、1.00であることが好ましいが、0.99であってもよく、0.98であってもよい。B10/A10の上限値と下限値は、任意に組み合わせることができ、例えば0.93-0.99であってもよく、0.94-0.98であってもよい。B10/A10が0.93-1.00であると、リチウム二次電池の充放電を繰り返してもひび割れが生じ難く、サイクル維持率を向上することができる。 B 10 /A 10 , which is the ratio of 10% cumulative volume particle size B 10 of CAM after powder compaction treatment at 35 MPa to 10% cumulative volume particle diameter A 10 of CAM before powder compaction processing, shall be 0.93 or more. is preferable, and more preferably 0.94 or more. The upper limit of B 10 /A 10 is preferably 1.00, but may be 0.99 or 0.98. The upper and lower limits of B 10 /A 10 can be arbitrarily combined, and may be, for example, 0.93-0.99 or 0.94-0.98. When B 10 /A 10 is 0.93-1.00, cracks are less likely to occur even when the lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, and the cycle retention rate can be improved.
圧粉処理前のCAMの90%累積体積粒度A90に対する35MPaでの圧粉処理後のCAMの90%累積体積粒度B90の比率であるB90/A90は、0.94以上であることが好ましく、0.95以上であることがより好ましい。B90/A90の上限値は、1.00であることが好ましいが、0.99であってもよく、0.98であってもよい。B90/A90の上限値と下限値は、任意に組み合わせることができ、例えば0.94-0.99であってもよく、0.95-0.98であってもよい。B90/A90が0.94-1.00以下であると、リチウム二次電池の充放電を繰り返してもひび割れが生じ難く、サイクル維持率を向上することができる。 B 90 /A 90 , which is the ratio of the 90% cumulative volume particle size B 90 of CAM after powder compaction at 35 MPa to the 90% cumulative volume particle size A 90 of CAM before powder compaction, is 0.94 or more. is preferable, and more preferably 0.95 or more. The upper limit value of B 90 /A 90 is preferably 1.00, but may be 0.99 or 0.98. The upper and lower limits of B 90 /A 90 can be arbitrarily combined, and may be, for example, 0.94-0.99 or 0.95-0.98. When B 90 /A 90 is 0.94-1.00 or less, cracks are less likely to occur even when the lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, and the cycle retention rate can be improved.
[圧粉処理]
本実施形態における圧粉処理を、図3を参照して説明する。図3に示す圧粉処理装置40は、治具41、42及び43を有する。
[Powder processing]
The powder compaction process in this embodiment will be explained with reference to FIG. 3. The
治具41は、円筒状の形状を有する。治具41の内部空間41aは円柱状である。内部空間41aの内径LDは、15mmである。
The
治具42は、円柱状の栓部421と、栓部421に接続されたフランジ部422とを有する。栓部421とフランジ部422は、フランジ部422の平面視中央で接続している。栓部421の直径は、治具41の内径LDと等しく、治具41の内部空間41aに隙間なく嵌合する大きさである。
The
治具43は、治具42と同様の形状を有し、円柱状の栓部431と、栓部431に接続されたフランジ部432とを有する。栓部431の直径は、治具41の内径LDと等しく、治具41の内部空間41aに隙間なく嵌合する大きさである。
The
圧粉処理装置40は、治具41の一端側の開口部に治具42の栓部421を挿入させ、治具41の他端側の開口部に治具43の栓部431を挿入させて用いる。
The
圧粉処理装置40を用いて圧粉処理を行うには、まず、治具41に治具42を嵌合させ、治具41にフランジ部422が接触した状態で、内部空間41aに測定対象の粉末XつまりCAMを3g充填する。次いで、治具41に治具43を嵌合させ、栓部431の先端をCAMに接触させる。
To perform powder compaction using the
次いで、プレス機を用いて治具43に荷重Fを加え、治具43を介して内部空間41aのCAMに35MPaとなるよう1分間荷重Fをかける。
Next, a load F is applied to the
荷重を停止し解放した後、圧粉処理装置40からCAMを取出し、上述の[累積体積粒度]に記載の方法で累積体積粒度、つまりB10、B50、及びB90を測定する。なお、CAMにかける35MPaとは、電極を作製する際に、電極密度が3.00g/ccとなるよう考慮した場合に必要となる圧力に対応している。
After the load is stopped and released, the CAM is taken out from the
CAMのBET比表面積は、2.0m2/g以下であることが好ましく、0.1-2.0m2/gであることがより好ましく、0.2-2.0m2/gであることがさらに好ましい。CAMのBET比表面積が0.1m2/g以上であると、電解液と接触しやすく電池容量が向上する。CAMのBET比表面積が2m2/g以下であると、一次粒子間及び二次粒子の細孔にSiを含む化合物が存在するため導電しやすく、放電容量を大きくできる。 The BET specific surface area of CAM is preferably 2.0 m 2 /g or less, more preferably 0.1-2.0 m 2 /g, and 0.2-2.0 m 2 /g. is even more preferable. When the BET specific surface area of the CAM is 0.1 m 2 /g or more, it is easy to contact with the electrolyte and the battery capacity is improved. When the BET specific surface area of the CAM is 2 m 2 /g or less, the presence of a compound containing Si between the primary particles and in the pores of the secondary particles facilitates electrical conduction and increases the discharge capacity.
LiMOは、元素MとしてNi及び元素Xを含んでもよい。元素Xは、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、S及びPからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素である。CAMに含まれるLiと、Niと元素Xとの物質量比は、下記式(I)を満たすことが好ましい。ここで、CAMに含まれるLiとは、LiMOの粒子に含まれるLi及びSiを含む化合物がLiを含む場合に含まれるLiを意味する。
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(ただし、0.9≦b≦1.2及び0<a≦0.2)
LiMO may include Ni and element X as element M. Element X is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, B, S, and P. . It is preferable that the material ratio of Li, Ni, and element X contained in the CAM satisfies the following formula (I). Here, the Li contained in CAM means Li contained when a compound containing Li and Si contained in LiMO particles contains Li.
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(However, 0.9≦b≦1.2 and 0<a≦0.2)
充放電サイクルを繰り返した後の電池の抵抗増加を抑制する観点から、前記式(I)におけるaは、0より大きく、0.01以上であることが好ましく、0.02以上であることがより好ましい。また、初期容量が高いリチウム二次電池を得る観点から前記式(I)におけるaは、0.2以下であり、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of suppressing the increase in resistance of the battery after repeated charge/discharge cycles, a in the formula (I) is larger than 0, preferably 0.01 or more, and more preferably 0.02 or more. preferable. Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with a high initial capacity, a in the above formula (I) is 0.2 or less, preferably 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less. .
サイクル維持率が高いリチウム二次電池を得る観点から、元素Xは、Co、Mn、Ti、Mg、Al、W、B、及びZrからなる群より選択される1種以上の金属であることが好ましく、Co、Mn、Al、W及びBからなる群より選択される1種以上の金属であることがより好ましい。 From the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with a high cycle maintenance rate, element X may be one or more metals selected from the group consisting of Co, Mn, Ti, Mg, Al, W, B, and Zr. Preferably, one or more metals selected from the group consisting of Co, Mn, Al, W, and B are more preferable.
サイクル維持率が高いリチウム二次電池を得る観点から、元素Mの物質量に対するLiの物質量の割合は、0.98以上が好ましく、1.04以上がより好ましく、1.05以上が特に好ましい。また、初回クーロン効率がより高いリチウム二次電池を得る観点から、元素Mの物質量に対するLiの物質量の割合は、1.20以下が好ましく、1.10以下がより好ましい。 From the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with a high cycle maintenance rate, the ratio of the amount of Li to the amount of element M is preferably 0.98 or more, more preferably 1.04 or more, and particularly preferably 1.05 or more. . Further, from the viewpoint of obtaining a lithium secondary battery with higher initial Coulombic efficiency, the ratio of the amount of Li to the amount of element M is preferably 1.20 or less, more preferably 1.10 or less.
元素Mの物質量に対するLiの物質量の割合の上限値と下限値は、任意に組み合わせることができる。組み合わせとしては、例えば、元素Mの物質量に対するLiの物質量の割合は、0.98以上1.20以下、1.04以上1.10以下、1.05以上1.10以下等であることが挙げられる。 The upper limit and lower limit of the ratio of the amount of Li to the amount of element M can be arbitrarily combined. As for the combination, for example, the ratio of the amount of Li to the amount of element M is 0.98 or more and 1.20 or less, 1.04 or more and 1.10 or less, 1.05 or more and 1.10 or less, etc. can be mentioned.
LiMOの結晶構造は、層状岩塩型構造であり、六方晶型の結晶構造又は単斜晶型の結晶構造であることがより好ましい。 The crystal structure of LiMO is a layered rock salt structure, and more preferably a hexagonal crystal structure or a monoclinic crystal structure.
六方晶型の結晶構造は、P3、P31、P32、R3、P-3、R-3、P312、P321、P3112、P3121、P3212、P3221、R32、P3m1、P31m、P3c1、P31c、R3m、R3c、P-31m、P-31c、P-3m1、P-3c1、R-3m、R-3c、P6、P61、P65、P62、P64、P63、P-6、P6/m、P63/m、P622、P6122、P6522、P6222、P6422、P6322、P6mm、P6cc、P63cm、P63mc、P-6m2、P-6c2、P-62m、P-62c、P6/mmm、P6/mcc、P63/mcm、及びP63/mmcからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。
The hexagonal crystal structure is P3, P3 1 , P3 2 , R3, P-3, R-3, P312, P321, P3 1 12,
また、単斜晶型の結晶構造は、P2、P21、C2、Pm、Pc、Cm、Cc、P2/m、P21/m、C2/m、P2/c、P21/c、及びC2/cからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。 The monoclinic crystal structure is P2, P2 1 , C2, Pm, Pc, Cm, Cc, P2/m, P2 1 /m, C2/m, P2/c, P2 1 /c, and C2 It belongs to any one space group selected from the group consisting of /c.
これらのうち、放電容量が高いリチウム二次電池を得るため、結晶構造は、空間群R-3mに帰属される六方晶型の結晶構造、又はC2/mに帰属される単斜晶型の結晶構造であることが特に好ましい。 Among these, in order to obtain a lithium secondary battery with high discharge capacity, the crystal structure is a hexagonal crystal structure belonging to space group R-3m or a monoclinic crystal structure belonging to C2/m. Particularly preferred is the structure.
以上の通り説明したCAMは、粒子強度が高く、リチウム二次電池の充放電を繰り返し行ってもCAMにひび割れが生じ難い。その結果、リチウム二次電池のサイクル維持率を向上することができる。また、一次粒子間及び前記細孔内にSiを含む化合物が存在することで、充放電の過程で導電性を有するLi含有Si化合物が形成されやすくなり、リチウム二次電池の放電レート特性を向上することができる。 The CAM described above has high particle strength, and cracks are unlikely to occur in the CAM even when the lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged. As a result, the cycle maintenance rate of the lithium secondary battery can be improved. In addition, the presence of Si-containing compounds between the primary particles and within the pores facilitates the formation of conductive Li-containing Si compounds during the charging and discharging process, improving the discharge rate characteristics of lithium secondary batteries. can do.
<CAMの製造方法>
本実施形態のCAMの製造方法は、MCCとSiを含む溶液とを混合して混合物を得る工程と、前記混合物を乾燥させてSi含有MCCを得る工程と、前記Si含有MCCとリチウム化合物を混合して焼成する工程と、を含む。
<CAM manufacturing method>
The method for manufacturing a CAM of the present embodiment includes a step of mixing MCC and a solution containing Si to obtain a mixture, a step of drying the mixture to obtain a Si-containing MCC, and a step of mixing the Si-containing MCC and a lithium compound. and firing.
CAMの製造方法は、さらにMCCの製造工程を含んでいてもよい。 The CAM manufacturing method may further include an MCC manufacturing process.
本実施形態のCAMの製造法について、MCCの製造工程も含め、以下に説明する。 The method for manufacturing the CAM of this embodiment, including the process for manufacturing the MCC, will be described below.
(1)MCCの製造
MCCは、元素Mを含む金属複合水酸化物、元素Mを含む金属複合酸化物、及びこれらの混合物のいずれであってもよい。金属複合水酸化物及び金属複合酸化物は、一例として下記式(I’)で表されるモル比率で、元素MであるNi及び元素Xを含む。
Ni:X=(1-a):a (I’)
(式(I’)中、Xは、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、S及びPからなる群から選択される1種以上の元素を表し、0<a≦0.2を満たす。)
(1) Production of MCC MCC may be any of a metal composite hydroxide containing element M, a metal composite oxide containing element M, and a mixture thereof. The metal composite hydroxide and the metal composite oxide contain Ni, which is the element M, and the element X, in a molar ratio represented by the following formula (I'), as an example.
Ni:X=(1-a):a (I')
(In formula (I'), X is selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, B, S and P. represents one or more elements, and satisfies 0<a≦0.2.)
以下、元素XとしてCo及びMnを含むMCCの製造方法を一例として説明する。まず、Ni、Co及びMnを含む金属複合水酸化物を調製する。金属複合水酸化物は、通常公知のバッチ式共沈殿法又は連続式共沈殿法により製造することが可能である。 Hereinafter, a method for manufacturing MCC containing Co and Mn as the element X will be described as an example. First, a metal composite hydroxide containing Ni, Co and Mn is prepared. The metal composite hydroxide can be produced by a commonly known batch coprecipitation method or continuous coprecipitation method.
具体的には、JP-A-2002-201028に記載された連続式共沈殿法により、ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、マンガン塩溶液及び錯化剤を反応させ、Ni(1-a)CozMnw(OH)2(z+w=aとする)で表される金属複合水酸化物を製造する。 Specifically, by the continuous coprecipitation method described in JP-A-2002-201028, a nickel salt solution, a cobalt salt solution, a manganese salt solution, and a complexing agent are reacted to form Ni (1-a) Co z A metal composite hydroxide represented by Mn w (OH) 2 (z+w=a) is produced.
ニッケル塩溶液の溶質であるニッケル塩としては、特に限定されないが、例えば硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル及び酢酸ニッケルのうちの少なくとも1種を使用することができる。 The nickel salt that is the solute of the nickel salt solution is not particularly limited, and for example, at least one of nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride, and nickel acetate can be used.
コバルト塩溶液の溶質であるコバルト塩としては、例えば硫酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト及び酢酸コバルトのうちの少なくとも1種を使用することができる。 As the cobalt salt that is the solute of the cobalt salt solution, for example, at least one of cobalt sulfate, cobalt nitrate, cobalt chloride, and cobalt acetate can be used.
マンガン塩溶液の溶質であるマンガン塩としては、例えば硫酸マンガン、硝酸マンガン、塩化マンガンム及び酢酸マンガンのうちの少なくとも1種を使用することができる。 As the manganese salt that is the solute of the manganese salt solution, for example, at least one of manganese sulfate, manganese nitrate, manganese chloride, and manganese acetate can be used.
以上の金属塩は、上記Ni(1-a)CozMnw(OH)2の組成比に対応する割合で用いられる。すなわち、上記金属塩を含む混合溶液中におけるNi、Co及びMnのモル比が、(1-a):z:wと対応するように各金属塩の量を規定する。また、溶媒として水が使用される。 The above metal salts are used in a proportion corresponding to the composition ratio of Ni (1-a) Co z Mn w (OH) 2 described above. That is, the amounts of each metal salt are defined so that the molar ratio of Ni, Co, and Mn in the mixed solution containing the metal salts corresponds to (1-a):z:w. Additionally, water is used as a solvent.
錯化剤としては、水溶液中で、ニッケルイオン、コバルトイオン及びマンガンイオンと錯体を形成可能なものであり、例えばアンモニウムイオン供給体(水酸化アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、又は弗化アンモニウム等)、ヒドラジン、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸及びウラシル二酢酸及びグリシンが挙げられる。 The complexing agent is one that can form a complex with nickel ions, cobalt ions, and manganese ions in an aqueous solution, such as an ammonium ion donor (ammonium hydroxide, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium carbonate, or ammonium fluoride). etc.), hydrazine, ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid and uracil diacetic acid and glycine.
金属複合水酸化物の製造工程において、錯化剤は、用いられてもよく、用いられなくてもよい。錯化剤が用いられる場合、ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、マンガン塩溶液及び錯化剤を含む混合液に含まれる錯化剤の量は、例えば金属塩(ニッケル塩、コバルト塩及びマンガン塩)のモル数の合計に対するモル比が0より大きく2.0以下である。 In the manufacturing process of metal composite hydroxide, a complexing agent may or may not be used. If a complexing agent is used, the amount of the complexing agent contained in the mixture containing the nickel salt solution, cobalt salt solution, manganese salt solution and the complexing agent is determined by the amount of the complexing agent, e.g. metal salts (nickel salts, cobalt salts and manganese salts). The molar ratio to the total number of moles is greater than 0 and less than or equal to 2.0.
共沈殿法に際しては、ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、マンガン塩溶液、及び錯化剤を含む混合液のpH値を調整するため、混合液のpHがアルカリ性から中性になる前に、混合液にアルカリ金属水酸化物を添加する。アルカリ金属水酸化物とは、例えば水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムである。 In the coprecipitation method, in order to adjust the pH value of the mixed solution containing the nickel salt solution, cobalt salt solution, manganese salt solution, and complexing agent, the mixed solution should be adjusted before the pH of the mixed solution changes from alkaline to neutral. Add an alkali metal hydroxide to. The alkali metal hydroxide is, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide.
なお、本明細書におけるpHの値は、混合液の温度が40℃の時に測定された値であると定義する。混合液のpHは、反応槽からサンプリングした混合液の温度が、40℃になったときに測定する。サンプリングした混合液が40℃未満である場合には、混合液を40℃まで加温してpHを測定する。サンプリングした混合液が40℃を超える場合には、混合液を40℃まで冷却してpHを測定する。 Note that the pH value in this specification is defined as a value measured when the temperature of the liquid mixture is 40°C. The pH of the mixed solution is measured when the temperature of the mixed solution sampled from the reaction tank reaches 40°C. If the temperature of the sampled liquid mixture is lower than 40°C, the mixed liquid is heated to 40°C and the pH is measured. If the temperature of the sampled mixed liquid exceeds 40°C, the mixed liquid is cooled to 40°C and the pH is measured.
上記ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、及びマンガン塩溶液のほか、錯化剤を反応槽に連続して供給すると、Ni、Co及びMnが反応し、Ni(1-a)CozMnw(OH)2が生成する。 In addition to the above nickel salt solution, cobalt salt solution, and manganese salt solution, when a complexing agent is continuously supplied to the reaction tank, Ni, Co, and Mn react, forming Ni (1-a) Co z Mn w (OH ) 2 is generated.
反応に際しては、反応槽の温度を、例えば20-80℃、好ましくは30-70℃の範囲内で制御する。 During the reaction, the temperature of the reaction vessel is controlled within the range of, for example, 20-80°C, preferably 30-70°C.
また、反応に際しては、反応槽内のpH値を、例えばpH9-13の範囲内で制御する。 Further, during the reaction, the pH value in the reaction tank is controlled within the range of pH 9-13, for example.
反応槽内で形成された反応沈殿物を攪拌しながら中和する。反応沈殿物の中和の時間は、例えば1-20時間である。 The reaction precipitate formed in the reaction tank is neutralized while stirring. The time for neutralizing the reaction precipitate is, for example, 1 to 20 hours.
連続式共沈殿法で用いる反応槽は、形成された反応沈殿物を分離するためオーバーフローさせるタイプの反応槽を用いることができる。 As the reaction tank used in the continuous coprecipitation method, an overflow type reaction tank can be used to separate the formed reaction precipitate.
バッチ式共沈殿法により金属複合水酸化物を製造する場合、反応槽としては、オーバーフローパイプを備えない反応槽、及びオーバーフローパイプに連結された濃縮槽を備え、オーバーフローした反応沈殿物を濃縮槽で濃縮し、再び反応槽へ循環させる機構を有する装置等が挙げられる。 When producing a metal composite hydroxide by a batch coprecipitation method, a reaction tank is equipped with a reaction tank without an overflow pipe and a concentration tank connected to the overflow pipe, and the overflowing reaction precipitate is collected in the concentration tank. Examples include devices that have a mechanism for concentrating and circulating it back to the reaction tank.
各種気体、例えば、窒素、アルゴン又は二酸化炭素等の不活性ガス、空気又は酸素等の酸化性ガス、又はそれらの混合ガスを反応槽内に供給してもよい。 Various gases, for example, inert gases such as nitrogen, argon or carbon dioxide, oxidizing gases such as air or oxygen, or mixed gases thereof may be supplied into the reaction vessel.
以上の反応後、中和された反応沈殿物を単離する。単離には、例えば反応沈殿物を含むスラリー(つまり、共沈物スラリー)を遠心分離や吸引ろ過などで脱水する方法が用いられる。 After the above reaction, the neutralized reaction precipitate is isolated. For isolation, a method is used in which, for example, a slurry containing a reaction precipitate (that is, a coprecipitate slurry) is dehydrated by centrifugation, suction filtration, or the like.
単離された反応沈殿物を洗浄、脱水、乾燥及び篩別し、Ni、Co及びMnを含む金属複合水酸化物が得られる。 The isolated reaction precipitate is washed, dehydrated, dried and sieved to obtain a metal composite hydroxide containing Ni, Co and Mn.
反応沈殿物の洗浄は、水又はアルカリ性洗浄液で行うことが好ましい。本実施形態においては、アルカリ性洗浄液で洗浄することが好ましく、水酸化ナトリウム水溶液で洗浄することがより好ましい。また、硫黄元素を含有する洗浄液を用いて洗浄してもよい。硫黄元素を含有する洗浄液としては、カリウムやナトリウムの硫酸塩水溶液等が挙げられる。 The reaction precipitate is preferably washed with water or an alkaline washing liquid. In this embodiment, it is preferable to wash with an alkaline cleaning liquid, and more preferably to wash with an aqueous sodium hydroxide solution. Alternatively, cleaning may be performed using a cleaning liquid containing elemental sulfur. Examples of the cleaning liquid containing elemental sulfur include potassium and sodium sulfate aqueous solutions.
MCCが金属複合酸化物である場合、金属複合水酸化物を加熱して金属複合酸化物を製造する。具体的には、金属複合水酸化物を400-700℃で加熱する。必要ならば複数の加熱工程を実施してもよい。本明細書における加熱温度とは、加熱装置の設定温度を意味する。複数の加熱工程を有する場合、各加熱工程のうち、最高保持温度で加熱した際の温度を意味する。 When MCC is a metal composite oxide, the metal composite hydroxide is heated to produce the metal composite oxide. Specifically, the metal composite hydroxide is heated at 400-700°C. Multiple heating steps may be performed if necessary. The heating temperature in this specification means the set temperature of the heating device. When there are multiple heating steps, it means the temperature at the time of heating at the highest holding temperature among each heating step.
加熱温度は、400-700℃であることが好ましく、450-680℃であることがより好ましい。加熱温度が400-700℃であると、金属複合水酸化物が十分に酸化され、かつ適切な範囲のBET比表面積を有する金属複合酸化物が得られる。加熱温度が400℃未満であると、金属複合水酸化物が十分に酸化されないおそれがある。加熱温度が700℃を超えると、金属複合水酸化物が過剰に酸化され、金属複合酸化物のBET比表面積が小さくなり過ぎるおそれがある。 The heating temperature is preferably 400-700°C, more preferably 450-680°C. When the heating temperature is 400 to 700° C., the metal composite hydroxide is sufficiently oxidized and a metal composite oxide having a BET specific surface area within an appropriate range can be obtained. If the heating temperature is less than 400°C, the metal composite hydroxide may not be sufficiently oxidized. If the heating temperature exceeds 700° C., the metal composite hydroxide may be excessively oxidized, and the BET specific surface area of the metal composite oxide may become too small.
前記加熱温度で保持する時間は、0.1-20時間が挙げられ、0.5-10時間が好ましい。前記加熱温度までの昇温速度は、例えば、50-400℃/時間である。また、加熱雰囲気としては、大気、酸素、窒素、アルゴン又はこれらの混合ガスを用いることができる。 The time for holding at the heating temperature may be 0.1 to 20 hours, preferably 0.5 to 10 hours. The rate of temperature increase to the heating temperature is, for example, 50-400° C./hour. Further, as the heating atmosphere, air, oxygen, nitrogen, argon, or a mixed gas thereof can be used.
加熱装置内は、適度な酸素含有雰囲気であってもよい。酸素含有雰囲気は、不活性ガスと酸化性ガスとの混合ガス雰囲気であってもよく、不活性ガス雰囲気下で酸化剤を存在させた状態であってもよい。加熱装置内が適度な酸素含有雰囲気であることにより、金属複合水酸化物に含まれる遷移金属が適度に酸化され、金属複合酸化物の形態を制御しやすくなる。 The inside of the heating device may have an appropriate oxygen-containing atmosphere. The oxygen-containing atmosphere may be a mixed gas atmosphere of an inert gas and an oxidizing gas, or may be a state in which an oxidizing agent is present in an inert gas atmosphere. By providing an appropriate oxygen-containing atmosphere within the heating device, the transition metal contained in the metal composite hydroxide is appropriately oxidized, making it easier to control the form of the metal composite oxide.
酸素含有雰囲気中の酸素や酸化剤は、遷移金属を酸化させるために十分な酸素原子が存在すればよい。 The oxygen and oxidizing agent in the oxygen-containing atmosphere need only contain enough oxygen atoms to oxidize the transition metal.
酸素含有雰囲気が不活性ガスと酸化性ガスとの混合ガス雰囲気である場合、加熱装置内の雰囲気の制御は、加熱装置内に酸化性ガスを通気させる又は混合液に酸化性ガスをバブリングするなどの方法で行うことができる。 When the oxygen-containing atmosphere is a mixed gas atmosphere of an inert gas and an oxidizing gas, the atmosphere inside the heating device can be controlled by venting the oxidizing gas into the heating device or bubbling the oxidizing gas into the mixed liquid. This can be done using the following method.
酸化剤として、過酸化水素などの過酸化物、過マンガン酸塩などの過酸化物塩、過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、硝酸、ハロゲン又はオゾンなどを使用できる。 As the oxidizing agent, peroxides such as hydrogen peroxide, peroxide salts such as permanganates, perchlorates, hypochlorites, nitric acid, halogens, or ozone can be used.
以上の工程により、MCCを製造することができる。 Through the above steps, MCC can be manufactured.
(2)MCCとSiを含む溶液との混合及び乾燥
本工程は、MCCとSiを含む溶液とを混合して混合物を得る工程である。Siを含む溶液として、例えば、Li2Si5O11水溶液等を用いることができる。
(2) Mixing and drying of solution containing MCC and Si This step is a step of mixing MCC and a solution containing Si to obtain a mixture. As the solution containing Si, for example, an aqueous Li 2 Si 5 O 11 solution or the like can be used.
MCCに対してSiを含む溶液を添加してスラリーを形成する。このとき、スラリーにおけるNi、Co、Mn及びSiの総物質量に対するSiの物質量の割合は、0mol%より大きく、5.0mol%以下であり、0.1-3.0mol%であることが好ましく、0.1-2.0mol%であることがより好ましい。 A solution containing Si is added to MCC to form a slurry. At this time, the ratio of the amount of Si to the total amount of Ni, Co, Mn, and Si in the slurry is greater than 0 mol% and 5.0 mol% or less, and may be 0.1-3.0 mol%. It is preferably 0.1-2.0 mol%, more preferably 0.1-2.0 mol%.
スラリーの総質量に対するSiを含む溶液の質量の割合は、特に限定されないが、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましい。スラリーの総質量に対するSiを含む溶液の質量の割合が20質量%以上であると、MCCとSiを含む溶液が十分に接触する。スラリーの総質量に対するSiを含む溶液の質量の割合が30質量%以上であると、得られるSi添加MCCに含まれるSiの割合を制御しやすい。 The ratio of the mass of the Si-containing solution to the total mass of the slurry is not particularly limited, but is preferably 20% by mass or more, and more preferably 30% by mass or more. When the mass ratio of the Si-containing solution to the total mass of the slurry is 20% by mass or more, the MCC and the Si-containing solution are brought into sufficient contact. When the mass ratio of the Si-containing solution to the total mass of the slurry is 30% by mass or more, it is easy to control the ratio of Si contained in the obtained Si-added MCC.
スラリーは、撹拌されることが好ましい。撹拌時間は、Siを含む溶液をMCCと十分に接触させることを考慮し、1-30分間であることが好ましく、5-10分間であることがより好ましい。スラリーを攪拌後ろ過し、溶液を分離することが好ましい。 Preferably, the slurry is stirred. The stirring time is preferably 1 to 30 minutes, more preferably 5 to 10 minutes, in order to bring the Si-containing solution into sufficient contact with MCC. Preferably, the slurry is stirred and then filtered to separate the solution.
(3)混合物の乾燥
本工程は、混合物を乾燥させてSi含有MCCを得る工程である。乾燥は、大気雰囲気、酸素雰囲気、窒素雰囲気などで実施することができるが、真空乾燥により行うことが好ましい。乾燥温度は、100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましい。乾燥温度が100℃以上であると、MCCに含有している水分を除去しやすい。乾燥後、Si添加MCCが得られる。Si添加MCCの乾燥後に、適宜分級を行ってもよい。
(3) Drying the mixture This step is a step of drying the mixture to obtain Si-containing MCC. Drying can be carried out in an air atmosphere, an oxygen atmosphere, a nitrogen atmosphere, etc., but vacuum drying is preferably carried out. The drying temperature is preferably 100°C or higher, more preferably 120°C or higher. When the drying temperature is 100° C. or higher, water contained in MCC can be easily removed. After drying, a Si-doped MCC is obtained. After drying the Si-added MCC, classification may be performed as appropriate.
(4)Si添加MCCとリチウム化合物との混合
本工程は、Si添加MCCとリチウム化合物とを混合して焼成する工程である。
(4) Mixing Si-added MCC and lithium compound This step is a step of mixing and firing Si-added MCC and lithium compound.
本実施形態に用いるリチウム化合物は、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、水酸化リチウム、酸化リチウム、塩化リチウム及びフッ化リチウムの少なくとも何れか一つを使用することができる。これらの中では、水酸化リチウム及び炭酸リチウムのいずれか一方又はその混合物が好ましい。また、水酸化リチウムが炭酸リチウムを含む場合には、水酸化リチウム中の炭酸リチウムの含有量は、5質量%以下であることが好ましい。 As the lithium compound used in this embodiment, at least one of lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, lithium hydroxide, lithium oxide, lithium chloride, and lithium fluoride can be used. Among these, either lithium hydroxide or lithium carbonate or a mixture thereof is preferred. Further, when lithium hydroxide contains lithium carbonate, the content of lithium carbonate in lithium hydroxide is preferably 5% by mass or less.
リチウム化合物とSi添加MCCとを、最終目的物の組成比を勘案して混合する。具体的には、Si添加MCCに含まれるNi、Co及びMnの合計量1に対するリチウム原子の量(モル比)は、0.98以上が好ましく、1.04以上がより好ましく、1.05以上が特に好ましい。リチウム化合物とSi添加MCCの混合物を、後に説明するように焼成することによって、焼成物が得られる。MCCに含まれるNi、Co及びMnの合計量1に対するリチウム原子の量(モル比)の上限値としては、1.20以下が好ましく、1.10以下がより好ましい。
The lithium compound and the Si-added MCC are mixed in consideration of the composition ratio of the final target product. Specifically, the amount (molar ratio) of lithium atoms to the
焼成温度は、特に制限はないが、例えば650-900℃であることが好ましく、680-850℃であることがより好ましく、700℃-820℃であることが特に好ましい。焼成温度が600℃以上であると、強固な結晶構造を有するCAMを得ることができる。また、焼成温度が900℃以下であると、CAMの粒子表面のリチウムの揮発を低減できる。 The firing temperature is not particularly limited, but is preferably 650-900°C, more preferably 680-850°C, particularly preferably 700-820°C. When the firing temperature is 600° C. or higher, a CAM having a strong crystal structure can be obtained. Further, when the firing temperature is 900° C. or lower, volatilization of lithium on the surface of the CAM particles can be reduced.
本明細書における焼成温度とは、焼成炉内雰囲気の温度を意味し、かつ本焼成工程での保持温度の最高温度(以下、最高保持温度と呼ぶことがある)であり、複数の加熱工程を有する本焼成工程の場合、各加熱工程のうち、最高保持温度で加熱した際の温度を意味する。焼成温度の上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。 In this specification, the firing temperature refers to the temperature of the atmosphere inside the firing furnace, and is the maximum temperature held in the main firing process (hereinafter sometimes referred to as the maximum holding temperature), and is the temperature of the atmosphere in the firing furnace. In the case of the main firing step, it means the temperature at the time of heating at the highest holding temperature among each heating step. The upper and lower limits of the firing temperature can be arbitrarily combined.
焼成における保持時間は、3-50時間が好ましく、4-20時間がより好ましい。焼成における保持時間が50時間を超えると、リチウムの揮発によって実質的に電池性能が悪くなる傾向となる。焼成における保持時間が3時間より少ないと、結晶の発達が悪く、電池性能が悪くなる傾向となる。 The holding time during firing is preferably 3 to 50 hours, more preferably 4 to 20 hours. If the holding time during firing exceeds 50 hours, the battery performance tends to deteriorate substantially due to volatilization of lithium. If the holding time during firing is less than 3 hours, crystal development will be poor and battery performance will tend to deteriorate.
本実施形態において、最高保持温度に達する加熱工程の昇温速度は80℃/時間以上が好ましく、100℃/時間以上がより好ましく、150℃/時間以上が特に好ましい。最高保持温度に達する加熱工程の昇温速度は、焼成装置において、昇温を開始した時間から保持温度に到達するまでの時間から算出される。 In this embodiment, the temperature increase rate in the heating step to reach the maximum holding temperature is preferably 80° C./hour or more, more preferably 100° C./hour or more, and particularly preferably 150° C./hour or more. The rate of temperature increase in the heating step at which the maximum holding temperature is reached is calculated from the time from when the temperature rise starts until the holding temperature is reached in the baking device.
焼成工程は、焼成温度が異なる複数の焼成段階を有することが好ましい。例えば、第1の焼成段階と、第1の焼成段階よりも高温で焼成する第2の焼成段階を有することが好ましい。さらに焼成温度及び焼成時間が異なる焼成段階を有していてもよい。 Preferably, the firing process includes a plurality of firing stages at different firing temperatures. For example, it is preferable to have a first firing stage and a second firing stage in which firing is performed at a higher temperature than the first firing stage. Furthermore, it may have firing stages with different firing temperatures and firing times.
焼成雰囲気として、所望の組成に応じて大気、酸素、窒素、アルゴン又はこれらの混合ガス等が用いられ、必要ならば複数の焼成工程が実施される。 As the firing atmosphere, air, oxygen, nitrogen, argon, or a mixed gas thereof is used depending on the desired composition, and a plurality of firing steps are performed if necessary.
Si添加MCCとリチウム化合物との混合物は、不活性溶融剤の存在下で焼成されてもよい。不活性溶融剤は、CAMを使用した電池の初期容量が損なわれない程度に添加され、焼成物に残留してもよい。不活性溶融剤としては、例えばWO2019/177032A1に記載のものを使用することができる。 The mixture of Si-doped MCC and lithium compound may be fired in the presence of an inert melting agent. The inert melting agent is added to an extent that does not impair the initial capacity of a battery using CAM, and may remain in the fired product. As the inert melting agent, for example, those described in WO2019/177032A1 can be used.
なお、Si添加MCCとリチウム化合物との混合物は、焼成工程を行う前に仮焼成されてもよい。本実施形態において仮焼成とは、焼成工程における焼成温度よりも低い温度で焼成することである。仮焼成時の焼成温度は、例えば400℃以上700℃未満の範囲が挙げられる。仮焼成は、複数回行ってもよい。 Note that the mixture of Si-added MCC and lithium compound may be pre-fired before performing the firing step. In this embodiment, pre-firing means firing at a temperature lower than the firing temperature in the firing process. The firing temperature during temporary firing is, for example, in the range of 400°C or more and less than 700°C. Temporary firing may be performed multiple times.
焼成時に用いる焼成装置は、特に限定されず、例えば、連続焼成炉又は流動式焼成炉の何れを用いて行ってもよい。連続焼成炉としては、トンネル炉又はローラーハースキルンが挙げられる。流動式焼成炉としては、ロータリーキルンを用いてもよい。 The firing device used during firing is not particularly limited, and for example, either a continuous firing furnace or a fluidized fluidized firing furnace may be used. Continuous firing furnaces include tunnel furnaces and roller hearth kilns. A rotary kiln may be used as the fluidized firing furnace.
以上のようにSi含有MCCとリチウム化合物との混合物を焼成することによりCAMが得られる。 As described above, a CAM can be obtained by firing a mixture of Si-containing MCC and a lithium compound.
<リチウム二次電池>
次いで、本実施形態のCAMを用いる場合の好適なリチウム二次電池の構成を説明する。
さらに、本実施形態のCAMを用いる場合に好適なリチウム二次電池用正極(以下、正極と称することがある。)について説明する。
さらに、正極の用途として好適なリチウム二次電池について説明する。
<Lithium secondary battery>
Next, the configuration of a suitable lithium secondary battery when using the CAM of this embodiment will be explained.
Furthermore, a positive electrode for a lithium secondary battery (hereinafter sometimes referred to as a positive electrode) suitable for using the CAM of this embodiment will be described.
Furthermore, a lithium secondary battery suitable for use as a positive electrode will be explained.
本実施形態のCAMを用いる場合の好適なリチウム二次電池の一例は、正極及び負極、正極と負極との間に挟持されるセパレータ、正極と負極との間に配置される電解液を有する。 An example of a suitable lithium secondary battery using the CAM of this embodiment includes a positive electrode and a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode.
リチウム二次電池の一例は、正極及び負極、正極と負極との間に挟持されるセパレータ、正極と負極との間に配置される電解液を有する。 An example of a lithium secondary battery includes a positive electrode and a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode.
図4は、リチウム二次電池の一例を示す模式図である。本実施形態の円筒型のリチウム二次電池10は、次のようにして製造する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a lithium secondary battery. The cylindrical lithium
まず、図4に示すように、帯状を呈する一対のセパレータ1、一端に正極リード21を有する帯状の正極2、及び一端に負極リード31を有する帯状の負極3を、セパレータ1、正極2、セパレータ1、負極3の順に積層し、巻回することにより電極群4とする。
First, as shown in FIG. 4, a pair of band-shaped
次いで、電池缶5に電極群4及び不図示のインシュレーターを収容した後、缶底を封止し、電極群4に電解液6を含浸させ、正極2と負極3との間に電解質を配置する。さらに、電池缶5の上部をトップインシュレーター7及び封口体8で封止することで、リチウム二次電池10を製造することができる。
Next, after housing the
電極群4の形状としては、例えば、電極群4を巻回の軸に対して垂直方向に切断したときの断面形状が、円、楕円、長方形又は角を丸めた長方形となるような柱状の形状を挙げることができる。
The shape of the
また、このような電極群4を有するリチウム二次電池の形状としては、国際電気標準会議(IEC)が定めた電池に対する規格であるIEC60086、又はJIS C 8500で定められる形状を採用することができる。例えば、円筒型又は角型などの形状を挙げることができる。
Further, as the shape of the lithium secondary battery having such an
さらに、リチウム二次電池は、上記巻回型の構成に限らず、正極、セパレータ、負極、セパレータの積層構造を繰り返し重ねた積層型の構成であってもよい。積層型のリチウム二次電池としては、いわゆるコイン型電池、ボタン型電池、又はペーパー型(又はシート型)電池を例示することができる。 Furthermore, the lithium secondary battery is not limited to the above-mentioned wound type configuration, but may have a laminated type configuration in which a laminated structure of a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator are repeatedly stacked. Examples of stacked lithium secondary batteries include so-called coin-type batteries, button-type batteries, and paper-type (or sheet-type) batteries.
以下、各構成について順に説明する。
(正極)
本実施形態の正極は、まずCAM、導電材及びバインダーを含む正極合剤を調整し、正極合剤を正極集電体に担持させることで製造することができる。
Each configuration will be explained in order below.
(positive electrode)
The positive electrode of this embodiment can be manufactured by first preparing a positive electrode mixture containing a CAM, a conductive material, and a binder, and then supporting the positive electrode mixture on a positive electrode current collector.
(導電材)
本実施形態の正極が有する導電材としては、炭素材料を用いることができる。炭素材料として黒鉛粉末、カーボンブラック(例えばアセチレンブラック)、繊維状炭素材料などを挙げることができる。
(conductive material)
A carbon material can be used as the conductive material included in the positive electrode of this embodiment. Examples of carbon materials include graphite powder, carbon black (eg, acetylene black), and fibrous carbon materials.
正極合剤中の導電材の割合は、CAM100質量部に対して5質量部以上20質量部以下であると好ましい。 The proportion of the conductive material in the positive electrode mixture is preferably 5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the CAM.
(バインダー)
本実施形態の正極が有するバインダーとしては、熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂;ポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFということがある。)、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の樹脂を挙げることができる。
(binder)
As the binder included in the positive electrode of this embodiment, a thermoplastic resin can be used. Examples of this thermoplastic resin include polyimide resins; fluororesins such as polyvinylidene fluoride (hereinafter sometimes referred to as PVdF) and polytetrafluoroethylene; polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; described in WO2019/098384A1 or US2020/0274158A1 The following resins can be mentioned.
(正極集電体)
本実施形態の正極が有する正極集電体としては、Al、Ni、ステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
As the positive electrode current collector included in the positive electrode of this embodiment, a band-shaped member made of a metal material such as Al, Ni, or stainless steel can be used.
正極集電体に正極合剤を担持させる方法としては、有機溶媒を用いて正極合剤をペースト化し、得られる正極合剤のペーストを正極集電体の少なくとも一面側に塗布して乾燥させ、電極プレス工程を行って固着する方法が挙げられる。 As a method for supporting the positive electrode mixture on the positive electrode current collector, the positive electrode mixture is made into a paste using an organic solvent, and the resulting paste of the positive electrode mixture is applied to at least one side of the positive electrode current collector and dried. An example of this method is to perform an electrode pressing process to fix the electrode.
正極合剤をペースト化する場合、用いることができる有機溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン(以下、NMPということがある。)が挙げられる。 When the positive electrode mixture is made into a paste, an example of an organic solvent that can be used is N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP).
正極合剤のペーストを正極集電体へ塗布する方法としては、例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法及び静電スプレー法が挙げられる。 Examples of the method for applying the positive electrode mixture paste to the positive electrode current collector include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method.
以上に挙げられた方法により、正極を製造することができる。
(負極)
本実施形態のリチウム二次電池が有する負極は、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能であればよく、負極活物質を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなる電極、及び負極活物質単独からなる電極を挙げることができる。
A positive electrode can be manufactured by the method listed above.
(Negative electrode)
The negative electrode of the lithium secondary battery of this embodiment only needs to be capable of doping and dedoping lithium ions at a lower potential than the positive electrode, and the negative electrode mixture containing the negative electrode active material is supported on the negative electrode current collector. Examples include an electrode consisting of a negative electrode active material alone, and an electrode consisting of a negative electrode active material alone.
(負極活物質)
負極が有する負極活物質としては、炭素材料、カルコゲン化合物(酸化物、硫化物など)、窒化物、金属又は合金で、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能な材料が挙げられる。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material included in the negative electrode include carbon materials, chalcogen compounds (oxides, sulfides, etc.), nitrides, metals, and alloys, which can be doped and dedoped with lithium ions at a lower potential than the positive electrode. It will be done.
負極活物質として使用可能な炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛、コークス類、カーボンブラック、炭素繊維及び有機高分子化合物焼成体を挙げることができる。 Examples of carbon materials that can be used as the negative electrode active material include graphites such as natural graphite and artificial graphite, cokes, carbon black, carbon fibers, and fired organic polymer compounds.
負極活物質として使用可能な酸化物としては、SiO2、SiOなど式SiOx(ここで、xは正の実数)で表されるケイ素の酸化物;SnO2、SnOなど式SnOx(ここで、xは正の実数)で表されるスズの酸化物;Li4Ti5O12などのリチウムとチタンとを含有する金属複合酸化物;を挙げることができる。 Oxides that can be used as negative electrode active materials include silicon oxides represented by the formula SiO x (where x is a positive real number) such as SiO 2 and SiO ; , x is a positive real number); metal composite oxides containing lithium and titanium such as Li 4 Ti 5 O 12 ;
また、負極活物質として使用可能な金属としては、リチウム金属、シリコン金属及びスズ金属などを挙げることができる。
負極活物質として使用可能な材料として、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の材料を用いてもよい。
Furthermore, examples of metals that can be used as the negative electrode active material include lithium metal, silicon metal, and tin metal.
As a material that can be used as a negative electrode active material, a material described in WO2019/098384A1 or US2020/0274158A1 may be used.
これらの金属や合金は、例えば箔状に加工された後、主に単独で電極として用いられる。 These metals and alloys are mainly used alone as electrodes after being processed into a foil shape, for example.
上記負極活物質の中では、充電時に未充電状態から満充電状態にかけて負極の電位がほとんど変化しない(電位平坦性がよい)、平均放電電位が低い、繰り返し充放電させたときの容量維持率が高い(サイクル特性がよい)などの理由から、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛を主成分とする炭素材料が好ましく用いられる。炭素材料の形状としては、例えば天然黒鉛のような薄片状、メソカーボンマイクロビーズのような球状、黒鉛化炭素繊維のような繊維状、又は微粉末の凝集体などのいずれでもよい。 Among the above negative electrode active materials, the potential of the negative electrode hardly changes from the uncharged state to the fully charged state during charging (good potential flatness), the average discharge potential is low, and the capacity retention rate when repeatedly charged and discharged is low. Carbon materials containing graphite as a main component, such as natural graphite and artificial graphite, are preferably used because of their high performance (good cycle characteristics). The shape of the carbon material may be, for example, flaky like natural graphite, spherical like mesocarbon microbeads, fibrous like graphitized carbon fiber, or aggregates of fine powder.
前記の負極合剤は、必要に応じて、バインダーを含有してもよい。バインダーとしては、熱可塑性樹脂を挙げることができ、具体的には、PVdF、熱可塑性ポリイミド、カルボキシメチルセルロース(以下、CMCということがある。)、スチレンブタジエンゴム(以下、SBRということがある。)ポリエチレン及びポリプロピレンを挙げることができる。 The negative electrode mixture may contain a binder, if necessary. Examples of the binder include thermoplastic resins, specifically PVdF, thermoplastic polyimide, carboxymethyl cellulose (hereinafter sometimes referred to as CMC), and styrene-butadiene rubber (hereinafter sometimes referred to as SBR). Mention may be made of polyethylene and polypropylene.
(負極集電体)
負極が有する負極集電体としては、Cu、Ni、ステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を挙げることができる。
(Negative electrode current collector)
Examples of the negative electrode current collector included in the negative electrode include a band-shaped member made of a metal material such as Cu, Ni, or stainless steel.
このような負極集電体に負極合剤を担持させる方法としては、正極の場合と同様に、加圧成型による方法、溶媒などを用いてペースト化し負極集電体上に塗布、乾燥後プレスし圧着する方法が挙げられる。 The negative electrode mixture can be supported on such a negative electrode current collector, as in the case of the positive electrode, by pressure molding, by forming a paste using a solvent, applying it onto the negative electrode current collector, drying, and then pressing. An example is a method of crimping.
(セパレータ)
本実施形態のリチウム二次電池が有するセパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質膜、不織布、織布などの形態を有する材料を用いることができる。また、これらの材質を2種以上用いてセパレータを形成してもよいし、これらの材料を積層してセパレータを形成してもよい。また、JP-A-2000-030686やUS20090111025A1に記載のセパレータを用いてもよい。
(Separator)
The separator included in the lithium secondary battery of this embodiment may be in the form of a porous membrane, nonwoven fabric, woven fabric, etc. made of a material such as a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, a fluororesin, or a nitrogen-containing aromatic polymer. A material having the following properties can be used. Further, the separator may be formed using two or more of these materials, or may be formed by laminating these materials. Alternatively, a separator described in JP-A-2000-030686 or US20090111025A1 may be used.
(電解液)
本実施形態のリチウム二次電池が有する電解液は、電解質及び有機溶媒を含有する。
(electrolyte)
The electrolytic solution included in the lithium secondary battery of this embodiment contains an electrolyte and an organic solvent.
電解液に含まれる電解質としては、LiClO4、LiPF6、LiBF4などのリチウム塩が挙げられ、これらの2種以上の混合物を使用してもよい。 Examples of the electrolyte contained in the electrolytic solution include lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , and LiBF 4 , and a mixture of two or more of these may be used.
また前記電解液に含まれる有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどのカーボネート類を用いることができる。 Further, as the organic solvent contained in the electrolytic solution, carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate can be used.
有機溶媒としては、これらのうちの2種以上を混合して用いることが好ましい。中でもカーボネート類を含む混合溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒及び環状カーボネートとエーテル類との混合溶媒がさらに好ましい。 As the organic solvent, it is preferable to use a mixture of two or more of these. Among these, mixed solvents containing carbonates are preferred, and mixed solvents of cyclic carbonates and acyclic carbonates and mixed solvents of cyclic carbonates and ethers are more preferred.
また、電解液としては、得られるリチウム二次電池の安全性が高まるため、LiPF6などのフッ素を含むリチウム塩及びフッ素置換基を有する有機溶媒を含む電解液を用いることが好ましい。
電解液に含まれる電解質および有機溶媒として、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の電解質および有機溶媒を用いてもよい。
Further, as the electrolytic solution, it is preferable to use an electrolytic solution containing a lithium salt containing fluorine such as LiPF 6 and an organic solvent having a fluorine substituent, in order to increase the safety of the obtained lithium secondary battery.
As the electrolyte and organic solvent contained in the electrolytic solution, the electrolyte and organic solvent described in WO2019/098384A1 or US2020/0274158A1 may be used.
<全固体リチウム二次電池>
次いで、全固体リチウム二次電池の構成を説明しながら、本発明の一態様に係るLiMOを全固体リチウム二次電池のCAMとして用いた正極、及びこの正極を有する全固体リチウム二次電池について説明する。
<All-solid-state lithium secondary battery>
Next, while explaining the configuration of an all-solid lithium secondary battery, a positive electrode using LiMO according to one embodiment of the present invention as a CAM of an all-solid lithium secondary battery, and an all-solid lithium secondary battery having this positive electrode will be explained. do.
図5は、本実施形態の全固体リチウム二次電池の一例を示す模式図である。図5に示す全固体リチウム二次電池1000は、正極110と、負極120と、固体電解質層130とを有する積層体100と、積層体100を収容する外装体200と、を有する。また、全固体リチウム二次電池1000は、集電体の両側に正極活物質と負極活物質とを配置したバイポーラ構造であってもよい。バイポーラ構造の具体例として、例えば、JP-A-2004-95400に記載される構造が挙げられる。各部材を構成する材料については、後述する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the all-solid-state lithium secondary battery of this embodiment. An all-solid-state lithium
積層体100は、正極集電体112に接続される外部端子113と、負極集電体122に接続される外部端子123と、を有していてもよい。その他、全固体リチウム二次電池1000は、正極110と負極120との間にセパレータを有していてもよい。
The laminate 100 may include an
全固体リチウム二次電池1000は、さらに積層体100と外装体200とを絶縁する不図示のインシュレーター及び外装体200の開口部200aを封止する不図示の封止体を有する。
The all-solid-state lithium
外装体200は、アルミニウム、ステンレス鋼又はニッケルメッキ鋼などの耐食性の高い金属材料を成形した容器を用いることができる。また、外装体200として、少なくとも一方の面に耐食加工を施したラミネートフィルムを袋状に加工した容器を用いることもできる。
For the
全固体リチウム二次電池1000の形状としては、例えば、コイン型、ボタン型、ペーパー型(またはシート型)、円筒型、角型、又はラミネート型(パウチ型)などの形状を挙げることができる。
Examples of the shape of the all-solid-state lithium
全固体リチウム二次電池1000は、一例として積層体100を1つ有する形態が図示されているが、本実施形態はこれに限らない。全固体リチウム二次電池1000は、積層体100を単位セルとし、外装体200の内部に複数の単位セル(積層体100)を封じた構成であってもよい。
Although the all-solid-state lithium
以下、各構成について順に説明する。 Each configuration will be explained in order below.
(正極)
本実施形態の正極110は、正極活物質層111と正極集電体112とを有している。
(positive electrode)
The
正極活物質層111は、上述した本発明の一態様であるCAM及び固体電解質を含む。また、正極活物質層111は、導電材及びバインダーを含んでいてもよい。
The positive electrode
(固体電解質)
本実施形態の正極活物質層111に含まれる固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有し、公知の全固体リチウム二次電池に用いられる固体電解質を採用することができる。このような固体電解質としては、無機電解質及び有機電解質を挙げることができる。無機電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質及び水素化物系固体電解質を挙げることができる。有機電解質としては、ポリマー系固体電解質を挙げることができる。各電解質としては、WO2020/208872A1、US2016/0233510A1、US2012/0251871A1、US2018/0159169A1に記載の化合物が挙げられ、例えば、以下の化合物が挙げられる。
(solid electrolyte)
As the solid electrolyte included in the positive electrode
(酸化物系固体電解質)
酸化物系固体電解質としては、例えば、ペロブスカイト型酸化物、NASICON型酸化物、LISICON型酸化物及びガーネット型酸化物などが挙げられる。各酸化物の具体例は、WO2020/208872A1、US2016/0233510A1、US2020/0259213A1に記載の化合物が挙げられる。
(Oxide solid electrolyte)
Examples of the oxide-based solid electrolyte include perovskite-type oxides, NASICON-type oxides, LISICON-type oxides, and garnet-type oxides. Specific examples of each oxide include compounds described in WO2020/208872A1, US2016/0233510A1, and US2020/0259213A1.
ペロブスカイト型酸化物としては、LiaLa1-aTiO3(0<a<1)などのLi-La-Ti系酸化物、LibLa1-bTaO3(0<b<1)などのLi-La-Ta系酸化物及びLicLa1-cNbO3(0<c<1)などのLi-La-Nb系酸化物などが挙げられる。 Perovskite type oxides include Li-La-Ti oxides such as Li a La 1-a TiO 3 (0<a<1), Li b La 1-b TaO 3 (0<b<1), etc. Examples include Li-La-Ta oxides and Li-La-Nb oxides such as Li c La 1-c NbO 3 (0<c<1).
NASICON型酸化物としては、Li1+dAldTi2-d(PO4)3(0≦d≦1)などが挙げられる。NASICON型酸化物とは、LimM1nM2oPpOq(式中、M1は、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Sb及びSeからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素である。M2は、Ti、Zr、Ge、In、Ga、Sn及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素である。m、n、o、p及びqは、任意の正数である。)で表される酸化物である。 Examples of the NASICON type oxide include Li 1+d Al d Ti 2-d (PO 4 ) 3 (0≦d≦1). NASICON type oxide is Li m M1 n M2 o P p O q (wherein M1 is at least one selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Sb and Se). M2 is at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Ge, In, Ga, Sn, and Al. m, n, o, p, and q are any is a positive number).
LISICON型酸化物としては、Li4M3O4-Li3M4O4(M3は、Si、Ge、及びTiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素である。M4は、P、As及びVからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素である。)で表される酸化物などが挙げられる。 The LISICON type oxide is Li 4 M3O 4 -Li 3 M4O 4 (M3 is at least one element selected from the group consisting of Si, Ge, and Ti. M4 is P, As, and V. (at least one element selected from the group).
ガーネット型酸化物としては、Li7La3Zr2O12(LLZともいう)などのLi-La-Zr系酸化物などが挙げられる。 Examples of the garnet type oxide include Li-La-Zr-based oxides such as Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (also referred to as LLZ).
酸化物系固体電解質は、結晶性材料であってもよく、非晶質材料であってもよい。 The oxide solid electrolyte may be a crystalline material or an amorphous material.
(硫化物系固体電解質)
硫化物系固体電解質としては、Li2S-P2S5系化合物、Li2S-SiS2系化合物、Li2S-GeS2系化合物、Li2S-B2S3系化合物、LiI-Si2S-P2S5系化合物、LiI-Li2S-P2O5系化合物、LiI-Li3PO4-P2S5系化合物及びLi10GeP2S12などを挙げることができる。
(Sulfide solid electrolyte)
Sulfide-based solid electrolytes include Li 2 S-P 2 S 5 -based compounds, Li 2 S-SiS 2- based compounds, Li 2 S-GeS 2 -based compounds, Li 2 S-B 2 S 3 -based compounds, LiI- Examples include Si 2 S-P 2 S 5 -based compounds, LiI-Li 2 SP 2 O 5 -based compounds, LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 -based compounds, and Li 10 GeP 2 S 12 . .
なお、本明細書において、硫化物系固体電解質を指す「系化合物」という表現は、「系化合物」の前に記載した「Li2S」「P2S5」などの原料を主として含む固体電解質の総称として用いる。例えば、Li2S-P2S5系化合物には、Li2SとP2S5とを主として含み、さらに他の原料を含む固体電解質が含まれる。Li2S-P2S5系化合物に含まれるLi2Sの割合は、例えばLi2S-P2S5系化合物全体に対して50~90質量%である。Li2S-P2S5系化合物に含まれるP2S5の割合は、例えばLi2S-P2S5系化合物全体に対して10~50質量%である。また、Li2S-P2S5系化合物に含まれる他の原料の割合は、例えばLi2S-P2S5系化合物全体に対して0~30質量%である。また、Li2S-P2S5系化合物には、Li2SとP2S5との混合比を異ならせた固体電解質も含まれる。 In this specification, the expression "compound" referring to a sulfide-based solid electrolyte refers to a solid electrolyte mainly containing raw materials such as "Li 2 S" and "P 2 S 5 " described before "compound". Used as a general term for For example, the Li 2 S--P 2 S 5- based compound includes a solid electrolyte that mainly contains Li 2 S and P 2 S 5 and further contains other raw materials. The proportion of Li 2 S contained in the Li 2 SP 2 S 5 compound is, for example, 50 to 90% by mass based on the entire Li 2 SP 2 S 5 compound. The proportion of P 2 S 5 contained in the Li 2 SP 2 S 5 compound is, for example, 10 to 50% by mass based on the entire Li 2 SP 2 S 5 compound. Further, the proportion of other raw materials contained in the Li 2 S--P 2 S 5 -based compound is, for example, 0 to 30% by mass with respect to the entire Li 2 S--P 2 S 5 -based compound. Furthermore, the Li 2 S--P 2 S 5- based compounds also include solid electrolytes in which the mixing ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is varied.
Li2S-P2S5系化合物としては、Li2S-P2S5、Li2S-P2S5-LiI、Li2S-P2S5-LiCl、Li2S-P2S5-LiBr、Li2S-P2S5-LiI-LiBr、Li2S-P2S5-Li2O、Li2S-P2S5-Li2O-LiI及びLi2S-P2S5-ZmSn(m、nは正の数である。Zは、Ge、ZnまたはGaである。)などを挙げることができる。 Examples of Li 2 S-P 2 S 5- based compounds include Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -LiCl, Li 2 S-P 2 S 5 -LiBr, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI and Li 2 S- Examples include P 2 S 5 -Z m S n (m and n are positive numbers. Z is Ge, Zn or Ga).
Li2S-SiS2系化合物としては、Li2S-SiS2、Li2S-SiS2-LiI、Li2S-SiS2-LiBr、Li2S-SiS2-LiCl、Li2S-SiS2-B2S3-LiI、Li2S-SiS2-P2S5-LiI、Li2S-SiS2-P2S5-LiCl、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-SiS2-Li2SO4及びLi2S-SiS2-LixMOy(x、yは正の数である。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga又はInである。)などを挙げることができる。 Examples of Li 2 S-SiS 2- based compounds include Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, and Li 2 S-SiS. 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li 2 SO 4 and Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (x, y are positive numbers. M is P, Si, Ge, B, Al, Ga or In ).
Li2S-GeS2系化合物としては、Li2S-GeS2及びLi2S-GeS2-P2S5などを挙げることができる。 Examples of the Li 2 S-GeS 2- based compound include Li 2 S-GeS 2 and Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 .
硫化物系固体電解質は、結晶性材料であってもよく、非晶質材料であってもよい。 The sulfide-based solid electrolyte may be a crystalline material or an amorphous material.
(水素化物系固体電解質)
水素化物系固体電解質材料としては、LiBH4、LiBH4-3KI、LiBH4-PI2、LiBH4-P2S5、LiBH4-LiNH2、3LiBH4-LiI、LiNH2、Li2AlH6、Li(NH2)2I、Li2NH、LiGd(BH4)3Cl、Li2(BH4)(NH2)、Li3(NH2)I及びLi4(BH4)(NH2)3などを挙げることができる。
(Hydride solid electrolyte)
Examples of hydride solid electrolyte materials include LiBH 4 , LiBH 4 -3KI, LiBH 4 -PI 2 , LiBH 4 -P 2 S 5 , LiBH 4 -LiNH 2 , 3LiBH 4 -LiI, LiNH 2 , Li 2 AlH 6 , Li( NH2 ) 2I , Li2NH , LiGd( BH4 ) 3Cl , Li2 ( BH4 )( NH2 ), Li3 ( NH2 )I and Li4 ( BH4 )( NH2 ) 3 etc. can be mentioned.
(ポリマー系固体電解質)
ポリマー系固体電解質として、例えばポリエチレンオキサイド系の高分子化合物及びポリオルガノシロキサン鎖及びポリオキシアルキレン鎖からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む高分子化合物などの有機系高分子電解質を挙げることができる。また、高分子化合物に非水電解液を保持させた、いわゆるゲルタイプのものを用いることもできる。
(Polymer solid electrolyte)
Examples of the polymer solid electrolyte include organic polymer electrolytes such as polyethylene oxide-based polymer compounds and polymer compounds containing at least one selected from the group consisting of polyorganosiloxane chains and polyoxyalkylene chains. . Furthermore, a so-called gel type material in which a non-aqueous electrolyte is held in a polymer compound can also be used.
固体電解質は、発明の効果を損なわない範囲において、2種以上を併用することができる。 Two or more types of solid electrolytes can be used in combination as long as the effects of the invention are not impaired.
(導電材及びバインダー)
本実施形態の正極活物質層111が有する導電材としては、上述の(導電材)で説明した材料を用いることができる。また、正極合剤中の導電材の割合についても同様に上述の(導電材)で説明した割合を適用することができる。また、正極が有するバインダーとしては、上述の(バインダー)で説明した材料を用いることができる。
(Conductive material and binder)
As the conductive material included in the positive electrode
(正極集電体)
本実施形態の正極110が有する正極集電体112としては、上述の(正極集電体)で説明した材料を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
As the positive electrode
正極集電体112に正極活物質層111を担持させる方法としては、正極集電体112上で正極活物質層111を加圧成型する方法が挙げられる。加圧成型には、冷間プレスや熱間プレスを用いることができる。
Examples of a method for supporting the positive electrode
また、有機溶媒を用いてCAM、固体電解質、導電材及びバインダーの混合物をペースト化して正極合剤とし、得られる正極合剤を正極集電体112の少なくとも一面上に塗布して乾燥させ、プレスし固着することで、正極集電体112に正極活物質層111を担持させてもよい。
Further, a mixture of CAM, solid electrolyte, conductive material, and binder is made into a paste using an organic solvent to form a positive electrode mixture, and the resulting positive electrode mixture is applied onto at least one surface of the positive electrode
また、有機溶媒を用いてCAM、固体電解質及び導電材の混合物をペースト化して正極合剤とし、得られる正極合剤を正極集電体112の少なくとも一面上に塗布して乾燥させ、焼結することで、正極集電体112に正極活物質層111を担持させてもよい。
Further, the mixture of CAM, solid electrolyte, and conductive material is made into a paste using an organic solvent to form a positive electrode mixture, and the resulting positive electrode mixture is applied onto at least one surface of the positive electrode
正極合剤に用いることができる有機溶媒としては、上述の(正極集電体)で説明した正極合剤をペースト化する場合に用いることができる有機溶媒と同じものを用いることができる。 As the organic solvent that can be used for the positive electrode mixture, the same organic solvent that can be used when making a paste of the positive electrode mixture explained in the above (positive electrode current collector) can be used.
正極合剤を正極集電体112へ塗布する方法としては、上述の(正極集電体)で説明した方法が挙げられる。
Examples of the method for applying the positive electrode mixture to the positive electrode
以上に挙げられた方法により、正極110を製造することができる。正極110に用いる具体的な材料の組み合わせとしては、本実施形態に記載のCAMと表1、表2、表3に記載する組み合わせが挙げられる。
The
(負極)
負極120は、負極活物質層121と負極集電体122とを有している。負極活物質層121は、負極活物質を含む。また、負極活物質層121は、固体電解質及び導電材を含んでいてもよい。負極活物質、負極集電体、固体電解質、導電材及びバインダーは、上述したものを用いることができる。
(Negative electrode)
The
負極集電体122に負極活物質層121を担持させる方法としては、正極110の場合と同様に、加圧成型による方法、負極活物質を含むペースト状の負極合剤を負極集電体122上に塗布、乾燥後プレスし圧着する方法、及び負極活物質を含むペースト状の負極合剤を負極集電体122上に塗布、乾燥後、焼結する方法が挙げられる。
As a method for supporting the negative electrode
(固体電解質層)
固体電解質層130は、上述の固体電解質を有している。
(solid electrolyte layer)
The
固体電解質層130は、上述の正極110が有する正極活物質層111の表面に、無機物の固体電解質をスパッタリング法により堆積させることで形成することができる。
The
また、固体電解質層130は、上述の正極110が有する正極活物質層111の表面に、固体電解質を含むペースト状の合剤を塗布し、乾燥させることで形成することができる。乾燥後、プレス成型し、さらに冷間等方圧加圧法(CIP)により加圧して固体電解質層130を形成してもよい。
Further, the
積層体100は、上述のように正極110上に設けられた固体電解質層130に対し、公知の方法を用いて、固体電解質層130の表面に負極活物質層121が接するように負極120を積層させることで製造することができる。
In the laminate 100, the
本発明のもう一つの側面は、以下の態様を包含する。
[1]細孔を有し、Liと元素Mを含むリチウム金属複合酸化物の粒子と、前記細孔内に位置し、Siを含む化合物と、を含むリチウム二次電池用正極活物質であって、前記元素MとSiの物質量の総和に対するSiの物質量の割合が、0mol%より大きく、5.0mol%以下であり、圧粉処理前の前記リチウム二次電池用正極活物質の50%累積体積粒度A50に対する35MPaでの圧粉処理後の前記リチウム二次電池用正極活物質の50%累積体積粒度B50の比率であるB50/A50が0.93-0.99である、リチウム二次電池用正極活物質。
[2]前記圧粉処理前の前記リチウム二次電池用正極活物質の10%累積体積粒度A10に対する前記圧粉処理後の前記リチウム二次電池用正極活物質の10%累積体積粒度B10の比率であるB10/A10が、0.94-0.98である、[1]に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[3]前記圧粉処理前の前記リチウム二次電池用正極活物質の90%累積体積粒度A90に対する前記圧粉処理後の前記リチウム二次電池用正極活物質の90%累積体積粒度B90の比率であるB90/A90が0.94-0.99である、[1]又は[2]に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[4]前記リチウム金属複合酸化物は、前記元素MとしてNi及び元素Xを含み、前記元素Xは、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、S及びPからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、前記リチウム二次電池用正極活物質に含まれるLiと、前記Niと、前記元素Xの物質量比は、下記式(I)を満たす[1]から[3]のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(ただし、0.9≦b≦1.2及び0<a≦0.2)
[5]前記リチウム二次電池用正極活物質のBET比表面積が0.2-2.0m2/gである、[1]~[4]の何れか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[6][1]~[5]のいずれか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用正極。
[7][6]に記載のリチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池。
[8]元素Mを含む金属複合化合物とSiを含む溶液とを混合して混合物を得る工程と、前記混合物を乾燥させてSi含有金属複合化合物を得る工程と、前記Si含有金属複合化合物とリチウム化合物を混合して焼成する工程と、を含むリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
[9]前記混合物を得る工程において、前記元素MとSiの物質量の総和に対するSiの物質量の割合が、0.1-5.0mol%となるよう前記金属複合化合物と前記Siを含む溶液とを混合する、[8]に記載のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
[10]前記リチウム二次電池用正極活物質は、Liと、前記元素MとしてNi及び元素Xを含むリチウム金属複合酸化物を含み、前記元素Xは、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、S及びPからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、前記リチウム二次電池用正極活物質に含まれるLiと、前記Niと、前記元素Xの物質量比は、下記式(I)を満たす[8]又は[9]に記載のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(ただし、0.9≦b≦1.1及び0<a≦0.15)
Another aspect of the invention includes the following embodiments.
[1] A positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising particles of a lithium metal composite oxide having pores and containing Li and element M, and a compound containing Si and located in the pores. The ratio of the amount of Si to the total amount of the elements M and Si is greater than 0 mol% and 5.0 mol% or less, B 50 /A 50 , which is the ratio of 50% cumulative volume particle size B 50 of the positive electrode active material for lithium secondary batteries after compaction treatment at 35 MPa to % cumulative volume particle size A 50 , is 0.93-0.99. A positive electrode active material for lithium secondary batteries.
[2] The 10% cumulative volume particle size B of the positive electrode active material for a lithium secondary battery after the powder compaction process relative to the 10% cumulative volume particle size A 10 of the positive electrode active material for a lithium secondary battery before the powder compaction process The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [1], wherein the ratio B 10 /A 10 is 0.94-0.98.
[3] The 90% cumulative volume particle size B of the positive electrode active material for lithium secondary batteries after the powder compacting process is 90 relative to the 90% cumulative volume particle size A 90 of the positive electrode active material for a lithium secondary battery before the compacting process. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [1] or [2], wherein the ratio B 90 /A 90 is 0.94-0.99.
[4] The lithium metal composite oxide contains Ni and element X as the element M, and the element X is Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, Mo, Nb, Zn, Sn. , Zr, Ga, B, S, and P, and the material amount ratio of Li, the Ni, and the element X contained in the positive electrode active material for lithium secondary batteries. is the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of [1] to [3], which satisfies the following formula (I).
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(However, 0.9≦b≦1.2 and 0<a≦0.2)
[5] The lithium secondary battery according to any one of [1] to [4], wherein the positive electrode active material for lithium secondary battery has a BET specific surface area of 0.2-2.0 m 2 /g. Cathode active material.
[6] A positive electrode for a lithium secondary battery, comprising the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of [1] to [5].
[7] A lithium secondary battery having the positive electrode for a lithium secondary battery according to [6].
[8] A step of mixing a metal composite compound containing element M and a solution containing Si to obtain a mixture, a step of drying the mixture to obtain a Si-containing metal composite compound, and a step of mixing the Si-containing metal composite compound and lithium. A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising a step of mixing and firing a compound.
[9] In the step of obtaining the mixture, the solution containing the metal composite compound and the Si is prepared such that the ratio of the amount of Si to the total amount of the elements M and Si is 0.1 to 5.0 mol%. The method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [8], which comprises mixing the following.
[10] The positive electrode active material for a lithium secondary battery includes Li and a lithium metal composite oxide containing Ni and element X as the element M, where the element X is Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Li is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, B, S, and P, and is contained in the positive electrode active material for lithium secondary batteries. The method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to [8] or [9], wherein the material ratio of the Ni, and the element X satisfies the following formula (I).
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(However, 0.9≦b≦1.1 and 0<a≦0.15)
以下、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following description.
<組成分析>
後述の方法で製造されるCAMの組成分析は、上述の[組成分析]の方法により行った。
<Composition analysis>
The compositional analysis of the CAM produced by the method described below was performed by the method of [Compositional Analysis] described above.
<断面観察>
CAMにおける細孔の有無、およびSiを含む化合物が細孔内に存在することは、SEMの断面画像、およびSi元素のマッピング画像によって確認した。
<Cross-sectional observation>
The presence or absence of pores in the CAM and the presence of Si-containing compounds within the pores were confirmed by SEM cross-sectional images and Si element mapping images.
<累積体積粒度A10、B10、A50、B50、A90及びB90>
累積体積粒度A10、B10、A50、B50、A90及びB90は、上述の[累積体積粒度]に記載の測定方法及び[圧粉処理]に記載の方法を行って測定した。
<Cumulative volume particle size A 10 , B 10 , A 50 , B 50 , A 90 and B 90 >
Cumulative volume particle size A 10 , B 10 , A 50 , B 50 , A 90 and B 90 were measured by the measuring method described in [Cumulative volume particle size] and the method described in [Powder compaction] above.
<BET比表面積>
CAMのBET比表面積は、[BET比表面積]の測定方法により行った。
<BET specific surface area>
The BET specific surface area of CAM was determined by the [BET specific surface area] measurement method.
<リチウム二次電池用正極の作製>
後述する製造方法で得られるCAMと導電材(アセチレンブラック)とバインダー(PVdF)とを、CAM:導電材:バインダー=92:5:3(質量比)の組成となるように加えて混練することにより、ペースト状の正極合剤を調製した。正極合剤の調製時には、N-メチル-2-ピロリドンを有機溶媒として用いた。
<Production of positive electrode for lithium secondary battery>
CAM obtained by the manufacturing method described below, a conductive material (acetylene black), and a binder (PVdF) are added and kneaded so that the composition of CAM: conductive material: binder = 92:5:3 (mass ratio). A paste-like positive electrode mixture was prepared. When preparing the positive electrode mixture, N-methyl-2-pyrrolidone was used as an organic solvent.
得られた正極合剤を、集電体となる厚さ20μmのAl箔に塗布して150℃で8時間真空乾燥を行い、リチウム二次電池用正極を得た。このリチウム二次電池用正極の電極面積は1.65cm2とした。 The obtained positive electrode mixture was applied to a 20 μm thick Al foil serving as a current collector and vacuum dried at 150° C. for 8 hours to obtain a positive electrode for a lithium secondary battery. The electrode area of this positive electrode for a lithium secondary battery was 1.65 cm 2 .
<リチウム二次電池(コイン型ハーフセル)の作製>
以下の操作を、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。
上述のリチウム二次電池用正極を、コイン型電池R2032用のパーツ(宝泉株式会社製)の下蓋にアルミ箔面を下に向けて置き、その上にポリエチレン製多孔質フィルムの上に耐熱多孔層を積層した積層フィルムセパレータ(厚み16μm)を置いた。ここに電解液を300μl注入した。電解液は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを30:35:35(体積比)で混合した混合液にLiPF6を1mol/lとなるように溶解した液体を用いた。
次に、負極として金属リチウムを用いて、セパレータの上側に置き、ガスケットを介して上蓋をし、かしめ機でかしめてリチウム二次電池(コイン型ハーフセルR2032。以下、「コイン型ハーフセル」と称することがある。)を作製した。
<Production of lithium secondary battery (coin type half cell)>
The following operations were performed in a glove box with an argon atmosphere.
Place the above-mentioned positive electrode for a lithium secondary battery on the bottom cover of a coin-type battery R2032 part (manufactured by Hosen Co., Ltd.) with the aluminum foil side facing down, and then place a heat-resistant porous film on top of it. A laminated film separator (thickness: 16 μm) having porous layers laminated thereon was placed. 300 μl of electrolyte was injected here. The electrolytic solution used was a liquid obtained by dissolving LiPF 6 at 1 mol/l in a mixture of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate at a ratio of 30:35:35 (volume ratio).
Next, metal lithium is used as the negative electrode, placed on top of the separator, covered with a gasket, and crimped with a crimping machine to form a lithium secondary battery (coin-shaped half cell R2032. Hereinafter referred to as "coin-shaped half cell") ) was created.
<サイクル維持率及び放電レート特性>
上述の方法で作成したリチウム二次電池の初回放電容量、サイクル維持率及び放電レート特性は、上述の[サイクル試験]及び[放電レート試験]を行って測定及び算出した。
<Cycle maintenance rate and discharge rate characteristics>
The initial discharge capacity, cycle maintenance rate, and discharge rate characteristics of the lithium secondary battery produced by the above method were measured and calculated by performing the above-mentioned [cycle test] and [discharge rate test].
(実施例1)
ニッケルとコバルトとマンガンの硫酸塩の水溶液を用いる公知の共沈殿法により、Ni0.96Co0.02Mn0.02(OH)2の組成を有する金属複合水酸化物1を得た。
(Example 1)
A
金属複合水酸化物1を大気雰囲気中650℃で5時間保持して加熱し、室温まで冷却して金属複合酸化物1を得た。
金属複合酸化物1に対して重量比率が50wt%となるようにLi2Si5O11水溶液を添加してスラリーを形成し、5分間撹拌した。このとき、Ni、Co、Mn及びSiの総モル数に対するSiのモル比が0.5mol%となるようLi2Si5O11水溶液に対して純水を加えてLi2Si5O11水溶液濃度を調整した。その後スラリーを2分間ろ過し、ろ物を120℃で10時間真空加熱してSi添加金属複合酸化物1を得た。
An aqueous solution of Li 2 Si 5 O 11 was added to the metal
Si添加金属複合酸化物1に含まれるNi、Co及びMnの合計量1に対するLiの量(モル比)が1.06となるように水酸化リチウムを秤量した。Si添加金属複合酸化物1と水酸化リチウムを混合して混合物1を得た。
Lithium hydroxide was weighed so that the amount (molar ratio) of Li to the
次いで、得られた混合物1を、酸素雰囲気下、720℃、5時間で焼成し、細孔内に位置しSiを含む化合物を含むCAM-1を得た。CAM-1の組成比(モル比)は、[Li]:[Ni]:[X]:[Si]=1.06:0.96:0.04:0.005であった。
Next, the obtained
(実施例2)
上述の方法で得られた金属複合水酸化物1に、Ni、Co、Mn及びSiの総モル数に対するSiのモル比が1.0mol%となるようLi2Si5O11水溶液を添加した以外は、実施例1と同じ方法で、細孔内に位置しSiを含む化合物、を含むCAM-2を得た。CAM-2の組成比(モル比)は、[Li]:[Ni]:[X]:[Si]=1.06:0.96:0.04:0.01であった。
(Example 2)
Except that an aqueous solution of Li 2 Si 5 O 11 was added to the
(実施例3)
上述の方法で得られた金属複合水酸化物1に、Ni、Co、Mn及びSiの総モル数に対するSiのモル比が3.0mol%となるようLi2Si5O11水溶液を添加した以外は、実施例1と同じ方法で、細孔内に位置しSiを含む化合物を含むCAM-3を得た。CAM-3の組成比(モル比)は、[Li]:[Ni]:[X]:[Si]=1.06:0.96:0.04:0.03であった。
(Example 3)
Except that an aqueous solution of Li 2 Si 5 O 11 was added to the
(実施例4)
上述の方法で得られた金属複合水酸化物1に、Ni、Co、Mn及びSiの総モル数に対するSiのモル比が5.0mol%となるようLi2Si5O11水溶液を添加した以外は、実施例1と同じ方法で、細孔内に位置しSiを含む化合物を含むCAM-4を得た。CAM-4の組成比(モル比)は、[Li]:[Ni]:[X]:[Si]=1.06:0.96:0.04:0.05であった。
(Example 4)
Except that an aqueous solution of Li 2 Si 5 O 11 was added to the
(比較例1)
上述の方法で得られた金属複合酸化物1に含まれるNi、Co及びMnの合計量1に対するリチウム原子の量(モル比)が1.06となるように水酸化リチウムを秤量した。金属複合酸化物1と水酸化リチウムを混合して混合物2を得た。
(Comparative example 1)
Lithium hydroxide was weighed so that the amount (molar ratio) of lithium atoms to the
次いで、混合物2を、酸素雰囲気下、700℃、5時間で焼成し、CAM-C1を得た。CAM-C1の組成比(モル比)は、[Li]:[Ni]:[X]:[Si]=1.06:0.96:0.04:0であった。
Next,
(比較例2)
上述の方法で得られた金属複合酸化物1に含まれるNi、Co及びMnの合計量1に対するLiの量(モル比)が1.06となるように水酸化リチウムを秤量した。金属複合酸化物1に含まれるNi、Co及びMnの合計量1に対するSiのモル比が0.5mol%となるように酸化ケイ素を秤量した。金属複合酸化物1、水酸化リチウム及び酸化ケイ素を混合して混合物3を得た。
(Comparative example 2)
Lithium hydroxide was weighed so that the amount (molar ratio) of Li to the
次いで、混合物3を、酸素雰囲気下、700℃、5時間で焼成し、Siを含む化合物、を含むCAM-C2を得た。CAM-C2の組成比(モル比)は、[Li]:[Ni]:[X]:[Si]=1.06:0.96:0.04:0.005であった。
Next,
実施例1~4及び比較例1~2のCAM-1~CAM-4及びCAM-C1~CAM-C2のB50、A50、B50/A50、B10/A10、B90/A90、BET比表面積及び各CAMを使用したコイン型ハーフセルのサイクル維持率及び放電レート特性を表4に示す。 B 50, A 50, B 50 / A 50 , B 10 /A 10 , B 90 /A of CAM-1 to CAM-4 and CAM-C1 to CAM-C2 of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 Table 4 shows the cycle maintenance rate and discharge rate characteristics of the coin-shaped half cell using 90 , BET specific surface area, and each CAM.
CAM-1~CAM-4のB50/A50は、0.92以上であった。CAM-1~CAM-4を使用したコイン型ハーフセルのサイクル維持率は、83.7-95.7%であり、放電レート特性は、74.2-85.4%以上であった。 B 50 /A 50 of CAM-1 to CAM-4 was 0.92 or more. The cycle retention rate of coin-shaped half cells using CAM-1 to CAM-4 was 83.7-95.7%, and the discharge rate characteristics were 74.2-85.4% or higher.
一方で、Siを含んでいないCAM-C1のB50/A50は、0.89であった。CAM-C1を使用したコイン型ハーフセルのサイクル維持率は、77.9%以下であり、放電レート特性は、69.8%以下であった。 On the other hand, B 50 /A 50 of CAM-C1, which does not contain Si, was 0.89. The cycle maintenance rate of the coin-shaped half cell using CAM-C1 was 77.9% or less, and the discharge rate characteristic was 69.8% or less.
LiMOとしてSiを含んでいるCAM-C2のB50/A50は、0.90であった。CAM-C2を使用したコイン型ハーフセルのサイクル維持率は、79.7%以下であり、放電レート特性は、78.6%以下であった。 B 50 /A 50 of CAM-C2 containing Si as LiMO was 0.90. The cycle maintenance rate of the coin-shaped half cell using CAM-C2 was 79.7% or less, and the discharge rate characteristic was 78.6% or less.
本発明によれば、リチウム二次電池の充放電を繰り返し行ってもリチウム二次電池用正極活物質にひび割れが生じ難く、二次電池のサイクル維持率及び放電レート特性を向上することができるリチウム二次電池用正極活物質、これを用いたリチウム二次電池用正極、これを用いたリチウム二次電池及びリチウム二次電池用正極活物質の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, even if a lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, cracks do not easily occur in the positive electrode active material for a lithium secondary battery, and the lithium lithium battery can improve the cycle retention rate and discharge rate characteristics of the secondary battery. It is possible to provide a positive electrode active material for a secondary battery, a positive electrode for a lithium secondary battery using the same, a lithium secondary battery using the same, and a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
1…セパレータ、2…正極、3…負極、4…電極群、5…電池缶、6…電解液、7…トップインシュレーター、8…封口体、10…リチウム二次電池、21…正極リード、31…負極リード、40…圧粉処理装置、41、42、43…治具、100…積層体、110…正極、111…正極活物質層、112…正極集電体、113…外部端子、120…負極、121…負極活物質層、122…負極集電体、123…外部端子、130…固体電解質層、200…外装体、200a…開口部、1000…全固体リチウム二次電池
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記細孔内に位置し、Siを含む化合物と、を含むリチウム二次電池用正極活物質であって、
前記元素MとSiの物質量の総和に対するSiの物質量の割合が、0mol%より大きく、5.0mol%以下であり、
圧粉処理前の前記リチウム二次電池用正極活物質の50%累積体積粒度A50に対する35MPaでの圧粉処理後の前記リチウム二次電池用正極活物質の50%累積体積粒度B50の比率であるB50/A50が0.92-1.00である、リチウム二次電池用正極活物質。 Lithium metal composite oxide particles having pores and containing Li and element M;
A positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is located in the pore and includes a compound containing Si,
The ratio of the amount of Si to the sum of the amounts of the elements M and Si is greater than 0 mol% and not more than 5.0 mol%,
Ratio of 50% cumulative volume particle size B 50 of the positive electrode active material for lithium secondary batteries after powder compaction treatment at 35 MPa to 50 % cumulative volume particle size A 50 of the positive electrode active material for lithium secondary batteries before compaction treatment A positive electrode active material for a lithium secondary battery, which has a B 50 /A 50 of 0.92-1.00.
前記元素Xは、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、S及びPからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、
前記リチウム二次電池用正極活物質に含まれるLiと、前記Niと、前記元素Xの物質量比は、下記式(I)を満たす請求項1~3の何れか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(ただし、0.9≦b≦1.2及び0<a≦0.2) The lithium metal composite oxide contains Ni and element X as the element M,
The element X is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, B, S, and P. can be,
The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the material ratio of Li, the Ni, and the element X contained in the positive electrode active material for a lithium secondary battery satisfies the following formula (I). Cathode active material for next-generation batteries.
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(However, 0.9≦b≦1.2 and 0<a≦0.2)
前記混合物を乾燥させてSi含有金属複合化合物を得る工程と、
前記Si含有金属複合化合物とリチウム化合物を混合して焼成する工程と、を含むリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。 A step of mixing a metal composite compound containing element M and a solution containing Si to obtain a mixture;
drying the mixture to obtain a Si-containing metal composite compound;
A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising the step of mixing and firing the Si-containing metal composite compound and a lithium compound.
前記元素Xは、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、S及びPからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、
前記リチウム二次電池用正極活物質に含まれるLiと、前記Niと、前記元素Xの物質量比は、下記式(I)を満たす請求項8又は9に記載のリチウム二次電池用正極活物質の製造方法。
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(ただし、0.9≦b≦1.2及び0<a≦0.2) The positive electrode active material for a lithium secondary battery includes Li and a lithium metal composite oxide containing Ni and element X as the element M,
The element X is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Cu, Ti, Mg, Al, W, Mo, Nb, Zn, Sn, Zr, Ga, B, S, and P. can be,
The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 8 or 9, wherein a material ratio of Li, the Ni, and the element X contained in the positive electrode active material for a lithium secondary battery satisfies the following formula (I). A method of manufacturing a substance.
[Li]:[Ni]:[X]=b:(1-a):a (I)
(However, 0.9≦b≦1.2 and 0<a≦0.2)
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